Circuito stampato: cos’è e a cosa serve?

Nel panorama tecnologico contemporaneo, garantire la sicurezza e le prestazioni ottimali di una scheda elettronica è necessario, dato che permette di far comunicare tutti gli elementi all’interno di un dispositivo.

I segnali tra questi componenti devono essere strutturati e precisi e perciò la progettazione necessita della consulenza di professionisti specializzati. Tra le aziende specializzate spicca VT100 (sito VT100.srl). Con una vasta esperienza e competenza nei settori medicali, home automation, energy management, vending, automazione industriale e strumentazioni, offre soluzioni per aziende e professionisti alla ricerca di innovazione e alta qualità.

Nel corso di questo articolo esploreremo in dettaglio i circuiti stampati o PCB, analizzando la loro definizione, le applicazioni fondamentali e approfondendo la storia di questa tecnologia essenziale.

Inoltre, ci concentreremo sulla ricerca dei materiali più adatti e sulla gestione termica.

Cos’è il circuito stampato?

Il PCB, il cui acronimo sta per Printed Circuit Board, assume un ruolo cruciale nell’attuale panorama tecnologico. Costituendo la parte hardware di svariati sistemi informatici o automatici appartenenti a diversi settori, fornisce la base su cui vengono montati gli elementi della scheda elettronica, agevolando l’interconnessione tra di essi.

La sua struttura comprende diversi strati, con fogli di metalli conduttivi alternati a strati isolanti, il cui numero può variare da 2 a oltre 8 a seconda delle dimensioni e della complessità della scheda elettronica.

Ogni strato conduttivo, solitamente in rame con uno spessore di 35 µm, presenta piste incise che collegano i vari componenti. I fori metallizzati, noti come vias, sono utilizzati per interconnettere i distinti componenti elettronici montati sulla scheda.

Specialmente nelle schede ad alta velocità, le piste devono garantire un’impedenza controllata, richiedendo uno specifico e predeterminato spessore per ogni strato isolante.

Per ottimizzare le prestazioni delle schede elettroniche più complesse, è consigliabile adottare alcuni accorgimenti.

Oltre a collegare strati interni con quelli esterni, è possibile creare collegamenti esclusivamente tra gli strati interni, creando così vias ciechi. Questa strategia consente di aumentare la densità delle parti e di stabilire ulteriori connessioni.

Storia dei circuiti stampati

In passato, la progettazione e l’assemblaggio dell’elettronica si basavano su piccoli circuiti integrati e discreti, collegati mediante fili.

Nei progetti standard attuali, caratterizzati da un elevato numero di pin, numerosi circuiti integrati e elementi passivi di dimensioni ridotte, il collegamento manuale attraverso fili saldati risulta impraticabile.

Per ovviare a questa limitazione, le connessioni in rame vengono direttamente depositate su substrati isolanti, formando così connessioni elettriche. Di conseguenza, i processi di produzione PCB si sono evoluti parallelamente ai requisiti strutturali per i package elettronici e le interconnessioni.

Gli attuali dispositivi HDI avanzati ospitano migliaia di connessioni e diverse interfacce elettriche, adatti ad alimentare una vasta gamma di dispositivi, dai comuni smartphone ai sofisticati cardiofrequenzimetri fino ai razzi.

Prima dell’introduzione delle schede PCB, le parti venivano montate tramite collegamenti con fili singoli su un substrato rigido. Inizialmente, questo substrato consisteva in bachelite, utilizzata per sostituire lo strato superiore di una lamina di compensato.

I percorsi conduttivi venivano creati mediante saldatura dei componenti metallici ai fili, consentendo ai circuiti più ampi con numerosi elementi di contenere un elevato numero di connessioni.

Tuttavia, questa metodologia comportava il rischio di aggrovigliamento dei fili e richiedeva notevole spazio all’interno del progetto. Il processo di debug risultava complicato, incidendo sull’affidabilità del sistema. Inoltre, la produzione era lenta a causa della necessità di saldare manualmente tutte le parti e le relative connessioni.

A cosa serve un circuito stampato?

I circuiti stampati forniscono le necessarie connessioni elettriche tra i vari componenti, oltre a costituire un supporto rigido ideale per il montaggio, con dimensioni progettate per l’integrazione senza problemi nel prodotto finito.

La progettazione dei circuiti stampati richiede precisione, affinché l’azienda produttrice possa ottenere un layout delle piste privo di imperfezioni. È essenziale sviluppare un software su misura, competitivo ed efficiente, affinché il prodotto finale soddisfi le aspettative del cliente.

Ogni materiale e componente destinato a essere utilizzato in una scheda elettronica è selezionato con la massima attenzione.

In particolare, nei casi in cui i progetti richiedano distanze tra le piste ridotte e isolamenti di dimensioni ridotte, il rischio di malfunzionamenti aumenta. Pertanto, è imperativo che ogni PCB sia caratterizzato da un’alta qualità per garantire la corretta funzionalità del prodotto finale.

Precisione nello sbroglio dei circuiti PCB e Scelta attenta dei materiali, gestione termica

La verifica accurata del file Gerber emerge come una fase cruciale, fungendo da ultima barriera contro potenziali errori critici.

Dall’FR4 al CEM-1, ogni decisione relativa ai materiali necessari è guidata da un’analisi meticolosa delle esigenze del circuito. Questo processo implica valutazioni approfondite delle caratteristiche tecniche, delle performance richieste e delle limitazioni di budget.

Un aspetto fondamentale nell’intero processo è la gestione termica. La selezione accurata dei materiali non solo considera le caratteristiche elettriche ma tiene anche conto delle prestazioni termiche richieste dal circuito. Questo approccio oculato garantisce il corretto funzionamento dei componenti anche in condizioni di stress termico, migliorando la durata e l’affidabilità complessiva del prodotto finale.