Il circuito stampato

Pubblicato il: 2 dicembre 2019

Il circuito stampato, PCB, ha un ruolo molto importante nella tecnologia, è infatti la parte hardware di molti sistemi automatici e informatici che coinvolgono anche i settori più disparati, dal medicale all’aerospaziale fino al militare. È fondamentale dunque conoscerne almeno l’ABC o meglio il PCB, sia che lavoriate nel settore elettronico e/o affini sia che siate studenti o hobbisti.

 

Cos’è un circuito stampato? | Iniziamo

 

Definizione:

Un circuito stampato, in inglese “printed circuit board” (PCB) è quel componente, di solito rigido (ma ne esistono anche di flessibili) sul quale vengono montati i componenti elettrici ed elettronici. Le funzioni di un circuito stampato sono quelle di fornire un supporto di tipo meccanico su cui i componenti poggeranno e di consentire il collegamento elettrico tra i vari componenti tramite delle piste o tracce  di materiale conduttivo.

 

Tutte le sigle dello Stampato

 

Iniziamo prima di tutto, avviando la nostra rubrica d’apprendimento incominciamo fornendovi tutti le sigle con cui solitamente sono indicati i PCB, per non  trovarsi mai impreparati difronte alla miriade di termini che incontrerete durante le forniture di tutti i giorni:icona uomo confuso

  • CS : è utilizzata per indicare rapidamente il circuito stampato, solitamente lo troviamo come abbreviazione tramite e-mail o messaggi.
  • PCB: come già spiegato nella definizione, è la sigla internazionale e quindi la più conosciuta ed utilizzata anche nel parlato.
  • PWB: “Printed Wiring Board” che è la meno conosciuta ed utilizzata, enfatizza la sottile differenza tra i termini, infatti PCB enfatizza i circuiti realizzati su una basetta, mentre PWB si riferisce più alla scheda stessa.
  • PCBA: “Printed Circuit Board Assembly” che indica un circuito elettronico completo, cioè costituito da un circuito stampato in cui i componenti elettronici sono già saldati. Come risultato finale si avrà una scheda finale pronta all’uso conosciuta anche come cartolina, un nome certamente meno diffuso.
  • MCPCB: “Metal Core Printed Circuit Board” che identifica un nuovo tipo di circuito stampato, nato per dissipare il notevole calore prodotto dai LED di potenza. Caratterizzato da un nucleo principale costituito da alluminio o rame, metalli con buona conducibilità termica.

 

Da cosa è composto uno stampato?

 

Vi indicheremo ora le parti fondamentali che, una volta progettate e lavorate, formano i nostri PCB, dai più semplici fino a quelli più sofisticati.

Illustrazione parti circuito stamapto

 

Infatti in figura, a titolo esemplificativo, si può vedere un semplicissimo circuito in cui sono montate due resistenze in serie, ma già a partire da un progetto così semplice abbiamo degli elementi che è indispensabile conoscere, fra cui:

  • In verde chiaro il solder mask o anche detta maschera di saldatura. È un sottile strato di polimero simile alla lacca che viene solitamente applicato alle tracce di rame dello stampato per la protezione contro l’ossidazione e impedire che durante la saldatura si crei la formazione di ponti tra i rilievi di saldature ravvicinate utilizzando processi di saldatura a onda o di riflusso, tipici per la maggior parte dei PCB.
  • In verde scuro rappresentato il supporto isolante, che conferisce resistenza meccanica all’insieme, può essere realizzato in bachelite (SRBP) o in vetronite (FR4). La bachelite è una resina fenolica di color giallo/marrone, mentre la vetronite è un vetro epossidico di colore verdastro e traslucido. La bachelite era molto usata in passato per il basso costo, mentre oggi viene sempre più spesso sostituita dalla vetronite che ha eccellenti caratteristiche meccaniche, termiche ed elettriche.
  • In bruno il rame che è il conduttore per eccellenza e serve a realizzare i collegamenti elettrici tra i vari componenti.
  • In grigio la saldatura tra i reofori delle resistenze (nel disegno in nero) e le piste in rame. La saldatura consiste infatti nell’unione di due conduttori per mezzo di un terzo conduttore, in questo caso lo lo stagno, che viene fuso tra i due conduttori da unire, così che si formi una giunzione.

 

I diversi tipi di circuito

 

Ancora, come si è già accennato in precedenza, esistono innanzitutto circuiti stampati rigidi, flessibili o rigido-flessibili: le differenze consistono nel composto e nello spessore del materiale isolante con cui è fatta la scheda.

Inoltre, a seconda del numero di strati che possono condurre, i circuiti stampati si dividono in mono faccia, doppia faccia e i multi strato, a partire da 4 strati, 6 strati, fino ad arrivare anche a 30 o più strati, aggiungendo però 2 strati di volta in volta.

Gli strati, a cui si fa riferimento precedentemente, sono chiamati layers. I due strati invece che stanno sulle facce esterne del pcb sono chiamati top e bottom layers.

Per completezza, i layers interni che non sono visibili sono chiamati inner layers. In un circuito rigido stampato il substrato, piano e di spessore costante, è caratterizzato dalla presenza di isolante solido, composto da materiali chiamati materiali di base, che hanno caratteristiche ignifughe.

 

Monofaccia o Single Layer

 

Procediamo analizzando il tipo di circuito meno complesso, che è il circuito stampato che si usa chiamare anche a singola faccia (o single layer).  Si identifica un circuito stampato monofaccia quando le piste di rame sono disposte da un solo lato della base isolante . 

La figura precedente è propio un esempio di circuito monofaccia, come si può vedere infatti le piste di rame sono poste sulla faccia inferiore della basetta che viene detta “Bottom”. In essa vengono effettuate le saldature e per tale motivo viene anche chiamata “Lato Saldature” o più spesso indicata sinteticamente “LS”. 

sezione lato saldature dello stampato

 

La faccia superiore della basetta viene invece detta “Top” e poiché in essa si trovano i componenti viene anche chiamata “Lato Componenti” o più rapidamente “LC”.

 

sezione lato componenti dello stampato

 

 

Doppiafaccia o Dual Layer

 

 

 

Doppiafaccia

Il secondo tipo che analizziamo è il circuito stampato che si dice a doppiafaccia (o dual layer) quando le piste di rame sono poste su entrambe le facce del supporto isolante:

Come si può vedere in figura:

  • Le saldature possono essere effettuate nel Top, nel Bottom o in entrambi.
  • Per collegare due piste poste rispettivamente nel Top e nel Bottom si fa uso dei Fori Metallizzati.

In particolare:

  • Quelli industriali sono realizzati forando il supporto nel punto in cui si vuole effettuare il collegamento e depositando del rame.

 

Multistrato o Multilayer

 

Infine quando due facce non bastano si possono aggiungere 1, 2 o anche più strati di rame intermedi, invisibili dall’esterno.

Il circuito stampato così realizzato viene detto multistrato.

Detto ciò, i circuiti multistrato consentono la realizzazione di circuiti molto complessi, con l’ulteriore vantaggio di poter montare molto vicini fra loro componenti con molti pin, come i circuiti integrati, a tutto vantaggio della miniaturizzazione.

I collegamenti tra i vari layer sono realizzati attraverso fori metallizzati, indicati in figura a fine paragrafo, a volte anche ciechi, all’interno dei quali vengono inseriti dei rivetti che rendono le piste interne raggiungibili dalla superficie esterna. Di seguito infatti trovate una miniaturizzazione del multristrato sezionato, in cui per indicarvi la complessità è evidenziata la metallizzazione della parete dei fori sulle tre tipologie di foratura, foro cieco (1), foro interrato (2) e foro passante (3):

Illustrazione multistrato con diversi tipi di foratura tra i livelli

 

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Uno stampato alla volta…

 

Ma procediamo un passo alla volta, anche le case più solide sono state costruite mattone dopo mattone.

Infatti ora che abbiamo gettato le basi nonché le fondamenta sulle nozioni elementari dei circuiti stampati, non rimane che augurarvi un iniziale apprendimento elettrizzante. Iniziale… Proprio perché da questo articolo in poi ne uscirà uno a settimana per approfondire il mondo dei PCB, e alimentare, oltre alla nostra sete di sapere, i contenuti del nostro #PCBlog.

 

Approfondiremo infatti le fasi della realizzazione industriale passando per le caratteristiche tecniche dei PCB fino all’assemblaggio.

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Per oggi credo sia tutto…

Concludiamo ringraziandovi per essere arrivati fino a qui, vi aspettiamo e ci leggiamo nell’articolo della prossima settimana.

A presto!

 


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