Guía de fabricación y uso de bobinas de PCB

Guía de fabricación y uso de bobinas de PCB

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PCB de bobina se refiere a un componente similar a un inductor creado al enrutar directamente las pistas en forma de bobina en una PCB.. Esta tecnología ofrece una excelente resistencia al voltaje., factor Q alto, consistencia fuerte, enrutamiento flexible, y alta capacidad de transporte de corriente, haciéndolo ampliamente utilizado en aplicaciones de antena. Una bobina de PCB es una bobina fabricada directamente en una placa de circuito impreso utilizando pistas conductoras en las capas de la placa de circuito..

En este artículo, Proporcionaremos una introducción detallada a las bobinas de PCB., cubriendo su concepto, ventajas, aplicaciones, procesos de fabricación, y otras características clave para ayudar a los usuarios a obtener una comprensión integral de las bobinas de PCB.

¿Qué es una bobina de PCB??

Una bobina de PCB es un dispositivo que utiliza pistas metálicas diseñadas con precisión en una placa de circuito impreso para formar una bobina de una forma seleccionada.. Curiosamente, Este proceso se puede implementar en múltiples capas., dependiendo de diferentes formas y modelos.
Además, Los PCB constan de capas aislantes alternas y conductores que se entrelazan para formar bobinas de PCB agrupadas..
Además, este componente incluye una capa conductora con pistas, permitiéndole adaptarse a una forma de arco adecuada mientras se divide en múltiples secciones conductoras.

Estructura básica de las bobinas de PCB

Las bobinas de PCB constan principalmente de los siguientes componentes:

  • Conductor de bobina: Normalmente hecho de lámina de cobre., formado en espiral u otras formas especiales a través de procesos de enrutamiento de PCB.

  • Capa de aislamiento: Comúnmente hecho de FR4, poliimida (PI), o sustratos cerámicos para garantizar un rendimiento de aislamiento adecuado.

  • Vías: Se utiliza para conectar pistas de bobina en PCB multicapa., mejorar la capacidad de transporte de corriente o aumentar la inductancia.

  • Tratamiento superficial: Incluye ENIG (oro de inmersión de níquel no electrolítico), OSP (conservante de soldabilidad orgánico), revestimiento de soldadura con/sin plomo, etc., para mejorar la confiabilidad y conductividad de la soldadura.

Tipos de bobinas de PCB

(1) Clasificación por recuento de capas

  • PCB de una sola capa Bobina: La estructura de la bobina está dispuesta solo en un lado de la PCB., presenta un diseño simple adecuado para aplicaciones de baja potencia.

  • PCB multicapa Bobina: Utiliza múltiples capas de PCB apiladas y conectadas mediante vías para mejorar la inductancia y la capacidad de transporte de corriente..

  • PCB flexible Bobina (Bobina FPC): Hecho de materiales flexibles como PI, adecuado para aplicaciones flexibles y ultrafinas, como bobinas de carga inalámbrica.

(2) Clasificación por forma

  • Bobina Espiral: La estructura más común, con la bobina distribuida en espiral a lo largo de la superficie de la PCB. Ampliamente utilizado en carga inalámbrica y antenas RFID..

  • Bobina serpentina: Diseñado para aplicaciones de sensores y de alta frecuencia, reduciendo la capacitancia parásita.

  • Bobina rectangular/anular: Utilizado en diseños estructurales especializados., tales como blindaje electromagnético y aplicaciones de transformadores.

bobina de PCB

¿Cómo funciona una bobina de PCB??

Los principios electromagnéticos de las bobinas de PCB son idénticos a los de las bobinas bobinadas o a cualquier otro inductor.:

  • Elemento conductor: Las trazas de cobre actúan como componentes conductores., Reemplazo de los devanados de alambre en inductores discretos..

  • Campo magnético inducido: Cuando una corriente alterna o pulsada fluye a través de las trazas, Genera un campo magnético en expansión y contracción..

  • Almacenamiento de energía: Debido a la inductancia de la bobina., El campo magnético almacena temporalmente energía en cada ciclo de la corriente alterna..

  • Voltaje inducido: Cualquier cambio en la corriente aplicada induce un voltaje a través de la bobina proporcional a la tasa de cambio., debido a la inductancia.

  • Impedancia: La bobina presenta una impedancia que varía con la frecuencia., principalmente debido a la reactancia inductiva.

De este modo, una bobina de PCB funciona esencialmente como un inductor estándar, con sus parámetros determinados por su estructura y materiales.

Consideraciones clave de diseño para bobinas de PCB

(1) Cálculos de parámetros de bobina

El diseño de una bobina de PCB implica principalmente los siguientes parámetros clave:

  • Inductancia (L): Depende del número de vueltas, ancho de traza, espaciado, y material de sustrato.

  • Resistencia (Riñonal): Determinado por el espesor de la lámina de cobre., ancho de traza, y longitud, afectando directamente las pérdidas de energía.

  • factor q (Factor de calidad): Un factor Q más alto indica pérdidas más bajas, haciéndolo adecuado para aplicaciones de alta eficiencia.

  • Frecuencia resonante (f₀): Se debe considerar el punto resonante para evitar interferencias o pérdidas de señal..

(2) Consideraciones sobre el diseño de la bobina

  • Ancho y espaciado del trazo: Debe seleccionarse en función de los niveles y la frecuencia actuales para evitar el sobrecalentamiento o la interferencia electromagnética. (EMI).

  • Conexiones entre capas (Vía Diseño): El diámetro de la vía y el relleno de cobre deben optimizarse para reducir la impedancia y mejorar la confiabilidad..

  • Planos de blindaje y tierra: Para aplicaciones de alta frecuencia, Se pueden utilizar planos de tierra o capas de blindaje para minimizar la interferencia externa..

Bobina de PCB-1

Proceso de fabricación de bobinas de PCB y control de precisión

La fabricación de bobinas de PCB implica fotolitografía., aguafuerte, y procesos de galvanoplastia. El flujo de trabajo típico es el siguiente:

Proceso de fotolitografía

  • Pasos: Recubrimiento fotorresistente → exposición a los rayos UV (usando película o imagen directa LDI) → Revelado → Grabado → Resistir al decapado.

  • Precisión: LDI (Imagen directa con láser) La tecnología permite un ancho/espaciado de línea ≤ 25 μm., Cumplir con los requisitos de las bobinas de alta frecuencia..

Tecnología de espesamiento de la capa de cobre

  • Cobre galvanizado: La deposición electrolítica aumenta la capa de cobre de 1 oz a 10 oz, reduciendo significativamente la resistencia. (Por ejemplo, en un ancho de 1 mm, 10bobina de mm de largo, 1oz de cobre tiene una resistencia de ~5mΩ, mientras que 10 oz de cobre lo reducen a ~0,5 mΩ.)

  • Aplicaciones: Los inductores o transformadores de alta potencia requieren un equilibrio entre costo y disipación de calor..

Proceso de PCB multicapa

  • Laminación & Vías: Las láminas de cobre multicapa se laminan utilizando láminas preimpregnadas., con vías formadas mediante láser o perforación mecánica para establecer conexiones eléctricas entre capas.

  • Ventajas: Transformadores planos (P.EJ., un tablero de 4 capas con bobinas primarias y secundarias acopladas verticalmente) mejorar la eficiencia del acoplamiento magnético.

Tecnología de corte por láser

  • Adecuado para: Bobinas de PCB flexibles, líneas de meandro de alta frecuencia, eliminando la necesidad de grabar cortando directamente la capa de cobre.

  • Precisión: Los láseres de CO₂ o UV alcanzan una precisión de corte de ±10 μm.

Aplicaciones de bobinas de PCB

(1) Carga inalámbrica

  • Utilizado en transmisores de carga inalámbrica Qi. (Texas) y receptores (RX).

  • Los diseños de bobinas en espiral multicapa mejoran la eficiencia de la transferencia de energía.

(2) Comunicación RF y NFC

  • Utilizado en RFID, Aplicaciones NFC como tarjetas inteligentes y dispositivos de pago electrónico.

  • La optimización de la frecuencia de resonancia de la bobina garantiza la compatibilidad con las bandas de frecuencia objetivo. (P.EJ., 13.56megahercio).

(3) Sensores y Medición

  • Aplicado en sensores de inducción magnética y sensores de corriente..

  • Los diseños de bobinas de PCB diferenciales mejoran la sensibilidad de la señal.

(4) Potencia y blindaje electromagnético

  • Utilizado en transformadores de PCB y supresión de EMI..

  • Los giros de la bobina y los ajustes de forma optimizan la compatibilidad electromagnética (EMC).

Conclusión

Como componente magnético esencial en los sistemas electrónicos modernos., El diseño de la bobina de PCB requiere una cuidadosa consideración de los materiales, procesos de fabricación, rendimiento electromagnético, y gestión térmica. Con crecientes demandas de alta frecuencia, integrado, y diseños flexibles, La tecnología de bobinas de PCB seguirá evolucionando para lograr un mayor rendimiento y aplicaciones más amplias.. A través del diseño optimizado y la innovación de procesos, Las bobinas de PCB desempeñarán un papel crucial en campos emergentes como la comunicación 5G, IoT, y vehículos eléctricos.