Schede a circuito stampato: realizzazione, utilizzo e sbroglio

Le schede a circuito stampato prendono anche il nome di PCB (in inglese, Printed Circuit Board) e possono essere, in casi particolari, molto flessibili. Sono elementi fondamentali in un dispositivo per far comunicare le parti hardware con i software connessi. La loro personalizzazione ne fa piccoli ma preziosi supporti per uno smartphone o per un macchinario industriale complesso.

Come si realizzano le PCB

I PCB vengono creati da aziende come VT100 (sito VT100.srl), specializzata nella realizzazione di circuiti stampati su misura, essenziali per consentire un uso ad hoc dei dispositivi connessi. In fase di progettazione, queste schede vengono pensate per rispondere a esigenze di alta resistenza termica, esposizione a polvere o a umidità. I macchinari odierni sono in grado di praticare microfori e saldature in maniera rapida e precisa, limitando così l’errore umano e realizzando PCB di alta qualità.

Sarà importante inoltre valutare con attenzione la fase di sbroglio, ovvero quella durante la quale dal disegno di partenza si passa alla stampa sul circuito vera e propria. Se la prima tappa è errata o contiene errori, inevitabilmente il prodotto finito non sarà idoneo.

Devono infatti essere prescelti i materiali isolanti, va stabilito se usare uno strato singolo o un doppio strato e si vanno anche a calcolare le distanze. Il peer review finale è quanto mai fondamentale, soprattutto laddove il circuito debba servire dispositivi complessi: si tratta di una revisione operata da esperti che riduce o annulla qualsiasi margine di errore.

I materiali più utilizzati per le schede a circuito stampato sono l’FR4, in fibra di vetro e resina epossidica, e il CEM-3, che invece è un materiale ferroso leggero come l’alluminio.

Gli standard ottimali per una scheda PCB vengono attestati in particolar modo dalla certificazione ISO 9001.

Destinazione delle schede PCB

Come già detto, le schede a circuito stampato possono essere la base ideale di circuiti elettronici da inserire in contesti diversi a seconda della loro conformazione. Di norma, quelli più flessibili si adattano meglio a dispositivi dalla forma irregolare, mentre quelli rigidi sono da considerarsi perfetti in alloggiamenti più squadrati e lineari.

Per questo, possono supportare robot, apparecchi diagnostici medicali e device relativi alla domotica aziendale o domestica. Ma gli ambiti di applicazione sono numerosi:

• Elettrodomestici, nei quali le vibrazioni e la presenza di umidità o alte temperature necessitano di componenti estremamente durevoli nel tempo.
• Luci a LED, nelle quali i PCB sono destinati a tenere il calore lontano dalla lampadina. Quindi si ritrovano sia nell’illuminazione stradale che nei fari delle auto.
• Sensori, sistemi di controllo e di navigazione nell’ambito dell’automotive.
• Display, smartphone, smartwatch e persino torri di telecomunicazione hanno al loro interno schede PCB.
• Sistemi di sicurezza come telecamere di sorveglianza e sensori di movimento, nonché allarmi e rilevatori di fumo.
• Apparecchiature marittime quali sistemi di navigazione e radar.
• Dispositivi aerospaziali come navette, razzi e sistemi di comunicazione.

In pratica, le schede PCB sono onnipresenti a qualunque livello e la loro importanza è fondamentale per il funzionamento della maggior parte dei macchinari elettronici.

Dai fili singoli ai PCB

Prima che venissero messi a punto i circuiti stampati, si utilizzavano connessioni con singoli fili posti su un substrato di bachelite, una resina fenolica termoisolante. Un numero troppo elevato di connessioni e perciò di fili, però, era quantomeno difficile e spesso questi si aggrovigliavano tra loro minando l’efficienza dei contatti.

Dei circuiti inseriti in questo modo erano più lenti nelle performance e tendevano spesso a non funzionare correttamente, quindi l’innovazione tecnologica è stata cruciale. Ad oggi, oltre ai PCB disposti su più strati o apposti su interfacce flessibili, si possono trovare anche quelli con doppia faccia che sono ideali laddove i collegamenti siano previsti su due lati opposti.

Tornando ai materiali, invece, occorre precisare che esistono in aggiunta circuiti stampati in ceramica, che però sono più rari e ricercati ove le temperature da sopportare siano davvero molto alte. In alternativa, si sta studiando il comportamento di metalli liquidi e di materiali riciclati per garantire una buona eco sostenibilità dei circuiti. Lo smaltimento, comunque, deve sempre avvenire in base ai componenti utilizzati.

I tanti volti del circuito stampato e il suo futuro

I circuiti stampati odierni consentono perciò un passaggio rapido di informazioni, cosa imprescindibile ad esempio in computer e server aziendali nei quali le prestazioni sono prioritarie per rendere agibile il lavoro.

Le nuove frontiere della costruzione dei PCB rendono sempre più piccoli i fori che si realizzano in fase di assemblaggio. Si parla quindi di fori ciechi oppure interrati. Si stanno anche studiando le migliori metodologie per crearli grazie alla stampa in 3D: nello specifico, si affida alla stampante uno strato alla volta. Ma questa tecnologia di costruzione resta valida soprattutto a livello di prototipi, perché si stanno valutando i modi per lavorare al meglio su componenti molto piccole con la dovuta precisione.

Restando in ambito produttivo, è inoltre in fase di studio e sviluppo l’impiego di robot che possano posizionare correttamente le parti del circuito con estrema efficacia e accuratezza millimetrica. Persino l’intelligenza artificiale viene coinvolta nelle fasi di controllo e costruzione, così da migliorare il rapporto qualità-tempo e di conseguenza la competitività delle aziende.

Di certo, più questi circuiti sono efficienti, più l’automazione e la digitalizzazione delle aziende diventa facile, grazie a macchinari e supporti adeguati. Anche i dispositivi di uso comune beneficiano sempre delle nuove tecniche, aumentando il senso di avanzamento tecnologico e migliorando la vita di tutti i giorni.