L'assemblaggio è uno dei passaggi più importanti nella realizzazione di un circuito stampato (PCB). Si tratta di un processo intricato che richiede un elevato grado di precisione e competenza tecnica. Tra le varie tecniche di assemblaggio PCB, nel tempo, ne sono emerse due diventate poi lo standard de facto del settore dell'elettronica: Through-Hole Technology (THT) e Surface Mount Technology (SMT). Questo articolo approfondisce le complessità di THT e SMT, fornendo un confronto approfondito dei loro vantaggi, svantaggi e applicazioni.
Introduzione
La realizzazione di un PCB inizia con la progettazione del suo layout, dove avviene l'attento posizionamento di ciascun componente. Il layout viene quindi trasferito su una scheda fisica, creando un circuito stampato. I componenti elettronici vengono quindi montati sul PCB. La scelta della giusta tecnica di assemblaggio è fondamentale in quanto influenza direttamente le prestazioni, la durata e il costo del prodotto finale. Fattori come la complessità del circuito, il tipo di componente, i requisiti di applicazione e il volume di produzione svolgono tutti un ruolo chiave nel determinare il metodo di assemblaggio più adatto. In questo articolo, approfondiremo due delle tecniche di assemblaggio PCB più comunemente utilizzate: la tecnologia a fori passanti (THT) e la tecnologia a montaggio superficiale (SMT), confrontando processi, vantaggi, svantaggi e applicazioni.
Tecnologia a fori passanti
La tecnologia a fori passanti viene da sempre utilizzata nell'assemblaggio di circuiti stampati. Nonostante l'avvento delle nuove tecnologie, THT rimane una scelta popolare per alcune applicazioni grazie alla sua robustezza e all'elevata affidabilità. La tecnologia THT prevede che i terminali dei componenti vengano inseriti in fori perforati nel PCB e saldati a piazzole sul lato opposto. I terminali dei componenti vengono inseriti nei fori manualmente o per mezzo di macchine automatizzate. Il processo di saldatura può essere eseguito manualmente o attraverso un processo di saldatura a onda, che è più adatto per la produzione di volumi elevati.
I componenti utilizzati nella THT sono generalmente più grandi di quelli utilizzati nella tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Ciò è dovuto alla necessità che i componenti abbiano terminali che possano essere inseriti nei fori. I componenti utilizzati nella THT includono resistenze, condensatori e induttori, nonché circuiti integrati (IC). Il processo THT fornisce un forte legame meccanico tra il componente e il PCB, particolarmente utile nelle applicazioni in cui il prodotto può essere sottoposto a stress fisico, come ad esempio in applicazioni militari o aerospaziali. Tuttavia, questa robustezza avviene al costo dello spazio sulla scheda, poiché i componenti utilizzati sono più grandi e i fori perforati nel PCB necessitano di spazio aggiuntivo.
Nonostante queste limitazioni, THT rimane un'opzione praticabile per determinate applicazioni. È particolarmente utile nelle fasi di prototipazione in cui possono essere richieste regolazioni manuali o in applicazioni in cui è necessaria l'elevata resistenza meccanica.
Vantaggi della tecnologia THT
La tecnologia THT, nonostante l'età, occupa ancora un posto significativo nel settore. Ciò è dovuto principalmente ai seguenti vantaggi:
- Forti connessioni meccaniche - uno dei principali vantaggi è il forte legame meccanico che si forma tra i componenti e il PCB. Questa condizione è dovuta al fatto che i terminali dei componenti vengono inseriti nei fori e quindi saldati, creando una connessione robusta che rende THT adatto per applicazioni in cui il PCB è sottoposto a stress fisico o ambienti difficili, come in applicazioni aerospaziali, militari o automobilistiche.
- Facilità di prototipazione e aggiustamenti manuali - la dimensione più grande dei componenti e dei loro terminali li rende più facili da maneggiare e manipolare, il che può essere utile durante la fase di prototipazione o per la produzione su piccola scala. Ciò è particolarmente utile quando sono necessarie modifiche frequenti, in quanto i componenti possono essere facilmente aggiunti, rimossi o sostituiti.
- Migliore tolleranza al calore - i componenti THT sono generalmente più tolleranti al calore rispetto ai componenti della tecnologia a montaggio superficiale (SMT), grazie alla loro maggiore dimensione e al fatto che non sono direttamente collegati alla superficie del PCB. Questo li rende una scelta migliore per le applicazioni in cui il PCB è esposto ad alte temperature, come nell'elettronica di potenza o nei macchinari industriali.
- Test e ispezione più facili - THT consente ispezioni e test più semplici del PCB assemblato. Le connessioni visibili facilitano l'identificazione e la rettifica di eventuali difetti di saldatura, il che può portare a una migliore qualità del prodotto e maggiore affidabilità.
Limiti della tecnologia THT
Nonostante i suoi vantaggi, la tecnologia THT ha anche la sua parte di svantaggi. Alcuni di questi sono:
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- Componenti più grandi - che limitano l'utilizzo dello spazio sulla scheda. Inoltre, la necessità di fori per ogni terminale del componente consuma una notevole quantità di spazio sul PCB, il che non solo limita il numero di componenti che possono essere posizionati sulla scheda, ma limita anche il routing delle tracce del segnale, che possono influire sulle prestazioni complessive del circuito.
- Processo di assemblaggio più lento - un altro svantaggio di THT è la maggiore complessità e il maggior tempo necessario del processo di assemblaggio. La necessità di praticare fori, inserire componenti e saldarli rende il processo THT più laborioso e più lento di SMT, e questo può portare a costi di produzione più elevati, soprattutto per la produzione di grandi volumi.
- Terminali e percorsi più lunghi - i terminali e i percorsi più lunghi possono portare ad un aumento dell'induttanza e della capacità, che possono causare la distorsione del segnale. Ciò rende THT meno adatto per applicazioni come il calcolo ad alta velocità o le telecomunicazioni, dove l'integrità del segnale è fondamentale.
- Impatto ambientale - il processo di perforazione genera una quantità significativa di materiale di scarto e l'uso di saldatura a base di piombo pone rischi ambientali e sanitari. Mentre le opzioni di saldatura senza piombo sono disponibili, spesso presentano una serie di sfide, come punti di fusione più elevati e potenziali problemi di affidabilità.
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Ottima esposizione.
Aggiungo una richiesta per ampliare la panoramica dei PCB, o per meglio dire la cultura sui PCB, cioè quella di descrivere anche una tecnologia, quella wire-wrap, un tempo molto usata (anni ’60, ’70), soprattutto in certi ambiti, quali la prototipazione.