Il mercato diversificato e in crescita dei circuiti stampati cambia continuamente per stare al passo con le tecnologie avanzate e le esigenze delle aziende e dei clienti che richiedono tempi rapidi di realizzazione e, parallelamente, costi ridotti. La spinta verso un'elettronica più ad alto livello ha dato origine a tecnologie come i PCB multistrato e tecniche di interconnessione ad alta densità (HDI). L'orientamento dell'intero settore dell'elettronica verso prodotti di ridotte dimensioni, leggeri e portatili, ha portato allo sviluppo di PCB flessibili e rigidi-flessibili. Da quando i fornitori di servizi di produzione elettronica hanno iniziato ad assemblare, molti dei prodotti finali nell'industria elettronica sono diventati un grande segmento di clienti per tutti i tipi di PCB. Infatti, diversi produttori che in precedenza si erano concentrati su PCB a strato singolo e doppio, hanno concentrato la loro attenzione anche sulla produzione di schede multistrato. In questo articolo descriveremo le potenzialità di PCBWay, azienda leader specializzata nella produzione e assemblaggio di PCB.
Introduzione
Il mercato dei circuiti stampati è segmentato per tipo: singolo strato, doppio strato, multistrato, substrato rigido, flessibile e rigido-flessibile; per settore dell’industria dell'utente finale: elettronica industriale, sanità, aerospaziale e difesa, IT e telecomunicazioni, automobilistico (automotive), elettronica di consumo, e altre industrie di utenti finali. Il mercato dei circuiti stampati ha registrato una rapida crescita negli ultimi anni, principalmente a causa del continuo sviluppo di dispositivi IoT, di elettronica di consumo e della crescente domanda di PCB in tutte le altre apparecchiature elettroniche ed elettriche. Anche l'adozione dei PCB nei veicoli connessi ne ha accelerato il mercato. Si tratta di veicoli completamente equipaggiati con tecnologie sia cablate che wireless, che consentono ai veicoli di connettersi facilmente a dispositivi informatici come gli smartphone. Con tale tecnologia, i conducenti sono in grado di sbloccare i loro veicoli, avviare i sistemi di climatizzazione a distanza, controllare lo stato delle batterie delle auto elettriche e tenere traccia dei loro veicoli tramite smartphone. Inoltre, anche la domanda di dispositivi elettronici come smartphone, smartwatch e altri simili device, ha favorito la crescita del mercato dei PCB. I PCB sono componenti molto importanti per tutti i prodotti elettronici e le loro performance devono essere all’altezza dei requisiti prestazionali richiesti dal prodotto finale. I processi di produzione dei PCB sono lunghi e complessi e richiedono grandi investimenti in attrezzature avanzate e numerosi processi di lavorazione. Il processo di produzione è una combinazione di tecnologie elettroniche, elettriche, meccaniche, chimiche e di altro tipo. La tecnologia del circuito stampato si sta evolvendo trasformando il PCB in un prodotto ad alta tecnologia e di largo consumo. In questo contesto di crescita dei PCB in tutti i settori dell’elettronica, PCBWay si pone sul mercato come protagonista di eccellenza nella produzione di prototipi e nell'assemblaggio di PCB.
Il prototipo del circuito stampato
Il circuito stampato è l’elemento fondamentale di un dispositivo elettronico. Le prestazioni e la complessità dei PCB dipendono dal livello tecnologico del prodotto finale. Pertanto, la fase di prototipazione del PCB è un passaggio essenziale prima della produzione di alti volumi del prodotto, in quanto consente di correggere errori o di fare aggiornamenti post-test prototipali del progetto con conseguente risparmio sul costo finale e maggiore rapidità d’intervento, riducendo al contempo i rischi nella produzione di alti volumi. Un aspetto molto importante per un produttore di PCB è la rapidità: il cliente ha l’urgenza di avere al più presto un prototipo del PCB per testare il progetto e avviare la produzione in serie del prodotto. Dopo aver fornito tutti i file necessari per la realizzazione dei PCB, PCBWay può fornire al cliente la scheda del prototipo in pochi giorni. Anche il costo del prototipo è importante, è il primo approccio alla scelta di un produttore di PCB; il costo interessa tutte le categorie, dall’hobbista che deve fare piccoli quantitativi di prodotti, all’imprenditore che deve produrre grandi quantitativi per la sua azienda. Ma il costo non deve prevalere sulla qualità, nessuno vorrebbe un PCB di scarsa qualità che potrebbe non garantire un progetto di successo. PCBWay è un produttore con molti anni di esperienza nella prototipazione di circuiti stampati, che tiene molto alla soddisfazione del cliente finale ed alla qualità dei PCB prodotti, qualità che viene garantita anche dalle sue avanzate apparecchiature di produzione. Per questi motivi, PCBWay può essere considerato il partner giusto per i progettisti elettronici e le aziende. Varie soluzioni di fabbricazione di PCB sono proposte da PCBWay consentendo al cliente di scegliere in base all’applicazione ma anche al suo budget.
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Di seguito descriviamo alcune tipologie di fabbricazione dei circuiti stampati.
Circuito stampato in alluminio
Il PCB in alluminio comprende quattro strati: il substrato di alluminio, uno strato dielettrico isolante, uno strato in lamina di rame destinato al circuito, infine, uno strato protettivo di base in alluminio. In Figura 1 viene illustrata la struttura a strati del PCB in alluminio.
Figura 1: Struttura a strati del PCB in alluminio
Questa soluzione di fabbricazione viene utilizzata in progetti che prevedono alte potenze in gioco e quindi elevate dissipazioni, come nel caso ad esempio di dispositivi di illuminazione a LED di potenza di cui in Figura 2 viene riportato un esempio di struttura di un PCB in alluminio con LED, e in Figura 3 il circuito stampato in alluminio di una lampada a sei LED.
Figura 2: PCB in alluminio di un corpo illuminante a LED
Figura 3: Circuito stampato in alluminio di una lampada a LED
PCB rigidi-flessibili
Costituiti da schede rigide e flessibili, i circuiti stampati rigidi-flessibili sono in genere realizzati in multistrato (fino a 20 strati). Le schede rigide e flessibili sono collegate tramite placcatura interna ed esterna, come mostrato in Figura 4.
Figura 4: PCB rigidi-flessibili
Anche se più costosa, questa tecnologia di fabbricazione offre molti vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali delle schede rigide: dimensioni compatte e forma flessibile, personalizzazione in funzione dell’applicazione, migliore stabilità meccanica.
PCB flessibili
Piegati o deformati, i PCB flessibili hanno la caratteristica che consente di poter piegare le schede nella forma desiderata, anche durante l’operatività, senza alterazioni funzionali grazie all’elevata flessibilità del materiale del substrato.
PCB per applicazioni ad alta frequenza
Sono PCB idonei al funzionamento ad alta frequenza nel range di frequenze da 500 MHz a 2 GHz, da impiegare in progetti di PCB che prevedono l’assemblaggio di componentistica operante ad alta velocità di commutazione, microonde, radiofrequenza e nelle applicazioni di telefonia cellulare. Per questa tipologia di PCB, i progettisti devono considerare vari aspetti tecnici nell’impiego di PCB alle alte frequenze di funzionamento. Nel caso di PCB multistrato si ha una rilevante densità di assemblaggio e volume ridotto, consentendo di ridurre la lunghezza delle connessioni tra i componenti elettronici e di conseguenza diminuendo l’effetto degli elementi reattivi parassiti capacitivi e induttivi, migliorando il funzionamento alle alte frequenze. Un altro fattore importante nelle applicazioni ad alta frequenza è la progettazione del piano di massa del PCB per garantire la qualità del segnale e per ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI). In Figura 5 un esempio di PCB per alta frequenza.
Figura 5: PCB per alta frequenza
La tecnologia HDI PCB
La tecnologia di fabbricazione HDI per i PCB (High-Density Interconnector PCB) è molto diffusa in diversi dispositivi elettronici avanzati ad alta densità circuitale con elevata presenza di componenti integrati miniaturizzati multi-funzione. In Figura 6 viene mostrato un esempio di PCB HDI assemblato.
Figura 6: Un esempio di PCB HDI
I PCB HDI sono caratterizzati da uno spessore sottile della scheda e una densità maggiore rispetto ai PCB standard consentendo di ridurre il numero di schede a parità di prestazioni e funzioni. La peculiarità dei PCB HDI è la realizzazione delle interconnessioni tramite vias piuttosto che attraverso fori passanti. I fori sono realizzati mediante laser che consente tagli più piccoli con conseguente risparmio di spazio.
Figura 7: Esempio della realizzazione di un PCB HDI a 6 strati
La tecnologia HDI PCB permette di realizzare PCB ad alta affidabilità con costi contenuti.
Assemblaggio di un circuito stampato
Una volta realizzato un PCB si può procedere all’assemblaggio dei componenti e al test della scheda elettronica prototipale al fine di garantirne l’affidabilità e procedere alla produzione in serie del prodotto. A causa della crescente richiesta di dispositivi ad alta tecnologia, la tendenza della tecnologia di assemblaggio di circuiti stampati è orientata sempre più verso una maggiore complessità e densità circuitale; rispetto a pochi anni fa, molte schede moderne hanno molti più componenti e punti di saldatura. Inoltre, le variazioni del processo di assemblaggio della scheda possono portare a guasti a causa della potenziale modifica dei parametri di processo. Prima vengono individuati i difetti di processo ed elettrici, minore sarà il costo totale del prodotto e la probabilità di scarti di produzione. La ricerca e l'analisi dei difetti nelle prime fasi di produzione è fondamentale per ridurre i tempi ed i costi della produzione di volumi elevati. E’ quindi importante fare la scelta giusta di un produttore e assemblatore di PCB affidabile che possa garantire al cliente un prototipo assemblato finale di qualità e senza difetti. PCBWay è un produttore di PCB professionale a livello internazionale in grado di fornire un servizio completo di produzione di circuiti stampati, approvvigionamento di componenti, assemblaggio di PCB e test. Il test di assemblaggio dei PCB è l’elemento chiave per i produttori di schede elettroniche, specialmente per le schede ad alta complessità. Un'efficace strategia di board testing può essere fondamentale nel determinare la capacità di un'azienda di avere successo in un ambiente caratterizzato da pressioni estreme in termini di costi e tempi di commercializzazione e distribuzione sul mercato, e la necessità di aumentare i volumi più rapidamente con una resa e una qualità maggiori.
Sulla pagina del sito web Surface Mount SMT PCB Assembly Service - PCBWay è possibile analizzare online il servizio di assemblaggio di una scheda offerto da PCBWay.
Conclusioni
Il desiderio dei progettisti è quello di vedere subito realizzato l’hardware frutto del proprio progetto, lo si vuole affidabile e, possibilmente, ad un basso costo, che lo renda il più possibile competitivo sul mercato. Grazie a PCBWay il cliente, studente, progettista privato, azienda, etc., non deve più preoccuparsi della realizzazione dell’hardware, ma solo di sviluppare idee e progettare ciò che PCBWay realizzerà per loro. Davvero una bella comodità! Attrezzature avanzate, materiali di alta qualità, ingegneri esperti e consegna puntuale sono i fattori importanti di un buon produttore di PCB. In qualità di produttore esperto di prototipi di PCB, di assemblaggio di PCB e di fornitore leader nei servizi di qualità, PCBWay è in grado di fornire soluzioni ad ampio spettro e convenienti per diverse esigenze garantendone allo stesso tempo alti livelli prestazionali in linea con le esigenze dei clienti finali.
