Una scheda PCB, o circuito stampato, è composta da diversi strati di materiale che lavorano insieme per supportare e collegare i componenti elettronici. Un PCB tipico include un materiale di base isolante, strati conduttivi in rame, mascherina di saldatura, marcatura serigrafica, fori placcati e una finitura superficiale. In un PCB assemblato, componenti come circuiti integrati, connettori, resistori, condensatori, LED e dispositivi di potenza vengono montati sulla scheda.
Per i prodotti di visualizzazione, la scelta del materiale del PCB è importante perché la scheda può controllare i segnali LCD, alimentare la retroilluminazione, collegare i pannelli touch, gestire le interfacce o far parte di una scheda controller. Un PCB utilizzato in un semplice circuito a bassa velocità non ha gli stessi requisiti di un PCB utilizzato per applicazioni MIPI, LVDS, HDMI, USB, pilotaggio della retroilluminazione o schede controller Android.
Questo articolo spiega di cosa è fatto un PCB, come funziona ogni materiale e cosa dovrebbero capire gli acquirenti B2B quando valutano schede controller LCD, moduli di visualizzazione e display personalizzati. componenti elettronici.
Un PCB è una piattaforma fisica che supporta meccanicamente i componenti elettronici e li collega elettricamente tramite piste di rame. Invece di utilizzare fili sciolti tra ogni componente, il circuito è integrato nella scheda stessa.
Il termine PCB è spesso usato in modo approssimativo. In senso stretto, un PCB nudo è la scheda prima del montaggio dei componenti. Una volta che i componenti elettronici sono saldati su di essa, viene spesso chiamato assemblaggio PCB, PCBA o scheda a circuito assemblato.
Nei sistemi di visualizzazione, un PCB può apparire in diversi punti. Può far parte di una scheda controller LCD, una scheda driver di retroilluminazione, una scheda di controllo touch, una scheda di alimentazione, una scheda adattatore o una scheda madre integrata. Il materiale e il layout del PCB influenzano la qualità del segnale, l'affidabilità, la dissipazione del calore, la durata dei connettori e la consistenza produttiva.
Un PCB rigido standard contiene solitamente queste categorie principali di materiali:
Ogni materiale ha una funzione diversa. Il substrato di base fornisce isolamento e resistenza meccanica. Il rame trasporta segnali elettrici e alimentazione. La mascherina di saldatura protegge il pattern di rame. La serigrafia aiuta a identificare componenti e punti di test. La finitura superficiale protegge il rame esposto e supporta la saldabilità.
L'FR-4 è il materiale di base più comune utilizzato in molti PCB rigidi. È un laminato epossidico rinforzato con vetro. In termini semplici, combina tessuto in fibra di vetro intrecciato con resina epossidica per creare un materiale isolante per schede resistente.
Il materiale di base deve supportare il circuito di rame, resistere allo stress meccanico, fornire isolamento elettrico e tollerare il calore di produzione. L'FR-4 è ampiamente utilizzato perché offre un equilibrio pratico tra costo, resistenza meccanica, prestazioni isolanti e producibilità. Tuttavia, l'FR-4 non ha un unico livello prestazionale. Diversi materiali FR-4 possono avere diverse temperature di transizione vetrosa, proprietà dielettriche, prestazioni termiche e idoneità per saldatura senza piombo o segnali a frequenza più elevata.
Per schede elettroniche ordinarie a media-bassa velocità, l'FR-4 standard può essere sufficiente. Per interfacce di visualizzazione ad alta velocità, progetti ad alta potenza o ambienti industriali impegnativi, il grado specifico del laminato dovrebbe essere valutato più attentamente.
Il rame è il principale materiale conduttivo in un PCB. Forma le piste, i pad, i piani e i via che collegano i componenti elettronici. Il rame può apparire su un lato, su entrambi i lati o su più strati interni della scheda.
Un semplice PCB a singola faccia ha rame su un lato. Un PCB a doppia faccia ha rame su entrambi i lati. Un PCB multistrato ha strati di rame all'interno della scheda oltre che sulle superfici esterne. La costruzione multistrato è comune quando un circuito necessita di maggiore densità, migliori messa a terra, impedenza controllata o separazione tra piani di alimentazione e segnale.
Nelle schede controller di visualizzazione, gli strati di rame possono trasportare segnali ad alta velocità, linee di alimentazione, piani di massa, corrente di retroilluminazione, segnali di interfaccia touch e instradamento dei connettori. Lo spessore, la larghezza, la spaziatura e lo stack-up degli strati delle piste di rame influenzano le prestazioni e l'affidabilità.
Nei PCB multistrato, la scheda non è un unico foglio piatto. È costruita da core e strati di prepreg. Un core è uno strato di laminato indurito con rame. Il prepreg è un materiale in fibra di vetro impregnato di resina che lega insieme gli strati durante la laminazione.
Durante la produzione, calore e pressione legano gli strati in un'unica struttura solida. Lo stack-up finale può includere strati di segnale, piani di massa, piani di alimentazione e strati a impedenza controllata.
Questo è importante per le applicazioni di schede controller e visualizzazione ad alta velocità. Interfacce come LVDS, HDMI, USB, eDP e circuiti correlati a MIPI possono richiedere una progettazione attenta dello stack-up, controllo dell'impedenza, riferimento di massa e instradamento di coppie differenziali. Il materiale del PCB è quindi parte delle prestazioni del segnale, non solo un supporto meccanico.
La mascherina di saldatura è il rivestimento protettivo colorato comunemente visto sulle superfici dei PCB. Il verde è il colore più comune, ma la mascherina di saldatura può anche essere nera, blu, rossa, bianca o altri colori a seconda del progetto.
La mascherina di saldatura copre la maggior parte delle aree di rame lasciando esposti i pad dove i componenti devono essere saldati. Aiuta a prevenire i ponti di saldatura, protegge il rame dall'ossidazione, migliora l'isolamento tra le piste e rende la scheda più durevole durante la manipolazione e l'assemblaggio.
Nelle schede di controllo per display, la qualità della mascherina di saldatura è importante intorno a connettori a passo fine, pin di circuiti integrati, connettori FPC, connettori touch e aree ad alta densità di componenti. Una scarsa registrazione della mascherina di saldatura o una debole adesione possono creare problemi di produzione e affidabilità.
La serigrafia è lo strato di marcatura stampato sul PCB. Può includere designatori di riferimento dei componenti, marcature di polarità, etichette dei connettori, etichette dei punti di test, marcature di avvertenza, codici di produzione o indicazioni per l'assemblaggio.
La serigrafia non trasporta segnali elettrici. Il suo valore è pratico. Aiuta ingegneri, addetti all'assemblaggio, tecnici di riparazione e ispettori di qualità a identificare il layout della scheda più rapidamente.
Per le schede controller, un'etichettatura chiara dei connettori può ridurre gli errori di installazione. Ciò è utile quando una scheda include connettore LCD, connettore touch, ingresso alimentazione, uscita retroilluminazione, USB, HDMI, LVDS, MIPI, UART, altoparlante o altre interfacce.
Il rame esposto si ossida facilmente. Una finitura superficiale del PCB protegge i pad esposti e supporta la saldatura. Le finiture superficiali comuni includono HASL, HASL senza piombo, ENIG, OSP, argento per immersione e stagno per immersione.
La scelta influisce sulla saldabilità, sulla durata di conservazione, sulla planarità, sul costo e sull'idoneità per componenti a passo fine. Per schede controller dense con circuiti integrati a passo fine, connettori o esigenze di assemblaggio ad alta affidabilità, la selezione della finitura superficiale può essere importante.
Gli acquirenti non hanno sempre bisogno di specificare essi stessi la finitura superficiale. Tuttavia, se un progetto coinvolge connettori a passo fine, conservazione a lungo termine, produzione ripetuta o requisiti di assemblaggio rigorosi, il fornitore dovrebbe selezionare e controllare la finitura in modo appropriato.
I via sono fori placcati che collegano gli strati di rame all'interno di un PCB. Consentono ai segnali o all'alimentazione di passare da uno strato all'altro. I via passanti attraversano l'intera scheda, mentre i via ciechi e interrati sono utilizzati in schede multistrato più complesse.
I fori placcati passanti sono utilizzati anche per componenti a foro passante, connettori e punti di montaggio meccanici. In molte schede controller di visualizzazione, connettori e terminali di potenza possono richiedere un forte supporto meccanico e una placcatura affidabile.
La progettazione dei via influisce sull'instradamento del segnale, sulla distribuzione dell'alimentazione, sul trasferimento di calore e sul costo di produzione. Per schede ad alta velocità o compatte, il posizionamento dei via può anche influenzare l'integrità del segnale.
Un PCB diventa un modulo elettronico funzionale solo dopo che i componenti sono stati assemblati su di esso. Questi componenti possono includere:
Per progetti di display LCD, la scheda assemblata può gestire l'ingresso dell'immagine, la temporizzazione del display, i dati touch, la conversione di potenza, il comportamento del firmware, il controllo della retroilluminazione e la comunicazione con il sistema host.
Una pila di PCB è la disposizione degli strati di rame, degli strati isolanti, del prepreg e dei nuclei all'interno della scheda. La progettazione della pila determina come sono disposti i segnali, l'alimentazione e la massa.
Un semplice PCB a due strati può avere rame sulla parte superiore e inferiore con FR-4 tra di essi. Un PCB a quattro strati può includere uno strato di segnale superiore, uno strato di massa interno, uno strato di alimentazione interno e uno strato di segnale inferiore. Schede più complesse possono utilizzare sei, otto o più strati.
La pila è importante per le schede dei controller di visualizzazione perché interfacce come USB, HDMI, LVDS, eDP e percorsi di segnale correlati a MIPI possono richiedere impedenza controllata e piani di riferimento stabili. Una pila inadeguata può causare problemi di integrità del segnale anche quando lo schema elettrico è corretto.
| Parte del PCB | Materiale Comune | Funzione Principale |
|---|---|---|
| Substrato di base | Laminato epossidico rinforzato con fibra di vetro FR-4 | Fornisce isolamento e supporto meccanico |
| Strato di rame | Foglio di rame o rame placcato | Conduce segnali, alimentazione e massa |
| Prepreg | Fibra di vetro impregnata di resina | Lega gli strati nei PCB multistrato |
| Mascherina di saldatura | Rivestimento polimerico | Protegge il rame e previene i ponti di saldatura |
| Serigrafia | Inchiostro di marcatura stampato | Mostra etichette, riferimenti dei componenti, polarità e marcature di assemblaggio |
| Finitura superficiale | ENIG, HASL, OSP, stagno per immersione o altra finitura | Protegge il rame esposto e supporta la saldatura |
| Vias e fori placcati | Rame placcato all'interno dei fori | Collega gli strati e supporta il montaggio through-hole |
Non tutti i PCB sono schede rigide. Diversi prodotti elettronici possono utilizzare PCB rigidi, PCB flessibili o PCB rigido-flessibili.
Un PCB rigido utilizza un materiale di base rigido come l'FR-4. Questo è comune per schede di controllo, schede di alimentazione e schede madri.
Un PCB flessibile, spesso chiamato FPC, utilizza un materiale di base flessibile come la poliimmide. Gli FPC sono comuni nei moduli LCD, pannelli touch, moduli fotocamera ed elettronica compatta dove il circuito deve piegarsi o adattarsi a spazi limitati.
Un PCB rigido-flessibile combina sezioni rigide e sezioni flessibili in un'unica struttura integrata. Può ridurre i connettori e migliorare la compattezza, ma è solitamente più costoso e richiede una progettazione più attenta.
Nei prodotti LCD, il modulo di visualizzazione può includere un circuito stampato flessibile collegato alla cella di vetro, mentre la scheda del controller può essere un PCB rigido. La connessione tra l'FPC del display e la scheda del controller è un punto di integrazione comune che deve essere verificato attentamente.
Una scheda per controller LCD non è solo un PCB generico. Potrebbe dover supportare l'ingresso del display, la conversione dei tempi, la guida della retroilluminazione, la comunicazione touch, la regolazione dell'alimentazione, il controllo del firmware e le interfacce esterne.
Ad esempio, una scheda controller può includere ingresso HDMI, touch USB, uscita LVDS, interfaccia MIPI, interfaccia eDP, audio, uscita retroilluminazione o ingresso di alimentazione. Queste funzioni pongono requisiti diversi sul materiale del PCB, sul numero di strati, sul routing, sulla messa a massa, sul posizionamento dei connettori e sulla selezione dei componenti.
Se la scheda trasporta segnali differenziali ad alta velocità, il materiale del PCB e la pila devono supportare un'impedenza controllata. Se gestisce l'alimentazione della retroilluminazione, contano la larghezza del rame e la progettazione termica. Se si collega a un FPC, contano la selezione del connettore e la stabilità meccanica.
Il materiale e il layout del PCB possono influenzare indirettamente le prestazioni del display. Una progettazione PCB scadente può causare alimentazione instabile, rumore del segnale, messa a massa debole, problemi ai connettori, sfarfallio della retroilluminazione, interferenze touch o guasto all'inizializzazione del display.
Per le interfacce di visualizzazione ad alta velocità, l'integrità del segnale è particolarmente importante. La scheda deve instradare i segnali con impedenza, spaziatura, controllo della lunghezza, piani di riferimento e messa a massa appropriati. Il laminato selezionato, lo spessore del rame, la pila degli strati e la struttura del connettore contribuiscono tutti al risultato finale.
Per progetti industriali o attrezzature a lungo termine, il PCB dovrebbe anche supportare una produzione stabile e una produzione ripetibile. Cambi di materiale, cambi di pila, sostituzioni di connettori o alternative di componenti non controllate possono influenzare la consistenza.
I PCB svolgono anche un ruolo nella gestione del calore. Il rame conduce il calore oltre all'elettricità. Aree di rame più ampie, piani di rame, vias termici e il layout della scheda possono aiutare a distribuire il calore lontano dai componenti di potenza.
Le schede dei controller di visualizzazione possono includere regolatori di potenza, circuiti di pilotaggio della retroilluminazione, processori, memoria e chip di interfaccia. Questi componenti possono generare calore. Se la progettazione termica è debole, la scheda potrebbe diventare instabile o influenzare l'affidabilità a lungo termine.
Per i display ad alta luminosità, la guida della retroilluminazione è un'importante considerazione termica. La progettazione del PCB e della scheda controller dovrebbe essere rivista insieme al requisito di luminosità, alla corrente di retroilluminazione, alla struttura dell'involucro e all'ambiente operativo.
I materiali e gli assemblaggi dei PCB potrebbero dover soddisfare le restrizioni regionali sui materiali. RoHS è uno dei requisiti più comuni per le apparecchiature elettriche ed elettroniche in molti mercati. Limita determinate sostanze pericolose come piombo, mercurio, cadmio, cromo esavalente, PBB, PBDE e diversi ftalati.
La conformità non dovrebbe essere presunta basandosi solo sull'aspetto. Gli acquirenti dovrebbero confermare se la scheda specifica, i componenti, il processo di saldatura, la finitura superficiale, il cavo, il connettore e il modulo di visualizzazione soddisfano i requisiti applicabili per il prodotto finale e il mercato di destinazione.
Per i progetti B2B, la documentazione è importante. Se il prodotto finale viene venduto in Europa, Nord America, Giappone, Corea del Sud o altri mercati regolamentati, l'acquirente dovrebbe chiarire quali dichiarazioni sui materiali o documenti di conformità sono richiesti prima della produzione di massa.
| Tipo di PCB | Struttura | Utilizzo tipico |
|---|---|---|
| PCB a singola faccia | Rame su un lato | Circuiti semplici a basso costo |
| PCB a doppia faccia | Rame su entrambi i lati | Circuiti di complessità moderata |
| PCB a quattro strati | Strati di segnale esterni più strati interni di alimentazione o massa | Schede controller, elettronica compatta, migliore instradamento del segnale |
| PCB a sei o più strati | Strati multipli di segnale, alimentazione e massa | Schede ad alta densità, alta velocità o basate su processore |
| PCB flessibile | Materiale di base flessibile e tracce in rame | FPC per LCD, pannelli touch, connessioni compatte |
| PCB rigido-flessibile | Aree rigide e flessibili combinate | Dispositivi compatti con vincoli meccanici complessi |
Quando si valuta un PCB o una scheda di controllo per LCD, gli acquirenti dovrebbero guardare oltre il nome del materiale del circuito stampato. Il PCB deve soddisfare i requisiti elettrici, meccanici, termici e di conformità dell'intero prodotto.
Domande utili includono:
Un'idea sbagliata è che tutti i PCB siano uguali se utilizzano FR-4. In realtà, i materiali FR-4 variano per prestazioni termiche, comportamento dielettrico, livello di affidabilità e idoneità per assemblaggio senza piombo o segnali ad alta velocità.
Un'altra idea sbagliata è che il colore del PCB indichi le prestazioni. Il colore della maschera di saldatura verde, nero, blu, rosso o bianco non definisce automaticamente la qualità elettrica della scheda. Il grado del materiale, lo stack-up, lo spessore del rame, il processo di produzione e il controllo dell'ispezione sono più importanti.
Una terza idea sbagliata è che le schede più spesse siano sempre migliori. Lo spessore della scheda deve corrispondere al connettore, alla struttura meccanica, al requisito di impedenza e al metodo di assemblaggio del prodotto. Una scheda più spessa può essere più robusta, ma non è automaticamente migliore per ogni progetto.
Una quarta idea sbagliata è che il PCB da solo determini l'affidabilità. L'affidabilità dipende dal materiale della scheda, dal layout, dai componenti, dalla saldatura, dai connettori, dalla progettazione termica, dal comportamento del firmware, dall'involucro e dalle condizioni operative effettive.
Per i progetti RJY Display, i materiali dei PCB sono particolarmente rilevanti quando un cliente necessita di una scheda di controllo per LCD, Scheda di controllo Android, una scheda adattatore per display, una soluzione display con touch o supporto firmware personalizzato.
Un progetto di display può coinvolgere un modulo TFT LCD, FPC, pannello touch, retroilluminazione, vetro di copertura, scheda di controllo, firmware, struttura dell'involucro e scheda madre del cliente. Il PCB è una parte di questo sistema, ma può influenzare il successo dell'intera integrazione.
Quando un progetto coinvolge interfacce come HDMI, VGA, LVDS, MIPI, eDP, USB, RGB, SPI o controllo touch, la scheda deve essere valutata in base al pannello effettivo, alla risoluzione, alla temporizzazione, alla definizione del connettore, al requisito di retroilluminazione e all'ambiente software.
RJY Display supporta moduli TFT LCD, schede di controllo e display personalizzati. discussioni di soluzioni per progetti guidati dall'ingegneria. Le schede di controllo possono essere discusse separatamente o insieme a moduli LCD compatibili a seconda dei requisiti del progetto.
Se il tuo progetto necessita di un modulo display, scheda di controllo, supporto touch, adattamento firmware o abbinamento interfaccia, prepara le dimensioni dell'LCD, la risoluzione, l'interfaccia, il modello del pannello, la definizione dei pin, il requisito di retroilluminazione, il requisito touch, il sistema operativo, l'ambiente applicativo e la domanda prevista.
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Un PCB è composto da più di un materiale. Un PCB tipico include un materiale di base isolante come FR-4, strati conduttivi in rame, prepreg nelle schede multistrato, maschera di saldatura, serigrafia, finitura superficiale, vie, fori placcati e componenti elettronici quando assemblato.
Per progetti di display e schede di controllo, la selezione del materiale del PCB influisce su più del solo costo. Può influenzare l'integrità del segnale, l'erogazione di potenza, la gestione del calore, l'affidabilità del connettore, l'integrazione del firmware, la conformità e la coerenza produttiva a lungo termine.
La scelta migliore del PCB o della scheda di controllo dipende dall'applicazione completa. Dimensioni del display, risoluzione, interfaccia, requisito di retroilluminazione, funzione touch, progettazione della scheda di controllo, struttura meccanica, ambiente operativo e requisiti di conformità devono essere tutti esaminati prima della selezione finale.
Un PCB è solitamente composto da un substrato isolante, strati conduttivi in rame, maschera di saldatura, serigrafia, finitura superficiale, vie e fori placcati. Una volta assemblato, include anche componenti elettronici come IC, resistori, condensatori e connettori.
L'FR-4 è un comune laminato epossidico rinforzato con vetro utilizzato come materiale di base isolante in molti PCB rigidi. Fornisce supporto meccanico e isolamento elettrico per i circuiti in rame.
Il rame viene utilizzato perché conduce bene l'elettricità. Forma le tracce, i pad, i piani di alimentazione, i piani di massa e le vie che collegano i componenti sulla scheda.
La maschera di saldatura è il rivestimento protettivo sulla superficie del PCB. Copre la maggior parte delle aree in rame, aiuta a prevenire i ponti di saldatura, migliora l'isolamento e protegge il rame dall'ossidazione.
Un PCB è il circuito stampato nudo. Un PCBA, o assemblaggio di circuito stampato, è la scheda dopo che i componenti elettronici sono stati montati e saldati.
No. L'FR-4 è molto comune, ma i PCB possono anche utilizzare altri materiali come la poliimmide per circuiti flessibili, substrati a nucleo metallico per applicazioni termiche o laminati ad alta frequenza per progetti specializzati RF e ad alta velocità.
Il materiale del PCB e lo stack-up influenzano il routing del segnale, il controllo dell'impedenza, la gestione del calore, la stabilità dell'alimentazione, l'affidabilità del connettore e la coerenza a lungo termine. Questi fattori sono importanti per le schede di controllo LCD e i circuiti di interfaccia display.
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