GUIDA I circuiti Stampati.

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Blume

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Prima di imparare a costruire un circuito stampato dobbiamo capire come è fatto. Si tratta, in estrema sintesi, di un insieme di piste in rame "disegnate" su un supporto isolante; queste piste servono per collegare tra loro i componenti che costituiscono il circuito elettronico.



Nelle tre figure (dall'alto: il "lato componenti", la vista di fianco, ed il "lato saldature") si può vedere un semplicissimo circuito stampato(due resistenze in serie):

  • in verde (semitrasparente) è rappresentato il supporto isolante che conferisce resistenza meccanica all'insieme
  • in bruno il rame che realizza i collegamenti
  • In azzurro con strisce colorate le due resistenze i cui terminali (reofori) sono neri
  • in grigio la saldatura tra i reofori delle resistenze e le piste in rame
Il montaggio rappresentato è detto "a singola faccia" o "single layer": il rame è posto da un solo lato del circuito (il lato saldature o lato rame o bottom) mentre i componenti sono dall'altra parte (il lato componenti o top). Le connessioni sono realizzate attraversano fori passanti da parte a parte (THT, Through Hole Technology, spesso chiamato anche "metodo tradizionale").
Il materiale di base è costituito dalla scheda ramata (copper clad board), detta familiarmente "basetta", costituita da un supporto dallo spessore di circa 1,6 mm, in materiale isolante su cui è depositata una lamina di rame dallo spessore di 35 micron, corrispondenti a 305 g/m2 o, come dicono in alcuni paesi extracomunitari, ad 1 oncia per piede quadrato.
Il materiale isolante più economico ma anche di minori prestazioni, soprattutto in alta frequenza, è la resina fenolica (bachelite o SRBP) che appare come un materiale uniforme di color giallo/marrone. Ha il vantaggio che si lavora facilmente dal punto di vista meccanico. Quando sono richieste migliori prestazioni viene usata la vetronite (FR4 o vetro epossidico) che, ovviamente, è più costoso e purtroppo tende a rovinare le punte del trapano durante la foratura in quanto contiene fibre di vetro. Alla vista appare come un materiale verdastro e traslucido.
Le basette sono disponibili presso i negozi di componenti elettronici e costano, nel formato classico di 100x160 mm (Eurocard), circa un paio di euro anche se la variabilità del prezzo è, misteriosamente, grande. Esistono anche schede con uno spessore minore o maggiore di rame (per circuiti ad alte correnti a volte si usa rame con spessore di 70 micron), ma si tratta di materiale meno reperibile e comunque inutile nella maggior parte delle applicazioni hobbistiche. Sono inoltre in commercio basette con uno spessore complessivo inferiore al millimetro, adatte per esempio per produrre simcard, ma anche queste sono praticamente introvabili nei comuni negozi.
Per disegnare le piste viene normalmente utilizzata la cosiddetta tecnica sottrattiva: partendo da una superficie interamente coperta di rame, viene tolto tutto il materiale che non serve per realizzare il circuito, lasciando invece quello necessario per creare i collegamenti elettrici. Pur essendo possibile realizzare ciò con sistemi meccanici (esistono in commercio delle frese a controllo numerico specifiche per questo scopo, dal costo di qualche migliaio di euro) in genere si procede per via chimica. Per fare ciò si deve prima proteggere il rame che deve rimanere con una pellicola resistente ed e successivamente aggredire l'intera basetta con sostanze chimiche capaci di rimuovere il rame non coperto: ovviamente il rame protetto dalla pellicola non viene intaccato, rimanendo sul supporto isolante a formare le piste necessarie per collegare i vari componenti.
Circuiti stampati a doppia faccia

Quando un circuito stampato ospita numerosi componenti può essere complesso realizzare tutte le connessioni necessarie disegnando le piste da un solo lato della basetta. Una soluzione parziale consiste nell'usare i cosiddetti ponticelli (jumper) cioè degli spezzoni di filo che permettono di "saltare" gli ostacoli presenti sul lato saldature passando attraverso il lato componenti. Non sempre però i ponticelli sono sufficienti, soprattutto perché sono vincolati ad essere rettilinei e non troppo lunghi, pena eccessive difficoltà di montaggio.
La soluzione è l'utilizzo di basette le cui piste sono realizzate su entrambe le facce, cioè dual layer: in questo modo risulta più facile completare lo sbroglio, scegliendo il lato su cui far passare i vari segnali. Il materiale di partenza è costituito da una basetta su cui il foglio in rame è incollato ad ambedue le facce.
La figura seguente mostra la sezione di un circuito stampato a doppia faccia.



Da sinistra verso destra possiamo vedere diverse tipologie di fori:

  • Un foro metallizzato cioè un foro al cui interno è stato depositato uno strato di rame tale da realizzare il collegamento elettrico e meccanico tra le due facce, creando una sorta di rivetto. Purtroppo a livello hobbistico questo tipo di fori non sono realizzabili in modo affidabile e comodo, neppure usando gli appositi liquidi in commercio (costosi, abbastanza laboriosi da usarsi ed introvabili) oppure piccoli rivetti da inserire meccanicamente.
  • Una resistenza i cui collegamenti (e relative saldature) sono realizzati sul lato componenti. Il reoforo di sinistra ha una doppia saldatura che garantisce anche il collegamento elettrico tra una pista del lato superiore ed una del lato inferiore
  • Un resistore montato esattamente come se fosse saldato su un circuito a singola faccia
  • Il collegamento tra una pista posta sul lato componenti (sopra in figura) ed una posta sul lato saldature realizzato con un filo lungo qualche millimetro che attraversa lo stampato da parte a parte. Da notare la doppia saldatura, una anche sul lato componenti, necessaria per realizzare il contatto elettrico.
Nei circuiti industriali spesso i layer sono 4, 6 o anche più (multilayer) ma ovviamente solo i due esterni sono visibili. I collegamenti tra i vari layer sono realizzati attraverso fori metallizzati, a volte anche ciechi, cioè non passanti. Ovviamente queste tecnologie sono oggi lontane dalle possibilità dell'hobbista.
Circuiti stampati SMT

La tecnica di montaggio superficiale (SMT: Surface Mount Technology o anche SMD dove D sta per Device) dei componenti permette la saldatura senza realizzare un foro nella basetta in quanto le piste ed i componenti da saldare sono sullo stesso lato. Nella figura ho schematizzato il montaggio di un resistore (in blu) e di un circuito integrato (in nero): la saldatura (in grigio scuro) appare come una sorta di goccia che realizza il collegamento elettrico.



I componenti a montaggio superficiale sono poco utilizzati in ambito hobbistico per una serie di motivi:

  • la non semplice reperibilità dei componenti elettronici, discreti in particolare (provate ad entrare in un negozio a cercare 10 resistori SMD...)
  • le piccole dimensioni che rendono a volte problematica la saldatura (anche se spesso è facile classificare questo problema come di natura psicologica)
  • la necessità di utilizzare disegni ad altissima precisione per il master e materiali di ottima qualità
  • l'impossibilità pratica di riutilizzare componenti una volta saldati
L'attuale produzione industriale è invece indirizzata quasi esclusivamente su questa tecnologia (soprattutto per le dimensioni, il costo ed il miglior funzionamento ad alta velocità) e questo fatto rende a volte non disponibili integrati moderni in tecnologia "tradizionale".
In genere i circuiti i circuiti SMD sono almeno dual layer, con componenti saldati su uno o su entrambi i layer e con fori metallizzati che hanno lo scopo che creare un collegamento elettrico tra di essi. A volte sullo stesso circuito stampato convivono componenti THT e SMT.


Realizzare circuiti stampati - Indice


  1. Il trasferimento diretto
  2. La fotoincisione
  3. Il bromografo
  4. Trasferimento di toner
  5. La dimensione delle piste
  6. L'incisione chimica dei PCB
  7. Le lavorazioni meccaniche
  8. La saldatura
  9. Gli errori più comuni
  10. Note sulla sicurezza
 
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