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Una scheda a circuito stampato (in sigla PCB o CS in italiano) è la spina dorsale di tutti i dispositivi elettronici moderni. Esploriamo che cos’è un PCB e come vengono prodotti questi minuscoli circuiti. Andiamo!
I primi componenti elettronici venivano realizzati e collegati tra loro manualmente utilizzando fili in una costruzione punto a punto. Questa costruzione manuale portava a errori e rendeva difficile aumentare la produzione. Inoltre, poiché questi circuiti erano estremamente complessi, riparare uno di essi in caso di guasto era un compito lungo e inaffidabile.
Nel 1936, Paul Eisler, un ingegnere geniale che lavorava per una società editoriale, riconobbe questi ostacoli. Inventò il concetto di stampare circuiti conduttivi in rame su una scheda non conduttiva, come mostrato qui. Successivamente, i componenti venivano collegati lungo le piste. Questo fu il primissimo PCB realizzato.
Tuttavia, un PCB moderno appare molto più sofisticato, piccolo e complesso. La produzione odierna di PCB inizia da un semplice foglio piatto di rame. Vediamo come questo foglio si trasforma in un sofisticato dispositivo elettronico, in modo dettagliato e logico.
Per cominciare, questo strato di lamina di rame viene laminato su un foglio piatto di materiale isolante in fibra di vetro. La fibra di vetro fornisce supporto meccanico al PCB e rimane con esso fino alla fine del processo di produzione. Questo insieme, insieme a un foglio protettivo di alluminio, viene inviato alla fase di foratura. Qui vengono praticati alcuni fori, chiamati fori di registro, che servono come punti di riferimento per i successivi allineamenti.
Nel frattempo, un ingegnere progetta correttamente il circuito utilizzando simulazioni assistite da computer. Esiste un software di progettazione PCB che genera file di progetto chiamati file Gerber. I file Gerber contengono modelli 3D dettagliati del PCB. Utilizzando questi file di progetto, la macchina di foratura realizza diversi fori, che verranno poi usati per fissare i componenti alla scheda.
Dopo la foratura, le schede vengono pulite accuratamente per rimuovere eventuali residui. Ora arriva la fase più importante: la produzione delle minuscole e complesse piste di rame. Il modo migliore per ottenerle è un processo chimico chiamato incisione (etching).
Bisogna coprire la piastra di rame con una maschera resistiva, che avrà lo stesso schema del circuito desiderato. Immergendo questa struttura in una soluzione alcalina a una temperatura tra 60 e 120 gradi Celsius, le aree di rame non coperte dalla maschera resistiva si dissolvono, ovvero vengono incise. Al termine del processo, anche la maschera protettiva viene rimossa, lasciando soltanto le piste di rame necessarie.
I primi componenti elettronici venivano realizzati e collegati tra loro manualmente utilizzando fili in una costruzione punto a punto. Questa costruzione manuale portava a errori e rendeva difficile aumentare la produzione. Inoltre, poiché questi circuiti erano estremamente complessi, riparare uno di essi in caso di guasto era un compito lungo e inaffidabile.
Nel 1936, Paul Eisler, un ingegnere geniale che lavorava per una società editoriale, riconobbe questi ostacoli. Inventò il concetto di stampare circuiti conduttivi in rame su una scheda non conduttiva, come mostrato qui. Successivamente, i componenti venivano collegati lungo le piste. Questo fu il primissimo PCB realizzato.
Tuttavia, un PCB moderno appare molto più sofisticato, piccolo e complesso. La produzione odierna di PCB inizia da un semplice foglio piatto di rame. Vediamo come questo foglio si trasforma in un sofisticato dispositivo elettronico, in modo dettagliato e logico.
Per cominciare, questo strato di lamina di rame viene laminato su un foglio piatto di materiale isolante in fibra di vetro. La fibra di vetro fornisce supporto meccanico al PCB e rimane con esso fino alla fine del processo di produzione. Questo insieme, insieme a un foglio protettivo di alluminio, viene inviato alla fase di foratura. Qui vengono praticati alcuni fori, chiamati fori di registro, che servono come punti di riferimento per i successivi allineamenti.
Nel frattempo, un ingegnere progetta correttamente il circuito utilizzando simulazioni assistite da computer. Esiste un software di progettazione PCB che genera file di progetto chiamati file Gerber. I file Gerber contengono modelli 3D dettagliati del PCB. Utilizzando questi file di progetto, la macchina di foratura realizza diversi fori, che verranno poi usati per fissare i componenti alla scheda.
Dopo la foratura, le schede vengono pulite accuratamente per rimuovere eventuali residui. Ora arriva la fase più importante: la produzione delle minuscole e complesse piste di rame. Il modo migliore per ottenerle è un processo chimico chiamato incisione (etching).
Bisogna coprire la piastra di rame con una maschera resistiva, che avrà lo stesso schema del circuito desiderato. Immergendo questa struttura in una soluzione alcalina a una temperatura tra 60 e 120 gradi Celsius, le aree di rame non coperte dalla maschera resistiva si dissolvono, ovvero vengono incise. Al termine del processo, anche la maschera protettiva viene rimossa, lasciando soltanto le piste di rame necessarie.
Il disegno del circuito sulla maschera resistiva utilizzata in questo processo è ovviamente realizzato con l’aiuto di un file Gerber. Si utilizza una tecnica basata su luce UV per applicare la maschera sulla piastra di rame nei punti desiderati. Per la produzione in serie, si realizzano più maschere su un unico foglio.
Come si può vedere, le piste di rame sono molto sottili, quasi invisibili a occhio nudo. Per verificare la qualità delle piste di rame, le schede vengono sottoposte a un’ispezione. Un operatore, con una macchina di ispezione ottica, controlla la qualità delle schede stampate scattando foto e confrontandole con i file di progetto. La macchina verifica la presenza di piste interrotte o in cortocircuito, e i PCB danneggiati vengono scartati. Se tutto è corretto, le schede passano alla fase successiva.
Ti sei mai chiesto perché un PCB è sempre verde? Questo serve a proteggere la scheda dall’ossidazione e dalla polvere. Si applica uno strato di maschera di saldatura sulla scheda. Questo strato conferisce al PCB la sua tipica tonalità verde, ormai universalmente adottata; le piste di rame rimangono nascoste sotto questo strato.
La nuova resina verde aggiunta è di natura isolante. Si nota chiaramente che la resina bloccherebbe i collegamenti tra le piste di rame ai bordi dei fori e i componenti. Per evitare ciò, bisogna rimuovere la maschera di saldatura dai bordi. La maschera che abbiamo applicato aderisce alla piastra di rame solo dopo un processo UV, quindi il trucco è semplice: basta coprire i bordi dei fori con una maschera chimicamente resistente e procedere con il trattamento UV. Dopo questa fase, durante l’immersione chimica, la maschera verde sui bordi verrà rimossa.
Come passaggio finale, viene stampato una serigrafia, cioè uno strato di inchiostro visibile utilizzato per identificare le marcature dei componenti del PCB, i loghi, i simboli e così via.
Abbiamo terminato. Abbiamo realizzato un PCB partendo da una semplice piastra di rame. Il tuo PCB è ora pronto per la spedizione. Nell’industria, i componenti vengono poi posizionati e saldati utilizzando stagno liquido. Questo processo fissa i componenti ai pad di rame sulla scheda.
Infine, viene eseguito il test con sonde volanti (flying probe test) per verificare la connettività tra tutti i componenti, le piste e i pad.
La tecnologia di PCB che abbiamo appena esplorato è di tipo THT (Through-Hole Technology). Sebbene questa tecnologia sia utile per scopi didattici, oggi è quasi obsoleta. La tecnologia più recente è basata su SMT (Surface-Mount Technology), che esploreremo in un video separato.
Per contribuire al canale, premi il pulsante di supporto. Grazie.
Come si può vedere, le piste di rame sono molto sottili, quasi invisibili a occhio nudo. Per verificare la qualità delle piste di rame, le schede vengono sottoposte a un’ispezione. Un operatore, con una macchina di ispezione ottica, controlla la qualità delle schede stampate scattando foto e confrontandole con i file di progetto. La macchina verifica la presenza di piste interrotte o in cortocircuito, e i PCB danneggiati vengono scartati. Se tutto è corretto, le schede passano alla fase successiva.
Ti sei mai chiesto perché un PCB è sempre verde? Questo serve a proteggere la scheda dall’ossidazione e dalla polvere. Si applica uno strato di maschera di saldatura sulla scheda. Questo strato conferisce al PCB la sua tipica tonalità verde, ormai universalmente adottata; le piste di rame rimangono nascoste sotto questo strato.
La nuova resina verde aggiunta è di natura isolante. Si nota chiaramente che la resina bloccherebbe i collegamenti tra le piste di rame ai bordi dei fori e i componenti. Per evitare ciò, bisogna rimuovere la maschera di saldatura dai bordi. La maschera che abbiamo applicato aderisce alla piastra di rame solo dopo un processo UV, quindi il trucco è semplice: basta coprire i bordi dei fori con una maschera chimicamente resistente e procedere con il trattamento UV. Dopo questa fase, durante l’immersione chimica, la maschera verde sui bordi verrà rimossa.
Come passaggio finale, viene stampato una serigrafia, cioè uno strato di inchiostro visibile utilizzato per identificare le marcature dei componenti del PCB, i loghi, i simboli e così via.
Abbiamo terminato. Abbiamo realizzato un PCB partendo da una semplice piastra di rame. Il tuo PCB è ora pronto per la spedizione. Nell’industria, i componenti vengono poi posizionati e saldati utilizzando stagno liquido. Questo processo fissa i componenti ai pad di rame sulla scheda.
Infine, viene eseguito il test con sonde volanti (flying probe test) per verificare la connettività tra tutti i componenti, le piste e i pad.
La tecnologia di PCB che abbiamo appena esplorato è di tipo THT (Through-Hole Technology). Sebbene questa tecnologia sia utile per scopi didattici, oggi è quasi obsoleta. La tecnologia più recente è basata su SMT (Surface-Mount Technology), che esploreremo in un video separato.
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