Schede stampate: tutto quello che devi sapere

Le schede stampate, conosciute anche come incisioni e stampe, sono una forma d’arte tradizionale che risale al XV secolo. Questa tecnica permette di replicare e diffondere opere d’arte tra un vasto pubblico, garantendo al contempo una qualità elevata e una durata nel tempo. Le schede stampate hanno avuto un ruolo cruciale nella storia dell’arte, consentendo agli artisti di condividere le loro opere e idee con una platea sempre più ampia e dimostrando come l’arte può essere sia accessibile che sofisticata.

Le varie tecniche impiegate nella realizzazione delle schede stampate comprendono l’incisione, la litografia e la xilografia. L’incisione, in particolare, è una tecnica in cui l’immagine viene incisa direttamente su una lastra di metallo, solitamente di rame o zinco, utilizzando un utensile chiamato bulino. Una volta incisa, la lastra viene inchiostrata e quindi pressata su una superficie piana, come un foglio di carta, per creare l’immagine finale. La litografia, invece, si basa su un principio di repulsione tra acqua e grasso e prevede l’uso di una pietra calcarea appositamente preparata. Infine, la xilografia consiste nell’incidere un’immagine su un blocco di legno, da cui poi si realizza la stampa.

Le schede stampate hanno avuto notevole importanza per la diffusione delle opere d’arte nel corso della storia, consentendo agli artisti e alle loro opere di raggiungere un pubblico vasto e diversificato. Migliorando la circolazione delle idee e contribuendo alla formazione di uno stile artistico comune, le schede stampate rappresentano una componente fondamentale del patrimonio artistico globale.

Cenni Storici delle Schede Stampate

Evoluzione nel Tempo

Le schede stampate hanno avuto origine negli anni ’50 del XX secolo, quando furono create per sostituire i complicati sistemi di cablaggio utilizzati nei circuiti elettronici. Con il passare del tempo, le schede stampate si sono evolute, passando dai primi modelli monostrato ai moderni sistemi multistrato, che hanno permesso di aumentare la densità dei componenti e migliorare le prestazioni.

Nel corso degli anni, anche i materiali utilizzati nella produzione delle schede stampate si sono evoluti, con l’introduzione di materiali più performanti e affidabili, come ad esempio il polimero a cloruro di polivinile (PVC), l’epossiresina rinforzata con fibra di vetro (FR-4) e il polietereterchetone (PEEK).

Principali Pionieri

Paul Eisler: Nel 1943, l’inventore austriaco Paul Eisler ha creato la prima scheda stampata, utilizzando una tecnica di stampa offset per applicare il rame su un supporto isolante. Questa invenzione ha rivoluzionato l’industria elettronica, e Eisler è considerato il “padre” delle schede stampate.
Hazeltine Corporation: Nei tardi anni ’50, la Hazeltine Corporation ha introdotto le prime schede stampate double layer, che comprendevano tracce conduttive su entrambi i lati del substrato. Questa invenzione ha permesso di ridurre ulteriormente la complessità del cablaggio e ha migliore le prestazioni dei circuiti elettronici.
IBM: Negli anni ’60, IBM ha sviluppato la tecnologia del “via”, che permette di collegare i vari strati di una scheda stampata tra loro attraverso fori rivestiti di materiale conduttivo. Questa invenzione ha reso possibile la realizzazione di schede multistrato, che sono oggi la base dei dispositivi elettronici moderni.

Componenti e Struttura delle Schede Stampate

Le schede stampate sono un elemento fondamentale nella produzione di dispositivi elettronici. In questa sezione, esploreremo i componenti e la struttura delle schede stampate, tra cui Materiali Utilizzati, Strati e Livelli e Tipologie di Montaggio Components.

Materiali Utilizzati

I principali materiali utilizzati nella produzione di schede stampate includono:

Rame: utilizzato come conduttore elettrico per collegare i vari componenti sulla scheda.
Resina epossidica: utilizzata come substrato isolante per supportare e proteggere il circuito elettrico.
Tessuto di vetro: rinforzo aggiunto alla resina epossidica per migliorarne la resistenza meccanica e la stabilità termica.

Strati e Livelli

Le schede stampate possono essere classificate in base al numero di strati di rame presenti sulla scheda:

Schede monofaccia: un solo strato di rame sulla superficie del substrato.
Schede bifaccia: due strati di rame, uno su ogni lato del substrato.
Schede multistrato: più di due strati di rame, separati da strati isolanti e pressati insieme.

I livelli di una scheda stampata, invece, si riferiscono alla posizione dei componenti e alle connessioni elettriche che li uniscono:

Livello superiore: include componenti e tracce di rame sulla superficie superiore della scheda.
Livello inferiore: include componenti e tracce di rame sulla superficie inferiore della scheda.
Livelli interni: includono tracce di rame e pianali di alimentazione elettrica all’interno della scheda, nel caso di schede multistrato.

Tipologie di Montaggio Components

Ci sono due principali tipologie di montaggio dei componenti elettronici su una scheda stampata:

Montaggio superficiale (SMT): i componenti sono montati direttamente sulla superficie della scheda e sono saldati alle piste di rame attraverso terminazioni metalliche dette “castonature.”
Montaggio attraverso foro (THT): i componenti hanno terminali a forma di filo che passano attraverso fori pre-forati nella scheda e sono saldati al rame sul lato opposto.

Queste tipologie di montaggio possono essere utilizzate separatamente o in combinazione, a seconda delle esigenze del progetto elettronico.

Processo di Produzione delle Schede Stampate

Progettazione

La progettazione delle schede stampate inizia con la creazione di uno schema elettrico che mostra i componenti necessari e le connessioni tra di loro. Una volta terminato lo schema, si passa alla layout del PCB, dove i componenti e le tracce sono posizionati sul substrato isolante. È essenziale prestare attenzione alla posizione dei componenti e all’ottimizzazione delle tracce per ridurre al minimo l’interferenza elettromagnetica e assicurare le migliori prestazioni possibili.

Fabbricazione

Durante la fabbricazione, il substrato isolante viene rivestito con uno strato di rame, che viene successivamente inciso per formare le tracce e le piazzole per i componenti elettronici. La scheda viene quindi perforata per consentire il passaggio dei componenti attraverso i fori. Infine, la scheda viene rivestita con una maschera di saldatura e marcata con serigrafia per identificare i componenti e le connessioni.

Assemblaggio

L’assemblaggio delle schede stampate coinvolge l’installazione dei componenti elettronici sulla scheda. Ci sono due metodi principali:

Montaggio superficiale (SMT, Surface Mount Technology): i componenti sono saldati direttamente sulla superficie della scheda.
Montaggio attraverso foro (THT, Through-Hole Technology): i componenti sono montati attraverso fori sulla scheda e saldati sul lato opposto.

In genere, si utilizza una combinazione dei due metodi per ottenere una scheda ottimizzata.

Saldatura

Una volta montati i componenti, si procede alla saldatura per creare connessioni elettriche solide e durature tra i componenti e le tracce. La saldatura può essere eseguita manualmente o utilizzando macchine specializzate, come le saldatrici a onda o a riflusso. È importante garantire che la saldatura sia di alta qualità e priva di difetti, come cortocircuiti o saldature fredde, per garantire il corretto funzionamento della scheda stampata.

Ambiti di Applicazione delle Schede Stampate

Le schede stampate sono un componente fondamentale nella realizzazione di dispositivi elettronici. In questa sezione verranno esaminati tre settori chiave in cui vengono utilizzate schede stampate: l’industria elettronica, l’industria aerospaziale e l’industria automobilistica.

Industria Elettronica

Nell’industria elettronica, le schede stampate sono impiegate su larga scala per la produzione di dispositivi come computer, smartphone, televisori e sistemi di comunicazione. Grazie alla loro flessibilità e alle elevate prestazioni, le schede stampate hanno permesso la realizzazione di dispositivi sempre più compatti e potenti. Alcuni esempi di applicazioni delle schede stampate in questo settore sono:

Circuiti integrati
Sistemi di alimentazione
Sensori e attuatori

Aerospaziale

Le schede stampate giocano un ruolo cruciale anche nell’industria aerospaziale. In questo settore, infatti, è fondamentale disporre di componenti affidabili, resistenti e leggeri. Le schede stampate utilizzate nell’aerospaziale sono progettate per sopportare condizioni estreme, come alte temperature, forti vibrazioni e radiazioni. Tra le applicazioni più comuni delle schede stampate nell’industria aerospaziale si possono citare:

Sistemi di controllo e navigazione
Radar e comunicazioni
Monitoraggio ambientale

Automobilistico

Infine, le schede stampate trovano un’ampia gamma di applicazioni nell’industria automobilistica. I veicoli moderni sono dotati di numerosi dispositivi elettronici e sistemi di controllo, che richiedono l’impiego di schede stampate di alta qualità. Le schede stampate utilizzate in questo settore devono essere progettate per resistere a condizioni operative difficili, come sbalzi di temperatura, umidità e vibrazioni. Tra le applicazioni più diffuse delle schede stampate nel settore automobilistico, si possono menzionare: