Processo de fabrico, vantagens, desvantagens e aplicações das placas de circuito impresso (PCB) de uma face

Na era da inteligência em que vivemos, os projetos internos de placas de circuito impresso (PCB) dos produtos eletrónicos exigidos pelo mercado estão a tornar-se cada vez mais complexos, sendo o número de camadas das PCB e a miniaturização as principais tendências. No entanto, as PCB de uma face, simples e práticas, continuam a ser uma componente importante do fabrico de produtos eletrónicos modernos. Seja para prototipagem, projetos eletrónicos «faça você mesmo» ou para o fabrico económico de produtos eletrónicos de consumo, as placas de circuito impresso de uma face são uma opção eficiente e económica. Embora as placas de circuito impresso multicamadas se tenham tornado a escolha preferida para aplicações inteligentes de alta velocidade e alta densidade, as placas de circuito impresso de uma face continuam a ser muito populares devido à sua elevada relação custo-benefício e aos seus ciclos de fabrico curtos.

Este artigo irá fornecer-lhe uma explicação abrangente sobre o fabrico de placas de circuito impresso (PCB) de uma só face: desde a seleção de materiais, o processo de fabrico, a tecnologia de tratamento de superfícies, a análise das vantagens e desvantagens, os campos de aplicação e as futuras evoluções nos métodos de fabrico, ajudando-o a melhorar a precisão na tomada de decisões relativas aos projetos e as suas capacidades de controlo de custos.

Conceitos básicos das placas de circuito impresso de uma face

As placas de circuito impresso (PCB) de uma só face são amplamente utilizadas na eletrónica de consumo devido ao seu baixo custo e peso elevado. Também têm uma grande procura em eletrodomésticos e bens de consumo, devido ao seu preço baixo e baixo custo. Uma PCB de uma só camada, também designada por PCB revestida a cobre de uma só camada, possui uma camada de cobre num dos lados e um isolamento de resina epóxi e vidro no outro. A espessura varia consoante os requisitos do produto, variando entre 0,8, 1,0, 1,2, 1,6 e 2,0 mm, estando disponíveis opções mais espessas para necessidades de produtos personalizados ou especiais. As placas de circuito impresso de camada única têm requisitos de retardância de chamas, tais como FR4 (grau de retardância de chamas 4), e o material da PCB deve cumprir certificações internacionais e nacionais, como a UL, e estar em conformidade com as normas CCL e RoHS (restrições relativas a substâncias perigosas), incluindo requisitos relativos ao bromo, materiais isentos de halogéneos, folha de cobre, pré-impregnado e aditivos químicos.

Processo básico de fabrico de placas de circuito impresso de uma só face

Uma placa de circuito impresso (PCB) de uma face refere-se a uma PCB básica em que os componentes estão concentrados num dos lados, enquanto as pistas estão concentradas no outro lado; as pistas só aparecem num dos lados. Uma vez que as placas de circuito impresso de uma face apresentam muitas limitações rigorosas no projeto do circuito (por haver apenas um lado, as pistas não se podem cruzar e têm de seguir percursos independentes), compreender o processo de fabrico destas placas pode ajudá-lo a otimizar o seu projeto e a reduzir as taxas de erro.

Corte de laminados revestidos a cobre	Ao cortar laminados revestidos a cobre, preste atenção às especificações de corte e submeta a placa a um processo de cura antes do corte. .
Placa de retificação	A placa revestida a cobre cortada é limpa na esmeriladora para remover o pó, as rebarbas e outros resíduos da superfície, combinando os dois processos num só. .
Circuito impresso	Os esquemas elétricos são impressos num dos lados da folha de cobre; a tinta possui propriedades anticorrosivas.
examinar	Remova o excesso de tinta, aplique tinta nas áreas sem tinta e, caso sejam detetados vários defeitos, será necessário efetuar ajustes. Os produtos com defeito podem ser encaminhados para a segunda etapa da gravação para limpeza da tinta e, posteriormente, podem ser devolvidos a este canal para processamento posterior.
Preparar	A tinta está pronta para secar.
Gravura	O processo que consiste em remover o excesso de cobre com um reagente, deixando o cobre no circuito coberto de tinta, seguido da limpeza da tinta do circuito com um reagente e, por fim, da sua secagem, é um processo único e integrado.
Fazer furos de posicionamento	Faça furos de posicionamento na placa de gravação
Placa de retificação	Limpe e seque a placa com os orifícios de posicionamento perfurados, tal como na placa 2.
serigrafia	Os componentes a inserir são serigrafados no verso do substrato, juntamente com alguns códigos de identificação. Após a serigrafia, os componentes são secos, combinando os dois processos num só.
disco de esmerilagem	Limpar novamente
Resistência à soldadura	A máscara de solda verde é serigrafada sobre o substrato limpo. Não é necessária máscara de solda verde nas áreas de solda. O substrato é, em seguida, seco imediatamente após a impressão, combinando os dois processos num só.
formando	A conformação é realizada com um punção. Se não for necessário o tratamento com ranhura em V, a conformação pode ser realizada em duas etapas. Por exemplo, no caso de placas redondas pequenas, primeiro perfure do lado da serigrafia para o lado da máscara de solda para formar uma placa redonda pequena e, em seguida, perfure do lado da máscara de solda para o lado da serigrafia para criar orifícios de inserção, etc.
Corte em V	Os pratos redondos pequenos não requerem um corte em V; o substrato é recortado da ranhura por uma máquina.
colofónia	Primeiro, a placa é lixada para remover o pó e, em seguida, seca. Depois, aplica-se uma camada fina de resina no lado onde se encontram as áreas de soldadura. Estes três processos são realizados numa única etapa.
Teste FQC	Verifique se o substrato está deformado e se os orifícios e os circuitos estão em bom estado.
nivelar	Neste processo, não é necessário endireitar o substrato deformado.
Embalagem e envio	Serão tomadas medidas personalizadas em matéria de embalagem e transporte, de acordo com os requisitos de conceção do projeto.
Observação	O processo de lixagem entre as camadas de serigrafia e de máscara de solda pode ser omitido. A aplicação da máscara de solda pode ser feita primeiro, seguida da serigrafia, dependendo do substrato.

Materiais habitualmente utilizados no fabrico de placas de circuito impresso (PCB) de uma só face

Os diferentes materiais afetam diretamente a resistência ao calor, a resistência mecânica e o preço final da placa de circuito impresso (PCB). A seguir, apresentam-se os substratos mais comuns utilizados em placas de circuito impresso de uma face (a espessura da camada de cobre destes substratos situa-se geralmente entre 0,5 oz e 2 oz, sendo a espessura padrão de 1 oz (aproximadamente 35 micrómetros)).

FR4 (placa de fibra de vidro)	O mais comum, económico e duradouro
Substrato de alumínio	Possui um bom desempenho na dissipação de calor e é frequentemente utilizado na iluminação LED.
CEM-1	Custo mais baixo, adequado para produtos simples e de gama baixa

Vantagens e desvantagens de circuitos impressos de uma face

A utilização de placas de circuito impresso de uma face em muitos cenários está intimamente ligada às suas vantagens. No entanto, apesar das inúmeras vantagens das placas de circuito impresso de uma face, as suas limitações são também muito evidentes na indústria eletrónica, onde os requisitos funcionais se tornam cada vez mais complexos. Resumimos a seguir as vantagens e desvantagens das placas de circuito impresso de uma face.

Vantagens das placas de circuito impresso de uma face

Baixo custo de produção	O processo de produção de placas de uma face é simples, exigindo apenas gravação e galvanoplastia numa das faces. Os custos com materiais e fabrico são significativamente inferiores aos das placas de duas faces e multicamadas.
Processo de fabrico consolidado	Os painéis de uma só face têm uma longa história e uma tecnologia bastante avançada, apresentando poucos desafios técnicos na produção. Isto não só encurta o ciclo de produção, como também reduz as taxas de retrabalho e aumenta o rendimento.
Fácil de conceber e manter	As placas de uma só face têm regras de ligação simples e são mais fáceis de conceber, o que as torna especialmente adequadas para principiantes ou para pequenos projetos. Além disso, a simplicidade dos seus circuitos torna a resolução de problemas relativamente fácil e os custos de manutenção baixos.
Adequado para produção em massa	No caso de circuitos simples produzidos em grandes lotes, as placas de uma face permitem uma produção rápida e estável, ajudando as empresas a reduzir os ciclos de entrega.

Desvantagens das placas de circuito impresso de uma só face

Complexidade do circuito limitada	As placas de uma só face só podem acomodar uma única camada de fios e não permitem ligações cruzadas, o que significa que apenas satisfazem requisitos de circuitos simples e têm dificuldade em suportar a implementação de funções complexas.
Desempenho limitado	Devido às limitações das camadas de fiação, as placas de uma só face têm dificuldade em satisfazer as exigências dos circuitos de alta frequência, alta densidade e multifuncionais. Estas placas ficam aquém das expectativas em aplicações que exigem um elevado desempenho.
Baixa densidade de componentes	O design de uma só face limita a flexibilidade da disposição dos componentes, o que constitui uma grande desvantagem na tendência atual de procurar a leveza e a miniaturização dos dispositivos eletrónicos.
Não adequado para aplicações de gama alta	Setores de ponta, como o dos equipamentos de comunicação, da eletrónica médica e do setor aeroespacial, requerem frequentemente placas de circuito impresso multicamadas para proporcionar uma maior integração funcional e compatibilidade eletromagnética.

Processos comuns de tratamento de superfícies para placas de circuito impresso (PCB) de uma só face

O processo de tratamento de superfícies para placas de circuito impresso (PCB) de uma face envolve principalmente o tratamento das superfícies expostas dos pads, tais como HASL (baixo custo) ou ENIG (dedos dourados de maior qualidade), com o objetivo de melhorar a soldabilidade e prevenir a oxidação. De um modo geral, os seguintes processos de tratamento de superfícies são habitualmente utilizados no fabrico de placas de circuito impresso de uma face.

Nivelamento com ar quente

O nivelamento a ar quente, também conhecido como nivelamento de solda a ar quente, é um processo no qual a solda fundida de estanho-chumbo é aplicada sobre a superfície de uma placa de circuito impresso (PCB) e, em seguida, nivelada (soprada) com ar comprimido aquecido, de modo a formar um revestimento que resiste à oxidação do cobre e proporciona uma boa soldabilidade. Durante o nivelamento a ar quente, forma-se um composto metálico de cobre e estanho na interface entre a solda e o cobre, com uma espessura de aproximadamente 1 a 2 mil.

Estanhado

Uma vez que todas as soldas são atualmente à base de estanho, a camada de estanho pode ser compatível com qualquer tipo de solda, tornando o revestimento por imersão em estanho uma tecnologia promissora. No entanto, as placas de circuito impresso (PCB) anteriormente tratadas com revestimento por imersão em estanho eram propensas ao desenvolvimento de «whiskers» de estanho, o que causava problemas de fiabilidade durante a soldadura devido à migração desses «whiskers» e do estanho, limitando assim a adoção deste processo. Posteriormente, foram adicionados aditivos orgânicos à solução de estanho por imersão, criando uma estrutura granular da camada de estanho, o que permitiu superar os problemas anteriores e proporcionar boa estabilidade térmica e soldabilidade. Outros processos de tratamento são menos utilizados, sendo mais comuns a galvanoplastia de níquel-ouro e o revestimento de paládio sem corrente elétrica.

Antioxidante OSP

O OSP difere de outros processos de tratamento de superfícies na medida em que atua como uma camada de barreira entre o cobre e o ar. Em termos simples, o OSP faz crescer quimicamente uma película orgânica sobre uma superfície de cobre limpa e nua. Esta película é resistente à oxidação, ao choque térmico e à humidade, protegendo a superfície de cobre contra a formação de ferrugem (oxidação ou sulfidação, etc.) em ambientes normais. Ao mesmo tempo, deve poder ser removida fácil e rapidamente pelo fluxo durante o processo subsequente de soldadura a alta temperatura, de modo a facilitar a soldadura.

Imersão em Prata

O revestimento a prata por imersão é um processo que se situa entre o OSP (Optical Sealing Plated) e o revestimento a níquel químico/ouro por imersão, sendo relativamente simples e rápido. A prata por imersão não reveste a placa de circuito impresso com uma camada espessa de proteção; mesmo quando exposta ao calor, à humidade e à poluição, continua a proporcionar um bom desempenho elétrico e a manter uma boa soldabilidade, mas perde o seu brilho. Como não existe níquel por baixo da camada de prata, o revestimento de prata por imersão não possui toda a resistência física do revestimento de níquel químico/ouro por imersão. A prata por imersão é uma reação de deslocamento, resultando num revestimento de prata pura quase ao nível submicrométrico. Por vezes, o processo de imersão também inclui alguma matéria orgânica, principalmente para prevenir a corrosão da prata e eliminar problemas de migração da prata. Esta fina camada de matéria orgânica é geralmente difícil de medir; a análise mostra que o peso da matéria orgânica é inferior a 1%.

Galvanização química com paládio

O processo de revestimento com paládio sem corrente elétrica é semelhante ao do revestimento com níquel sem corrente elétrica. O processo principal envolve a utilização de um agente redutor para reduzir os iões de paládio a paládio numa superfície catalítica. O paládio recém-formado atua como catalisador, permitindo a criação de camadas de paládio de qualquer espessura. As vantagens do revestimento de paládio não eletrolítico incluem boa fiabilidade de soldadura, estabilidade térmica e um acabamento superficial liso.

Revestimento de níquel não eletrolítico/ouro por imersão (também conhecido como revestimento químico a ouro)

A niquelagem química/banho de ouro por imersão aplica uma camada espessa de uma liga de níquel-ouro com excelentes propriedades elétricas sobre a superfície de cobre, proporcionando proteção a longo prazo à placa de circuito impresso (PCB). Ao contrário do OSP, que atua apenas como uma barreira antiferrugem, este processo mantém a sua eficácia e proporciona um excelente desempenho elétrico ao longo de toda a vida útil da placa de circuito impresso. Além disso, possui uma tolerância ambiental inigualável por outros processos de tratamento de superfícies.

Níquel-ouro galvanizado (ouro galvanizado)

O revestimento de níquel-ouro é o precursor dos processos de tratamento de superfícies de placas de circuito impresso (PCB). Existe desde o advento das PCB e tem vindo a evoluir gradualmente para outros processos. O revestimento de níquel-ouro consiste, em primeiro lugar, na galvanoplastia de uma camada de níquel sobre os condutores na superfície da PCB, seguida da galvanoplastia de uma camada de ouro. A galvanização com níquel destina-se principalmente a impedir a difusão entre o ouro e o cobre. Atualmente, existem dois tipos de galvanização com níquel-ouro: a galvanização com ouro macio (ouro puro, cuja superfície não apresenta brilho) e a galvanização com ouro duro (superfície lisa e dura, resistente ao desgaste, contendo cobalto e outros elementos, cuja superfície apresenta um brilho mais intenso).

O ouro macio é utilizado principalmente para a ligação por fio durante o encapsulamento de chips; o ouro duro é utilizado principalmente para interligações elétricas em áreas sem soldadura (tais como os «gold fingers»). Em circunstâncias normais, a soldadura faz com que o ouro galvanizado se torne frágil, o que encurta a sua vida útil; por isso, deve evitar-se a soldadura sobre ouro galvanizado; por outro lado, o revestimento de níquel químico/ouro por imersão raramente se torna frágil, uma vez que a camada de ouro é muito fina e uniforme. .

Áreas de aplicação comuns das placas de circuito impresso de uma só face

Uma placa de circuito impresso (PCB) de uma só face é uma placa de circuito com circuitos condutores apenas num dos lados, enquanto o outro lado é utilizado principalmente para a montagem de componentes ou para servir de suporte. Este design simples torna o seu processo de fabrico relativamente básico, mas ocupa uma posição insubstituível nas seguintes áreas de aplicação:

Eletrónica de consumo	As placas de circuito impresso (PCB) de uma face são amplamente utilizadas em produtos eletrónicos de consumo, tais como rádios, calculadoras e pequenos eletrodomésticos. Estes produtos apresentam requisitos menos exigentes em termos de complexidade dos circuitos, mas têm de encontrar um equilíbrio entre fiabilidade e relação custo-benefício.
Indústria da iluminação	Em produtos como luminárias LED, ecrãs e módulos de retroiluminação, as placas de circuito impresso (PCB) de uma só face são muito procuradas devido à sua elevada condutividade térmica e ao seu design simples.
Indústrias automóvel e de eletrodomésticos	Nos eletrodomésticos tradicionais, como brinquedos elétricos, panelas de arroz e aspiradores de pó, as placas de circuito impresso (PCB) de uma só face constituem uma opção económica. Além disso, são frequentemente utilizadas em determinados circuitos não críticos dos automóveis, como os módulos de controlo das luzes das portas.
Equipamento eletrónico industrial	Em pequenos circuitos de controlo ou placas de interface simples, onde os requisitos de processamento de sinais não são elevados, as placas de uma face podem proporcionar um desempenho estável e reduzir os custos.

De um só lado Fabrico de placas de circuito impresso

A produção de placas de circuito impresso (PCB) de uma só face está a ser moldada por tecnologias de ponta e por exigências de mercado em constante mudança. Resumimos e prevemos que o futuro da produção de PCB será marcado por inovações nas seguintes áreas.

Fabrico aditivo (impressão 3D de placas de circuito impresso)	Os métodos de fabrico aditivo não recorrem à gravação subtrativa; em vez disso, a tinta condutora é depositada apenas onde é necessário. Isto reduz o desperdício, permite a prototipagem rápida e possibilita a integração de componentes.
Componentes incorporados	Os componentes passivos e ativos estão a ser integrados diretamente na camada da placa de circuito impresso, reduzindo o espaço ocupado e melhorando o desempenho.
Fábricas inteligentes e Indústria 4.0	Os dispositivos IoT, a monitorização em tempo real, a manutenção preditiva e a análise de dados baseada em IA estão a transformar o fabrico tradicional de placas de circuito impresso em operações inteligentes e ágeis.
Iniciativas de sustentabilidade	A reciclagem de água, os processos sem chumbo, os substratos biodegradáveis e os equipamentos energeticamente eficientes estão a tornar-se a norma nas fábricas com consciência ambiental.
Materiais Avançados	Estão a ser utilizados novos dielétricos com valores de Dk/Df ultrabaixos, condutividade térmica melhorada e resistência mecânica reforçada nos sistemas de 5G, IA e autónomos da próxima geração.

Geyuan Electronics ‘vantagens principais» na produção personalizada de placas de circuito impresso

Os clientes de qualquer parte do mundo que procuram um fabricante profissional de PCB têm sempre as seguintes preocupações: “Conseguem fazê-lo?”, “Com que qualidade o farão?” e “Podem garantir o prazo de entrega?”. A Geyuan Electronics conta com muitos anos de experiência na área do fabrico de PCB e desenvolveu várias vantagens para melhor servir os clientes a nível global. As minhas vantagens incluem, principalmente, os seguintes aspetos.

Vantagens processuais e tecnológicas	Podemos fabricar placas de circuito impresso (PCB) multicamadas com até 40 camadas, uma relação de aspecto de até 15:1, precisão de impedância de ±5% e desvio entre camadas de ±0,02 mm — todas especificações líderes no setor. Contamos com uma equipa dedicada de I&D que otimiza continuamente os processos e supera os desafios técnicos das placas de circuito impresso multicamadas. Por exemplo, o nosso processo de laminação de 40 camadas, recentemente desenvolvido, atinge uma taxa de rendimento superior a 95%, excedendo largamente a média do setor, que é de 70%.
Serviços de análise de DFM e competências de engenharia	Oferecemos também um serviço dedicado de auditoria de Design for Manufacturing (DFM). Depois de os clientes nos fornecerem os ficheiros Gerber, os nossos engenheiros realizam uma auditoria DFM detalhada para identificar falhas de conceção que possam dificultar a produção, tais como larguras de linha excessivamente finas, aberturas pequenas ou conceções de empilhamento inadequadas. Isto permite uma otimização proativa e previne problemas de produção. Para muitos clientes, as nossas auditorias de DFM aumentaram as taxas de aprovação da produção de 60% para 98%, resultando numa poupança significativa de custos.
Fábricas próprias e equipamento de ponta	As nossas unidades de produção próprias em Shenzhen e Dongguan, na China, estão equipadas com uma gama completa de equipamentos de ponta para o fabrico de PCB: perfuradoras de alta velocidade importadas da Alemanha, laminadoras totalmente automáticas, máquinas de exposição a laser LDI, instrumentos de inspeção ótica AOI, testadores de impedância TDR, testadores de desvio de camadas por raios X, etc. Todos estes equipamentos foram introduzidos nos últimos três anos e estão na vanguarda do setor em termos de desempenho.
Capacidades de prototipagem e produção em série	A nossa capacidade de produção de placas de circuito impresso permite-nos fabricar 1 500 protótipos por mês e 10 000 metros quadrados de placas de circuito impresso por mês em série, cobrindo todo o processo, desde o protótipo até à produção em massa. O nosso ciclo de entrega de protótipos é de 5 dias para placas de 20 camadas, 7 dias para placas de 30 camadas e 10 dias para placas de 40 camadas, o que é mais de 30% mais rápido do que a média do setor. Muitos clientes têm prazos apertados; outras fábricas demoram 15 dias, mas nós conseguimos entregar em 7 dias, ajudando-os a ganhar uma vantagem competitiva no mercado.
Gestão da qualidade e serviços pós-venda	A nossa taxa de rendimento na produção de placas de circuito impresso (PCB) atinge mais de 98%, ultrapassando largamente a média do setor, que é de 80%. Dispomos de um rigoroso sistema de controlo de qualidade com 12 pontos de inspeção, desde o armazenamento das matérias-primas até à entrega do produto acabado, para garantir que todas as placas cumprem os requisitos de qualidade. Oferecemos também uma garantia vitalícia; qualquer placa fabricada por nós que não tenha sido danificada por erro humano será reparada gratuitamente.
Vantagens do serviço	O nosso serviço é excelente. Em caso de qualquer problema por parte dos clientes, os nossos engenheiros respondem no prazo de 2 horas e apresentam uma solução no prazo de 24 horas. Muitos clientes enfrentam problemas com as suas placas e, quando contactam outras fábricas, ou enfrentam atrasos ou simplesmente não conseguem contactá-las. Mas quando nos contactam, analisamos imediatamente a causa, apresentamos soluções e, se necessário, chegamos mesmo a refazer as placas gratuitamente.

Resumir

Mesmo na era da tecnologia inteligente em que vivemos, as placas de circuito impresso (PCB) de uma só face continuam a ser um componente insubstituível e crucial na produção de equipamentos eletrónicos. O seu baixo custo, o prazo de entrega rápido e o design simples fazem com que sejam amplamente utilizadas na educação, no empreendedorismo e na eletrónica de consumo. Compreender o seu processo de fabrico, as especificações de design e a gama de preços irá ajudá-lo a empreender projetos com maior confiança.

Além disso, com base nas encomendas da Geyuan Electronics e no feedback dos clientes, o processo de fabrico de placas de circuito impresso (PCB) de uma face está a tornar-se cada vez mais maduro e a procura está a crescer. Quer se trate de produtos de consumo ou de outros tipos de produtos, as placas de circuito impresso de uma face são cada vez mais utilizadas como componentes essenciais, uma vez que reduzem eficazmente a complexidade do fabrico e controlam os custos. Se tiver necessidades de fabrico de placas de circuito impresso de camada única, seja para protótipos ou para produção em série, contacte a Geyuan Electronics para obter assistência. Comece já o seu projeto de fabrico de placas de circuito impresso de uma face! Aceitamos os seus ficheiros de projeto e a nossa equipa criará para si uma placa de circuito de alta qualidade e com uma boa relação custo-benefício.