La produzione di circuiti stampati è un processo cruciale nell’industria elettronica, in quanto questi componenti sono alla base di qualsiasi dispositivo elettronico o elettromeccanico. I circuiti stampati sono responsabili della connessione elettrica tra i vari componenti montati sulla loro superficie, come resistenze, condensatori, transistor e microchip. Essi svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il corretto funzionamento dei dispositivi nei quali sono installati.
Il processo di produzione dei circuiti stampati viene effettuato mediante diverse tecniche, tra cui la fotolitografia, l’incisione chimica e la fresatura meccanica. Queste metodologie vengono scelte in base alle specifiche tecniche richieste dal prodotto finale, come densità di componenti, numero di strati e grado di precisione. La scelta delle materie prime per la realizzazione dei circuiti stampati è altrettanto importante, poiché deve garantire elevate proprietà isolanti, resistenza termica e buone prestazioni meccaniche.
Nell’industria elettronica, l’attenzione alla qualità e l’innovazione costante sono due fattori chiave per garantire affidabilità e competitività sul mercato. Pertanto, la produzione di circuiti stampati richiede un impegno assiduo nella ricerca e sviluppo di nuovi materiali, processi e tecnologie, sempre all’insegna dell’efficienza e della sostenibilità ambientale.
Fondamenti della Produzione di Circuiti Stampati
Materiali Utilizzati
La produzione di circuiti stampati si basa sull’utilizzo di diversi materiali, tra cui:
- Laminate: composte prevalentemente da resine epossidiche e fibra di vetro, forniscono la struttura rigida e l’isolamento elettrico del circuito stampato.
- Rame: utilizzato per creare i percorsi elettrici (tracce) che collegano i vari componenti sul circuito stampato.
- Maschera di saldatura: un film protettivo, solitamente in resina fotosensibile, applicata sulle superfici di rame per proteggerle dalla corrosione e garantire una buona qualità della saldatura.
- Serigrafia (o legenda): un inchiostro speciale utilizzato per stampare informazioni utili sull’assemblaggio e l’identificazione del circuito stampato.
Processi Coinvolti
I principali processi nella produzione di circuiti stampati sono i seguenti:
- Progettazione del layout del circuito stampato: si parte dalla creazione del disegno elettrico (schematico) del circuito, che viene poi convertito nel layout delle tracce di rame sulle lamine.
- Preparazione del materiale: le lamine di rame vengono accuratamente pulite e tagliate a misura.
- Applicazione della maschera di saldatura: mediante stampa a contatto ed esposizione alla luce ultravioletta, si applica la maschera di saldatura sulle lamine di rame.
- Incisione delle tracce di rame: si utilizzano metodi chimici o meccanici per rimuovere le parti in eccesso di rame e ottenere le tracce di rame desiderate.
- Perforazione dei fori: una macchina a controllo numerico (CNC) esegue i fori necessari per il montaggio dei componenti elettronici e per connettere i diversi livelli di rame nel caso di circuiti multi-strato.
- Applicazione della serigrafia: viene stampata sul circuito stampato per fornire informazioni sulle posizioni dei componenti eidentificare la PCB.
- Assemblaggio dei componenti: i componenti elettronici vengono saldati sul circuito stampato mediante tecniche di saldatura a onda o a montaggio superficiale (SMT).
- Controllo qualità e test: infine, si verificano la qualità delle saldature e il funzionamento corretto del circuito attraverso diversi metodi di test e ispezione (es. test ottici e test elettrici).
Tecniche di Produzione
Produzione Tradizionale
La produzione tradizionale di circuiti stampati (PCB) prevede l’utilizzo di tecniche di sottrazione. Inizialmente, viene applicato uno strato di rame su un substrato isolante. Successivamente, la struttura viene coperta da una maschera protettiva con il disegno del circuito. Il processo continua con l’attacco chimico che rimuove il rame in eccesso, seguendo il disegno della maschera, lasciando il circuito desiderato sul substrato.
I processi tradizionali utilizzano:
- Fotoincisione: utilizzo di luce e sostanze fotosensibili per creare la maschera protettiva.
- Foratura: creazione di fori per connettere strati di rame mediante rivestimenti metallici.
Produzione Additiva
La produzione additiva di circuiti stampati si basa sull’aggiunta di materiale solo nelle aree necessarie, riducendo lo spreco e migliorando l’efficienza del processo. Questo metodo utilizza tecniche di stampa 3D per creare i circuiti, depositando strati sottili di materiale conduttivo sul substrato.
Le tecnologie additive includono:
- Inkjet Printing: deposita inchiostri conduttivi attraverso testine di stampa sulla superficie del substrato.
- Aerosol Jet Printing: utilizza ugelli per erogare aerosol di nanoparticelle di rame o argento sul substrato.
I vantaggi della produzione additiva includono:
- Riduzione dei materiali di scarto
- Maggiore flessibilità nel design
- Possibilità di produrre circuiti complessi e multistrato
- Minore impatto ambientale
Le tecniche di produzione tradizionale e additiva hanno ciascuna i loro vantaggi e svantaggi, e l’adozione di una o dell’altra dipende dalle esigenze specifiche del progetto e dalle preferenze del produttore di circuiti stampati.
Standard e Certificazioni
La produzione di circuiti stampati è un’attività molto delicata e richiede precisione, affidabilità e attenzione alle normative. In questo settore, vi sono diversi standard e certificazioni a livello internazionale che assicurano la qualità dei prodotti e la conformità alle normative ambientali.
RoHS e REACH
La Direttiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances) impone limiti severi all’uso di sostanze pericolose nella produzione di circuiti stampati. Queste sostanze includono piombo, mercurio, cadmio, cromo esavalente, bifenili polibrominati (PBB) e eteri di difenile polibrominato (PBDE).
La Regolamentazione REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) assicura la raccolta di informazioni sulle sostanze chimiche e sul loro uso, migliorando la conoscenza dei possibili impatti sulla salute umana e sull’ambiente. La conformità a REACH garantisce che ogni componente utilizzato nella produzione di circuiti stampati sia conforme alle normative ambientali.
IPC
L’IPC (Association Connecting Electronics Industries) è un’organizzazione globale che sviluppa standard per l’industria dei circuiti stampati. Questi standard si applicano a vari aspetti della produzione, dall’accettazione dei materiali di base alla qualità delle saldature. Alcuni degli standard IPC più noti sono:
- IPC-A-600: Accettazione del prodotto finito
- IPC-6010: Requisiti di qualità e prestazioni
- IPC-6012: Requisiti e spessore per circuiti stampati rigidi
- IPC-TM650: Metodi di prova
Seguire gli standard IPC assicura che i prodotti siano realizzati con materiali di alta qualità, seguano una progettazione accurata e abbiano una lunga durata.
La conformità agli standard e alle certificazioni è fondamentale per garantire la qualità, l’affidabilità e la sostenibilità dei circuiti stampati.
