PCB board
Piastra di circuito stampato (abbrev. PCS, ingl. printed circuit board, abbrev. PCB; altri nomi vedi qui sotto) è piastra costituita da un substrato non conduttore, su cui in base al disegno di collegamento di un certo circuito sono create le giunzioni conduttrici, che collegano i singoli componenti elettronici. Funziona come elemento portante e costruttivo dei circuiti elettronici composti da diversi componenti elettronici separati.
Nomi
In generale si incontrano questi nomi:
- con l'espressione "circuito stampato" nel nome: piastra di circuiti stampati, piastra di circuito stampato, piastra con circuiti stampati, lastra di circuiti stampati, lastra di circuito stampato, lastra con circuiti stampati
- con l'espressione "giunzione stampata" nel nome: piastra di giunzioni stampate piastra di giunzione stampata, piastra con giunzioni stampate
- con l'espressione "circuito stampato" nel nome: piastra di circuiti stampati, piastra di circuito stampato, piastra con circuiti stampati, lastra con circuiti stampati
- con l'espressione "giunzione stampata e circuito stampato" nel nome: piastra di giunzioni stampate e circuiti stampati, piastra di giunzione stampata e circuito stampato, piastra con giunzioni stampate e circuiti stampati
Sembra che i nomi più frequenti siano piastra di circuiti stampati e piastra con circuiti stampati.
Tipi
I PCS, in base al numero di strati, si dividono in monostato, bistrato (doppiato) e multistrato. I PCS monostato sono i più semplici, poiché non richiedono giunzioni conduttrici tra gli strati. I PCS bistrato contengono giunzioni su entrambi i lati del materiale portante, le giunzioni tra di loro sono formate da fori ciechi (cosiddetti via). I PCS multistrato contengono strati conduttori anche all'interno del materiale e vengono prodotti unendo diversi PCS monostato e bistrato con strati isolanti intermedi. Anche se sono più tecnologicamente complessi, i PCS multistrato permettono un progetto più semplice di circuiti elettronici complessi e migliorano le caratteristiche dei circuiti (ad esempio, riduzione delle interferenze).
Storia dello sviluppo del PCS
L'inventore della piastra di circuiti stampati fu l'ingegnere austriaco Paul Eisler, che la produsse come parte di un ricevitore radio durante il lavoro in Inghilterra. Intorno al 1943 negli USA questa tecnologia iniziò ad essere utilizzata su larga scala per la produzione di radio resistenti utilizzate nella seconda guerra mondiale. Dopo la guerra, nel 1948, negli USA fu reso pubblico l'invenzione del PCS per scopi commerciali. Le piastre di circuiti stampati non divennero però una cosa scontata nel settore dell'elettronica di consumo fino agli anni 50 del XX secolo, quando l'Armata degli Stati Uniti sviluppò un processo per la loro installazione automatico. All'invenzione del PCS precedette una tecnica simile, inventata dall'ingegnere elettrico britannico John Adolph Sargrove (nome originale Szabadi). Si trattava di un metallo spruzzato su una piastra isolante in bakelite. L'equipaggiamento che utilizzava la tecnologia di Sargrove, originariamente chiamato Electronic Circuit Making Equipment – ECME (traduzione: attrezzatura per la produzione di circuiti elettronici), permetteva di produrre 3 radio al minuto.
Costruzione
Gli strati conduttori del PCS sono normalmente realizzati con una sottile pellicola di rame (spessore di alcuni decimi di μm). Gli strati isolanti sono una combinazione di laminato e resina epossidica (di norma 1,5 mm). Le piastre di circuiti stampati vengono prodotte in tre colori standard, verde, blu e rosso. A seconda delle esigenze del circuito elettronico, si può scegliere tra diversi materiali dielettrici con proprietà isolanti diverse. Esempi di tali materiali sono: politetrafluoroetilene (teflon), carta di cotone con fenolo FR-2, carta di cotone con epossidico FR-3, tessuto di fibre di vetro con epossidico FR-5 e vetro-poliestere FR-6. Probabilmente la proprietà più importante del PCS è l'espansione termica, che determina la sua stabilità dimensionale. I PCS prodotti a base di fibre di vetro hanno probabilmente la minore espansione termica e quindi le migliori proprietà.
Attualmente i PCS contengono anche semplici dispositivi elettronici. Con la produzione di massa attuale delle piastre di circuiti stampati, il loro prezzo è molto basso e la loro affidabilità è più che soddisfacente. Tuttavia, la progettazione e la produzione del PCS non è un'operazione economica, ma utilizzando le tecnologie appropriate, il produttore può raggiungere un costo di produzione trascurabile rispetto al costo delle componenti elettroniche utilizzate. I PCS hanno innumerevoli vantaggi rispetto alle costruzioni con collegamenti a filo o alle costruzioni punto-punto, nonostante la complessità della produzione del PCS. La principale ragione dell'utilizzo del PCS è la possibilità di automatizzare completamente la produzione di dispositivi elettronici. Per le esigenze di controllo della qualità e dell'installazione del PCS sono stati stabiliti standard pubblicati dall'organizzazione IPC.
Progettazione del motivo
Il motivo delle tracce conduttrici è generalmente realizzato con programmi specializzati di CAD in base al disegno del circuito elettrico, generalmente realizzato con lo stesso programma. Il motivo viene quindi trasferito su una pellicola trasparente, che funge da modello per la produzione del PCS.
Elaborazione
Nella produzione di un PCS doppio, la piastra viene prima forata su una fresatrice a controllo numerico (CNC) in base al motivo progettato, quindi viene applicata una sottile strato di metallo chimicamente su fori, che viene successivamente rafforzato elettrochimicamente.
Il metodo di produzione delle giunzioni conduttrici sulla piastra di circuiti stampati dipende principalmente dal fatto che si tratti di una produzione di massa o se saranno utilizzati per la costruzione di un singolo dispositivo, ad esempio un prototipo o un prodotto artigianale.
Inizialmente possiamo dividere le tecnologie di produzione in due basi. La prima è l'applicazione (stampaggio) delle giunzioni conduttrici sullo strato isolante. Il secondo metodo è l'eliminazione di una parte dello strato continuo di sottile pellicola di rame applicata sul supporto isolante. Oggi si utilizza più frequentemente il secondo dei metodi menzionati. Il motivo delle tracce viene trasferito sul PCS con il metodo della fotolitografia: il PCS viene ricoperto di fotoresistenza, esposto alla luce UV attraverso una pellicola con il motivo, ovviamente tenendo conto del sovrapposizione con i fori forati e del sovrapposizione di entrambi i lati, la fotoresistenza viene sviluppata e successivamente le parti scoperte della pellicola di rame vengono asportate. Dopo l'eliminazione dei residui di fotoresistenza, le aree conduttrici di rame vengono ricoperte (con stagno o oro) per prevenire l'ossidazione del rame, che potrebbe rendere difficile o impossibile l'installazione successiva (saldatura) delle componenti. Successivamente viene applicata e modellata la cosiddetta maschera non saldabile, che copre le aree che non saranno saldate e impedisce l'accesso della saldatura a queste aree. Infine, il PCS può essere stampato con testi e disegni di aiuto per l'installazione della piastra e la riparazione del circuito.
Un'altra possibilità per creare una maschera è la stampa serigrafica, che utilizza inchiostri resistenti, per proteggere le giunzioni conduttrici desiderate dall'asportazione. La stampa serigrafica può essere utilizzata anche con il metodo dell'applicazione di giunzioni conduttrici su un supporto isolante flessibile, che si utilizza soprattutto nella produzione di PCS flessibili o di alimentazioni mobili.
Un altro metodo è la fresatura, con cui rimuoviamo la parte di rame non necessaria applicata sul supporto isolante. Con questo metodo di produzione non è necessario ricoprire la piastra con una maschera. Con un software appropriato creiamo il disegno del circuito stampato (maschera) e con un dispositivo di fresatura simile a un plotter (CNC dispositivo) rimuoviamo sistematicamente il rame non necessario dalla piastra.
Caratteristiche particolari
I PCS flessibili non hanno come strato portante un materiale flessibile, ma una pellicola plastica rigida. Vengono spesso utilizzati come alimentazione mobile (ad esempio, per la testina stampante di una stampante informatica) o in dispositivi con spazio limitato (dove possono essere plasmati anche in un piccolo volume).
Per dispositivi ad alta frequenza e a microonde, i PCS vengono prodotti con materiali con perdite dielettriche inferiori dielektrickými stratami alle alte frequenze, ad esempio teflon o sintetico corindo (Al2O3).
Negli apparecchi elettronici di consumo molto economici, il materiale base è generalmente un laminato contenente carta anziché tessuto di vetro, utilizzato esclusivamente per i PCS monolato.