la prima rivista italiana sui circuiti stampati - B2B24 - Il Sole 24 Ore

PCB Magazine n.6 - GIUGNO 2011
SPECIALE: Tecnologie di packaging
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n.6
GIUGNO 2011

Capacity On Demand
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Solo SIPLACE SX ti permette di scegliere ciò di cui
hai bisogno quando ne hai bisogno. Per la prima volta
è possibile incrementare le performance produttive
della macchina senza variare il „layout“ della linea e
modificare il „foot print“. Ciò è possibile in tempi brevi
nel momento in cui si debba gestire l’introduzione
di un nuovo prodotto oppure in occasione di picchi
produttivi stagionali. Sarà sempre possibile ripristinare
la capacità iniziale della linea qualora le richieste
produttive rientrino negli standard. Come? Con
le soluzioni SIPLACE SX Rent Performance, ci
proponiamo come tuo partner tecnologico. Se non
è possibile prevedere le esigenze di produttività
futura, le nostre formule di noleggio portali ti offrono
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Terremoti
automobilistici
Non se ne parla spesso in queste pagine, ma uno dei
comparti di maggiore interesse per chi si occupi di
c.s. è senz’altro quello automobilistico.
Trasporti su gomma, automotive, sistemi avanzati
di controllo della circolazione stradale sono tutti
settori con forti ricadute per il nostro mondo,
visto soprattutto che - da qualche tempo - i valori
economici dell’elettronica a bordo dei veicoli privati
hanno segnalato aumenti complessivi consistenti:
oggi, secondo gli analisti di Morgan Stanley,
il valore dell’elettronica per vettura circolante
si attesta sui 5000 $ e, considerando che buona
parte degli approvvigionamenti di componenti
e dispositivi elettronici complessi proviene
(o, almeno, proveniva fino all’11 marzo) dal
Giappone, ecco che scatta il campanello d’allarme.
Sappiamo che la chiusura di interi stabilimenti
industriali ha messo in ginocchio l’economia
nipponica, con riflessi negativi sulle attività
produttive internazionali. Sergio Marchionne,
amministratore delegato di Fiat, ha fatto intendere
di essere preoccupato per le forniture di componenti
provenienti dal Giappone, soprattutto per quelli
elettronici, e ha dichiarato che il gruppo da lui
diretto conoscerà una flessione produttiva compresa
fra le 50mila e le 100mila unità in Europa proprio
per questi motivi nei prossimi mesi.
Un primo effetto c’è già: la proposta di Honda
di ridurre del 50% la produzione presso lo
stabilimento britannico di Swindon, uno dei siti
produttivi più grandi d’Europa, la dice lunga. E
la decisione è dovuta in parte proprio a difficoltà
▶ EditorialE
di approvvigionamento di componenti elettronici
dalla madrepatria, da cui - come si è detto -
arriva la stragrande maggioranza dei componenti
usati in Europa e in America dalle industrie
automobilistiche.
Diversificare le fonti di approvvigionamento
diventa dunque una strada obbligata: si tratta
una strategia condivisa ad esempio da Martin
Winterkorn, presidente del gruppo Volkswagen.
Non è una soluzione semplice da attuare, certo, ma
di una scelta onerosa in termini di costi economici
e tempi d’attuazione. E poi, lo si sa bene, la
supply chain più è complessa, più è vulnerabile,
con la possibilità di incappare in problemi che
ne potrebbero compromettere l’affidabilità
complessiva.
Tutte variabili da tenere in debito conto, dunque,
se si vuole risolvere un problema che in questo
momento non è dei minori. D’altra parte potrebbe
essere questo il momento per dare un impulso a
realtà locali, che possano in certo qual modo ovviare
a questo “rallentamento”. Un rallentamento che è
temporaneo secondo alcuni (lo stesso Marchionne
prevede infatti un “rientro” del problema entro il
quarto trimestre dell’anno), ma di cui sarebbe poco
saggio non approfittare.
PCB giugno 2011
5

6 PCB giugno 2011
▶ SOMMARIO - GIUGNO 2011
IN COPERTINA
Raggiungere certe performance è una
questione di potenza.
Ovunque ci sia l’esigenza di gestire
connessioni di potenza elevate,
dai costruttori di inverter, UPS
ed azionamenti, fino all’impiego
nel più recente settore dell’energia
fotovoltaica, la gamma di morsetti
e connettori per circuiti stampati
di Phoenix Contact garantisce
performance di eccellenza.
L’azienda, leader tecnologico nel
mondo dei sistemi di connessione per
circuito stampato, dedica innovative
soluzioni miniaturizzate alla
connessione di potenza ed al mercato
dei LED.
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agenda
Eventi/Piano Editoriale _______________10
a cura della Redazione
ultimissime _________________________12
a cura di Riccardo Busetto
l’angolo di copertina
I giganti della miniaturizzazione_________22
a cura di Antonella Galimberti
speciale
Tecnologie di packaging
Lo sviluppo nel packaging
e nelle interconnessioni ________________24
di Dario Gozzi
Land Grid Array (LGA) package ________30
di Davide Oltolina
Quad flatpack no lead _________________34
di Dario Gozzi
tecnologie
Soluzioni alternative __________________36
di L. Brandt, C. Jakob, L. Stam e D. Steinhäuser

progettazione
Pianificazione topologica di dettaglio _____48
(seconda parte)
di Dean Wiltshire
produzione
L’automazione dei processi _____________54
(prima parte)
di Piero Bianchi
Meno problemi con più ESD ___________60
di Dario Gozzi
Saldatura reflow a condensazione ________64
di Davide Oltolina
Il clearing dei pcb ____________________66
(prima parte)
di Fernando Rueda
La tecnologia jet printing e la lean
manufacturing _______________________70
di Dario Gozzi
test & quality
Il test con la scansione acustica __________74
di Davide Oltolina
fabbricanti
Produttori di circuiti stampati in base
al logo di fabbricazione ________________79
a cura della Redazione
PCB giugno 2011
7
Anno 25 - Numero 6 - Giugno 2011
www.elettronicanews.it
direttore reSPonSabile: Pierantonio Palerma
redazione: Riccardo Busetto (Responsabile di Redazione)
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amminiStratore delegato: Donatella Treu
StamPa: Faenza Industrie Grafiche S.r.l. - Faenza (RA)
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Fernando Rueda, L. Stam,
D. Steinhäuser, Dean Wiltshire
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8 PCB giigno 2011
▶ Si parla di - Le aziende citate
azienda pag. azienda pag. inserzionisti pag.
a Aab. Tech ______________ 20
Acel ___________________ 20
Agm __________________ 20
Alba Elettronica _________ 20
Arel ___________________ 20
Assembléon _____________ 14
Atotech ________________ 14
B Baselectron _____________ 20
C Cabiotec ____________ 70-73
Cistelaier _______________ 20
Confindustria Anie _______ 16
Corona ________________ 20
C-Tech Innovation _______ 14
d DPI ________________ 64-65
E Ermes _________________ 20
Esseti Circuiti ___________ 20
Esseti Elettronica ________ 20
F Fin.Pro. ________________ 12
Fonover ________________ 20
G Gruppo PCB Italy _______ 20
i Ierre ___________________ 20
Indium_________________ 14
Isorg __________________ 14
K Koh Young _____________ 14
Kyzen ______________ 66-68
l Lopar __________________ 20
M Mentor Graphics _ 14, 48-50, 52
Millenium Dataware ______ 20
Mydata _____________ 70-73
N Neutec Electronic AG ____ 12
O O&B __________________ 20
OMR Italia _____________ 20
ORPRO Vision _________ 12
p P2S Elettronica __________ 20
P.C.S. __________________ 20
Phoenix Contact ______ 22-23
Piciesse ________________ 20
Prodelec ________________ 12
r Ramidia ________________ 20
Rehm _______________ 64-65
S S.I.T.EL _______________ 20
Silga ___________________ 20
Siplace (ASM) __________ 18
Sonoscan ____________ 74-76
ST Microelectronics ______ 14
T Techboard ______________ 20
Tecnomaster ____________ 20
Tecnometal _____________ 20
Teknit _________________ 20
V Verdant Electronics _______ 14
VJ Electronix ____________ 18
Z Zestron ________________ 14
a
aPeX tOOL ....................................... 27
aReL .................................................. 80
aSM aSSeMBLY SYSteM .................... 3
aUReL aUtOMatiOn ...................... 43
B
BaRBieRi ........................................... 26
BaSeLectROn .................................. 80
C
caBiOtec ............................................ 4
cOOKSOn eLectROnicS .................. 31
cOROna ........................................... 80
E
e.O.i. tecne ...................................... 51
eLaBORa .......................................... 53
F
FaRneLL ........................................... 47
FieRa PROdUctROnica .................. 25
FLeXLinK SYSteMS
diViSiOne e-cUBe .......................... 39
i
i-tROniK ....................................11 - 19
inVentec ......................................... 63
iScRa dieLectRicS ....................iV cop.
l
LiFe PROJect ...............................9 - 29
LiFeteK .............................................. 17
M
MentOR GRaPHicS ......................... 55
MYaUtOMatiOn ............................. 41
O
OMR itaLia ................................ ii cop.
OSai a.S. .......................................... 57
p
PacKtROnic ..................................... 33
PHOeniX cOntact ..................... i cop.
PROdeLec ..................................13 - 15
r
RaMidia ........................................... 81
RS cOMPOnentS ...................... iii cop.
S
SPea .................................................. 45
SteaLtecH ........................................ 37
SteLViO KOnteK .............................. 59
T
tecnOMaSteR ..........................75 - 81
tecnOMetaL ............................73 - 82
W
Win-teK ............................................ 21

10 PCB giugno 2011
▶ AGENDA - FIERE E CONVEGNI
Data e luogo Evento Segreteria
31 maggio - 2 giugno
Mosca, Russia
5 - 10 giugno
San Diego, CA
USA
21 - 23 giugno
Minneapolis, Minnesota
USA
22 - 23 giugno
Orlando, FL
USA
23 - 26 giugno
Bangkok,
Tailandia
SEMICON Russia 2011 SEMI Moscow
Alla Famitskaya
Tel. +7 495 97.86.291
Mob. +7 926 22.39.272
afamitskaya@semi.org
48th DAC 2011 Cayenne Communication
Publicity Chair, 48th DAC
michelle.clancy@cayennecom.com
www.dac.com
IPC International Conference
on Flexible Circuits
2011 Americas HyperWorks
Technology Conference
Gennaio
Macchine e sistemi coinvolti nella produzione di circuiti stampati
Febbraio
Il test funzionale
Marzo
Regolamentazione e riciclaggio dei materiali elettronici
Aprile
Come è cambiata la distribuzione
Maggio
Forni e profili termici
Giugno
Tecnologie di packaging
Luglio - Agosto
Il punto sulle certificazioni, i centri SIT, le normative
Settembre
EMS, CEM e mondo dei terzisti
Ottobre
Saldatura selettiva
Novembre
Panoramica P&P
Dicembre
AOI, ispezione 3D dei depositi serigrafici, raggi X
IPC - Association Connecting Electronics Industries
3000 Lakeside Drive, 309 S,
Bannockburn, IL - 60015 - USA
Tel. +1 847 61.57.10.0
Fax +1 847 61.57.10.5
One Grand Cypress Blvd.,
Orlando, FL 32836 - USA
Tel. +1 407 23.91.234
Fax +1 407 23.93.800
Assembly Technology 2011 Reed Tradex Company
32nd fl., Sathorn Nakorn Tower
100/68-69 North Sathon Rd.
Silom, Bangrak, 10500 - Bangkok, Tailandia
Tel. +662 68.67.299
Fax +662 68.67.288
rtdx@reedtradex.co.th
www.reedtradex.com
Piano editoriale 2011 Editorial calendar 2011
January
Machines and Systems for PCB Production
February
Functional Testing
March
Electronics Materials Rules and Recycling
April
A World in Changing: the Distribution
May
Ovens and Thermal Profiles
June
Packaging Technologies
July - August
Certifications, Calibration and Certification Centers, Regulations
September
The World of EMS and CEM
October
Selective Soldering
November
Pick & Place Survey
Dicember
AOI, 3D Printing Inspection, X-Ray

12 PCB giugno 2011
▶ ULTIMISSIME - C.S. E DINTORNI
Nuova sede per ORPRO Vision
ORPRO Vision, leader nel mercato dell’ispezione
ottica 3D, ha trasferito la sede centrale tedesca
in un nuovo e più ampio edi cio, poco distante dal
precedente. I nuovi u ci o rono maggiore spazio
per i reparti commerciale, amministrativo e per il
supporto tecnico; inoltre, il laboratorio di ricerca e
sviluppo è stato ulteriormente ingrandito a seguito del
recente ampliamento del personale R&D.
I clienti in visita presso ORPRO Vision possono
ora disporre di una sala riunioni dedicata e possono
assistere a dimostrazioni su tutta la gamma di sistemi
per l’ispezione ottica post-serigra a, post-saldatura
e post-placement incluso il nuovissimo sistema da
banco Insite B.
Il Gruppo Fin.Pro. disinveste da Neutec
La holding Fin.Pro. ha
recentemente deciso di
vendere le proprie quote
della società svizzera
Neutec Electronic AG,
nella quale aveva deciso di
investire negli anni passati.
Le quote sono
state vendute a Jurg
Neuenschwander, General
Manager di Neutec, che
già deteneva il 48% della
società. Roberto Gatti,
Presidente di Fin.Pro.,
ha dichiarato: “In
passato abbiamo
deciso di investire nel
mercato svizzero perché
strettamente collegato a
quello italiano dal punto
di vista commerciale
e per la comunanza
dei marchi distribuiti.
Attualmente, però,
non sussistono più i
presupposti per gestire
Adam Shaw, responsabile della Ricerca & Sviluppo,
ha commentato: “Il team di ORPRO Vision è
considerevolmente aumentato, e questo ha portato
alla necessità di cercare una nuova sede. La nuova
demo-room che è stata realizzata o re lo spazio per
presentare l’attuale gamma di prodotti e le nuove
piattaforme, per e ettuare training e user group
meeting. La nuova sede ha già ospitato il primo
distributor meeting europeo durante il quale è stato
presentato in anteprima il nuovo sistema di ispezione
ottica da banco Insite B, che ha riscosso un notevole
successo alla era SMT”.
www.orprovision.com
direttamente il mercato
attraverso una società
di proprietà. L’area del
Canton Ticino riveste
comunque notevole
importanza per Prodelec,
e verrà seguita attraverso
un commerciale dedicato
a quella zona. Abbiamo
posto in essere degli
accordi con Neutec per
continuare a seguire il
mercato svizzero”.
Fin.Pro., della quale fanno
parte Prodelec (Italia)
e il Gruppo ORPRO
Vision (Germania,
America e Asia),
ha scelto di concentrarsi
su altre operazioni, che
riguardano in particolare
le operatività italiane
e quelle di Orpro Vision.
www.prodelecgroup.com
www.orprovision.com

14 PCB giugno 2011
SMT/HYBRID/PACKAGING 2011
Grande successo per
la consueta edizione
primaverile di SMT/
HYBRID/PACKAGING,
che si è svolta a
Norimberga fra il 3 e il 5
maggio e che quest’anno
si è presentata presso la
sede fieristica cittadina da
poco ristrutturata ora di
indubbio impatto estetico
complessivo.
Rispetto alla scorsa
edizione – che già aveva
fatto segnalare riscontri
di rilievo all’uscita dalla
crisi – l’evento bavarese ha
fatto registrare quest’anno
un ulteriore successo in
termini di visitatori e di
spazio espositivo, con un
aumento significativo
anche in termini di
interventi congressuali.
Contro i 26.000 mq
occupati dalla sezione
espositiva dell’edizione
2010, quest’anno i numeri
hanno segnato una crescita
di circa il 4% dell’area di
esposizione (27.000 mq),
spazio che ha permesso
ai più di 530 espositori
di presentare prodotti e
soluzioni per l’industria
elettronica.
Anche se, naturalmente,
non sono da segnalare
novità di particolare
rilevanza, ciò a causa
principalmente
dell’imminente edizione
di Productronica
(evento biennale che
si terrà a Monaco il
prossimo novembre)
la partecipazione in
termini di presentazioni
tecnologiche è stata
tutt’altro che scarsa,
così come la presenza di
visitatori stranieri che ha
confermato una tendenza
all’internazionalizzazione
già notata nelle scorse
edizioni.
Importanti sono
stati, come si è detto,
le manifestazioni
congressuali, fra le quali
hanno spiccato per
interesse e innovazione il
consueto appuntamento
con EIPC e, quest’anno
in particolare, la seconda
edizione dell’ “Electronics
Day” organizzato dal
Sustainable Electronics
Manufacturing (SEM)
Working Group il giorno 4
maggio. Con una presenza
importante di esperti del
settore dell’elettronica
industriale (rappresentanti
di ST Microelectronics,
C-Tech Innovation,
Assembléon, Koh Young,
Mentor Graphics,
Atotech, Indium, Verdant
Electronics, Isorg e
Zestron) il SEM Working
Group ha ribadito gli
obiettivi di collaborazione
per la definizione di una
roadmap industriale
che segua la linea della
sostenibilità nella
produzione elettronica
industriale.
Evento altrettanto
importante è stata
quest’anno la premiazione
del giovane ingegnere
da parte del comitato di
valutazione presieduto dal
direttore generale di SMT,
Udo Weller.
Quest’anno è stato
dichiarato vincitore del
premio Daniel Hahn
del Fraunhofer IZM di
Berlino con la sua ricerca
dal titolo “Zuverlässigkeit
konkaver Flip-Chip-
Lotverbindungen bei
kombinierter Belastung
durch Temperatur und
Vibration” (Affidabilità
giunti di saldatura flipchip
concavi sotto l’esposizione
combinata di temperatura
e vibrazioni).
La prossima edizione
di SMT/HYBRID/
PACKAGING si terrà
sempre presso la stessa
sede fra l’8 e il 10 maggio
del 2012.

16 PCB giugno 2011
Elettronica ed elettrotecnica italiana,
un trimestre tra luci e ombre
Fatturati e ordini in
crescita, produzione
industriale in calo. È un
ritratto con luci e ombre
quello dipinto dall’Istat
sul primo trimestre
2011 dell’industria
dell’elettronica e
dell’elettrotecnica
italiana. Secondo i dati
appena diffusi, i due
comparti rappresentati da
Confindustria Anie hanno
evidenziato nel primo
trimestre 2011 dinamiche
differenziate nel recupero
dei principali indicatori.
Nello specifico, i dati
relativi al fatturato
continuano a mostrare
tassi di recupero
dinamici. A marzo 2011,
nel confronto con lo
stesso mese del 2010,
l’industria elettrotecnica
italiana ha evidenziato
un incremento del
fatturato totale del 10,5%,
l’elettronica del 21,7%
(+8,8% la variazione nella
media del manifatturiero).
Nel primo trimestre 2011,
nel confronto su base
annua, il volume d’affari
complessivo ha registrato
una crescita del 16,7% per
l’elettrotecnica, del 19,7%
per l’elettronica (+10,9%
la variazione nella media
del manifatturiero
italiano).
Anche il portafoglio ordini
è tornato decisamente in
positivo, dopo le incertezze
che hanno caratterizzato i
primi mesi del 2011.
Nel primo trimestre
2011, nel confronto
con lo stesso periodo
dell’anno precedente,
l’ordinato totale
ha mostrato per
l’elettrotecnica
una crescita a due
cifre (+26,2%);
più moderata la
variazione per
l’elettronica (+2,6%).
Si mantengono
discordanti i
dati relativi al
profilo produttivo
che muove in
controtendenza.
Nel primo trimestre
2011 i settori Anie
hanno sperimentato un
andamento altalenante
della produzione
industriale, che si è
tradotto in un risultato
cumulato trimestrale
negativo. In particolare,
nella media dei primi
tre mesi del 2011, nel
confronto con lo stesso
periodo del 2010,
l’elettronica ha evidenziato
una caduta dei livelli di
attività del 10,4%. Più
contenuta la flessione per
l’elettrotecnica (-1,7%).
Nel confronto europeo
l’industria elettrotecnica
ed elettronica italiana ha
mostrato un andamento
del profilo produttivo
disallineato con la media
dell’Unione, in particolare
con la Germania, che ha al
contrario messo a segno un
recupero a due cifre.
Guidalberto Guidi,
presidente di Confindustria Anie
“Nel primo trimestre
2011 i settori Anie
continuano a esprimere
andamenti differenziati e
discontinui mese per mese
nel ritmo di recupero dei
principali indicatori”, ha
commentato il Presidente
di Confindustria Anie,
Guidalberto Guidi.
“Calano bruscamente i
livelli di attività industriale,
mentre segnali positivi
vengono dal recupero del
volume d’affari. Occorre
però considerare che sui
dati a valori correnti si
riflette in molti comparti
il rialzo dei prezzi delle
materie prime impiegate
nei cicli produttivi,
che amplifica i tassi di
variazione. I dati dei primi
mesi del 2011 mostrano
risultati non univoci,
che non muovono nella
direzione di una crescita
diffusa e continuativa”.
“Si mantiene una
forte dicotomia fra
consolidamento della
ripresa internazionale in
alcuni mercati e ritardo
nel recupero italiano”,
ha proseguito Guidi.
“Guardiamo ancora una
volta alla Germania, nostro
principale competitor
in ambito europeo nei
comparti high-tech. Le
stime preliminari del
primo trimestre 2011
indicano una crescita del
prodotto interno lordo
tedesco vicina al 5%,
cinque volte in più di
quello italiano che stenta a
superare un modesto 1%.
Questi andamenti macro si
ripercuotono direttamente
sull’evoluzione della
domanda interna nei
settori Anie. Se nel
primo trimestre 2011 le
imprese elettrotecniche
ed elettroniche tedesche
hanno messo a segno
un incremento della
produzione industriale
vicino ai 20 punti
percentuali, nello stesso
periodo quelle italiane
non hanno mantenuto
i livelli di attività
conseguiti, entrando in
territorio negativo. Una
discordanza che, a fronte
di una comune proiezione
all’estero, continua a
trovare spiegazione nella
debolezza della domanda
espressa dal mercato
nazionale per le imprese
Anie”.

18 PCB giugno 2011
La presenza di Siplace alla fiera di Norimberga
Siplace presenta un nuovo concetto di set-up
Buone notizie in arrivo
per gli stabilimenti
di produzione elettronica
con frequenti cambi di
prodotto di dimensioni
molto piccole. Con
l’introduzione di Random
Setup, Siplace propone
un concetto di setup che
ne semplifica e accelera
in modo significativo
VJ Electronix vince l’Npi Award 2011
VJ Electronix si
è aggiudicata
l’Npi (New product
introduction) Award 2011
per la sua piattaforma
SRT Micra Rework. La
Micra SRT si presenta in
un formato da banco ed è
specificamente progettata
per la rilavorazione di
prodotti mobili contenenti
dispositivi di piccole
dimensioni e ad alta
densità elettronica, quali
smartphone, netbook, Gps
e altri prodotti handheld.
Oltre a presentarsi
come una piattaforma
ideale per applicazioni
le procedure. “Random
Setup – ha sottolineato
Hubert Egger, Marketing
Manager Siplace
Software – si basa su un
concetto di installazione
che è stato progettato
specificamente per le
esigenze dei moderni
ambienti high-mix”.
Grazie a Random Setup,
di largo consumo, SRT
Micra Rework aumenta
e ottimizza i tempi di
produttività anche in
tutte quelle applicazioni
in cui è richiesta alta
proprio come suggerisce
il nome, gli operatori
possono posizionare
gli alimentatori e i
componenti in qualsiasi
punto della linea o del
tavolo di alimentazione
anziché in specifiche
posizioni. I produttori di
elettronica possono così
di beneficiare di setup
affidabilità e alto valore.
In questo senso, Micra
assicura elevate garanzie
anche in applicazioni
tipiche del settore
aerospaziale, dispositivi
molto più veloci e, di
conseguenza, migliore la
produttività della linea.
Allo stesso tempo, si riduce
significativamente sia la
quantità di alimentatori
necessari sia la possibilità
di errore.
Siplace (ASM)
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medici, automotive,
l’ambiente marino con le
sue condizioni estreme.
Più in generale, Micra
soddisfa l’ampia gamma
di applicazioni industriali
e commerciali. Gli assi
nella manica di Micra,
per garantire la massima
efficienza, sono la
funzionalità Auto-Run,
una nuova concezione
di automatizzazione dei
processi e un ingegnere di
processo virtuale.
VJ Electronix
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20 PCB giugno 2011
Pcb, la necessità di un prezzo congruo
Le problematiche relative agli aumenti dei costi dei pcb sono argomento di estrema
attualità. Ecco quanto comunicato in questi giorni dal gruppo PCB Italy, che
comprende 24 aziende specializzate in produzione e/o commercializzazione di c.s.
opo la crisi
“Dglobale, la ripresa
del comparto elettronico,
che sembra anticipare la
ripresa degli altri settori,
vede una forte crescita del
mercato interno cinese,
con la conseguenza di
forte richiesta di materie
prime quali laminati, rame,
stagno, oro e argento.
Purtroppo, la capacità
produttiva di queste
materie prime non può
essere incrementata
tempestivamente, pertanto
ne conseguirà la di coltà
di approvvigionamento.
È il caso del tessuto
di vetro e delle resine
epossidiche per la
produzione dei laminati
che, oltre ad aumentare
di prezzo per e etto
dell’aumento del prezzo
del petrolio e delle altre
materie prime, non
potranno essere prodotti
in quantità su ciente al
fabbisogno. Occorrono
infatti almeno due
anni per avviare uno
stabilimento per la
produzione del tessuto; la
corsa all’accaparramento
è infatti già iniziata, con
conseguenti maggiori costi
dovuti all’investimento e
alla ridotta rotazione del
magazzino.
Se si considera inoltre
lo scarso interesse che
hanno gli asiatici a vendere
laminato all’Europa, ne
consegue un’ulteriore
inevitabile aumento del
prezzo del laminato FR4.
Tutti i fornitori di laminato
hanno già applicato un
aumento indiscutibile del
15% preannunciando una
serie di ulteriori aumenti
no a oltre il 40% entro la
ne 2011.
Che dire poi delle
altre materie prime? Si
osservino in Tabella 1 le
variazioni di prezzo degli
ultimi 3 anni.
Considerando che
l’incidenza delle
materie prime sul costo
Il Gruppo PCB Italy
complessivo del pcb è del
20/50% in funzione della
tipologia di prodotto,
ne consegue la necessità
di applicare aumenti
signi cativi che riportino
la giusta marginalità
ai costruttori di pcb, i
quali sono comunque
costretti a fare importanti
investimenti tecnologici
per adeguare i loro impianti
alla sempre crescente
complessità dei prodotti
richiesti dal mercato.
Tabella 1 – Variazione dei prezzi delle materie prime 2009-2011
2009 2010 2011 % ’11 su ‘10
Rame 3,8 $/Kg 7,6 $/kg 10,8 $/kg +40%
Stagno 10 $/kg 17 $/kg 30 $/kg +70%
Oro 600 $/Oz 1.200 $/Oz 1.540 $/Oz +27%
Petrolio 36 $/barile 70 $/barile 130 $/barile +80%
Aab.Tech Esseti Circuiti P.C.S.
Acel Esseti Elettronica Piciesse
Agm Fonover Ramidia
Alba Elettronica Ierre S.I.T.El
Arel Lopar Silga
Baselectron Millenium Dataware Techboard
Cistelaier O&B Tecnomaster
Corona. Omr Italia Tecnometal
Ermes P2s Elettronica Teknit
Questo era però lo
scenario antecedente le
note vicende del nord
Africa che hanno fatto
ulteriormente impennare
il prezzo del petrolio e dei
suoi derivati.
Ora le certezze
diminuiscono, ma
sicuramente non i prezzi.
Alla luce di queste
considerazioni gli aumenti
che si stanno veri cando
nel mercato pcb risultano
più che giusti cati e
probabilmente non
si tratterà di un una
tantum, ma di un trend
di incremento che avrà
termine solo quando il
mercato delle materie
prime non si sarà
stabilizzato”.
Gruppo PCB Italy

22 PCB giugno 2011
▶ ANGOLO DI COPERTINA - AZIENDE E SOLUZIONI
I giganti della
miniaturizzazione
Soluzioni per la connessione di potenza
e per il mercato dei LED
a cura di Antonella Galimberti
Il settore delle connessioni rappresenta
storicamente il campo di
eccellenza dell’azienda: nessuna
sorpresa, quindi, che in concomitanza
con la sua riorganizzazione in divisioni,
Phoenix Contact abbia deciso
di creare una struttura appositamente
dedicata a supportare l’ambito dei
dispositivi di connessione per circuito
stampato e delle custodie per elettronica.
Si tratta della Divisione Device
Connection, operante sull’intero
territorio nazionale sotto la guida di
Roberto Falaschi.
“L’obiettivo della nostra struttura
è quello di confermare il ruolo
di leader tecnologico che
Phoenix Contact riveste nel
mondo dei sistemi di connessione
per il circuito
stampato, attraverso
una conoscenza del
mercato che permetta
di captare
i trend
tecnologici
e rispondervi in tempi brevi, con una
proposta dalle performance superiori
alla media e un supporto competente”
spiega Falaschi. Phoenix Contact
rivolge quindi una costante attenzione
alle dinamiche tecniche e tecnologiche
dell’industria. “In particolare, gli
ultimi anni hanno visto lo svilupparsi
di trend tecnologici ben precisi: mi
riferisco ad esempio alla costante richiesta
di miniaturizzazione delle connessioni
e di incremento della densità
di cablaggio, alla ricerca di metodi di
connessione ergonomici ma a dabili,
all’esigenza di portare correnti sempre
più elevate alle schede. Si è inoltre assistito
alla massiccia di usione di tecnologie
speci che come Ethernet o come
i processi di saldatura re ow, entrambi
richiedenti sistemi di connessione
adeguati.
Ricerca & Sviluppo
La competenza maturata nel settore
e i continui investimenti in ricerca
e sviluppo, permettono a Phoenix
Contact di giocare un ruolo da leader
nel settore, con una gamma di morsetti
e connettori per circuiti stampati che
garantisce performance di eccellenza e
risposte ad ogni esigenza: ad esempio,
i morsetti e connettori di potenza con
portata in corrente no a 125 A o con
portata in tensione no ai 1000 Volt
(omologazione VDE) permettono di
portare correnti sempre più elevate alle
schede, mentre la vasta gamma di connessioni
a molla (di tipo classico, pushin
e a leva) garantisce un collegamento
facile ed e cace alle schede da circuito
stampato, con ingombri estremamente
ridotti”.
Una delle tecnologie emergenti a
cui Phoenix Contact guarda con particolare
interesse è attualmente quella
della luce a LED, in rapida ascesa
nel mercato anche grazie alla sempre
maggiore attenzione che gli utilizzatori
nali ripongono sul tema
di risparmio energetico e del consumo
orientato all’e cienza. “Phoenix
Contact si è aperta a questo mondo
introducendo dapprima la famiglia di
morsetti e connettori serie PT, comprendente
il più piccolo morsetto a
molla del mondo. Da allora, la gamma
di prodotti dedicata al mondo dei
LED si è rapidamente ampliata”.
Il riferimento è quindi anzitutto
ai miniconnettori a molla per circuito
stampato PTSM, disponibili nella
versione SMT per il montaggio verticale
super ciale, o THR per tecnologie
di saldatura re ow. “Questi miniconnettori,
particolarmente utili nella
connessione di strisce LED, sono
in grado di gestire correnti no a 6A
con un passo di soli 2,5 mm e 5,0 mm
di altezza” continua Falaschi. “Grazie
a tali dimensioni, si adattano in modo
ottimale all’impiego con schede per
circuiti stampati metal core rivestite
su un lato, come quelle normalmente

in uso tra i produttori di sistemi LED.
A complemento al morsetto PTSM,
la gamma Combicon di Phoenix
Contact comprende poi prese base
adatte al processo di saldatura SMT
o THR e disponibili in versione orizzontale
e verticale. Per una maggiore
praticità, tutti i morsetti e connettori
delle serie PTSM sono inoltre confezionati
in bobine ed equipaggiati per
l’impiego in linee di saldatura automatizzate.
Il cablaggio di conduttori
rigidi e flessibili fino a 0,75 mm2 si realizza
con un operazione di inserzione
diretta grazie all’utilizzo della recente
tecnologia PIT (Push In Technology)
a molla, senza che si rendano necessarie
preparazioni preventive o l’utilizzo
di utensili particolari”.
Tutto per i LED
Un’altra novità di prodotto utilizzabile
nel mondo LED, ma non solo, è il
morsetto per circuito stampato PTQ
a due poli. “Si tratta di un componente
estremamente piccolo, con un’altezza
complessiva di soli 8 mm, sviluppato
appositamente per l’impiego
in processi di saldatura THR automatizzati.
Grazie ad esso, il collegamento
dei conduttori a coppie è realizzabile
in modo particolarmente agevole
e sicuro, grazie alla tecnica a perforazione
di isolante: l’operazione di collegamento
non richiede quindi l’impiego
di alcun utensile specifico, così
come quella di sblocco del conduttore
cablato, attuabile mendiante un’apposita
leva.
Confezionati anch’essi in bobine e
perfettamente adeguati all’impiego in
processi di assemblaggio completamente
automatizzati, i morsetti PTQ
consentono all’utilizzatore notevoli
risparmi in termini di tempo ed una
maggiore efficienza di produzione”.
L’attenzione all’esigenza di rendere
più rapidi, pratici ed automatici i
processi è quindi una costante delle
proposte Phoenix Contact, sia nelle
fasi di produzione che in quelle di
installazione. “Per far fronte alle esigenze
di semplificazione dei processi
di cablaggio, nel campo dei LED
ed in particolare per la connessione
di faretti LED può trovare un utile
impiego il sistema Quickon QPD.
Questo dispositivo di connessione rapida
è disponibile in versione “passaparete”,
per montaggio diretto sul faretto,
oppure in versione “giunto” per
la realizzazione di connessioni volanti.
Grazie alla tecnologia di connessione
Quickon, basata sul principio
della perforazione d’isolante, si riduce
il numero di operazioni da effettuare
per procedere al cablaggio di conduttori
e si ottiene un cablaggio rapido
e senza utensili. Per realizzare il contatto
diviene quindi sufficiente inserire
il conduttore a scatto nell’alloggiamento
predisposto, tagliarlo e avvitare
la custodia: durante il serraggio
del dado, la lama perfora l’isolamento
del cavo e crea un collegamento elastico,
resistente alle vibrazioni e a tenuta
di gas”.
Ovviamente la nuova organizzazione
in divisioni non pregiudica il
saldo rapporto con i partner della distribuzione
specializzata che da tempo
caratterizza l’operato di Phoenix
Contact. Anzi, come sottolinea
Falaschi, “la distribuzione specializzata
è fondamentale per questo mercato:
la sua rete è a fianco del cliente,
ovunque egli si trovi, fornendo consulenza
ed assistenza altamente qualificate.
Grazie alla sinergia forte e continuativa
con questi partner, i nostri
clienti possono sempre contare su un
servizio di livello elevato, in grado di
soddisfare, o talvolta anticipare, ogni
loro esigenza”.
Phoenix Contact S.p.A.
Tel. 02/660591
Fax 02/66059500
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PCB giugno 2011
23

24 PCB giugno 2011
▶ speciale - TecnoloGie Di packaGinG
Lo sviluppo
nel packaging
e nelle interconnessioni
Innumerevoli sono le soluzioni che hanno permesso
progressi verso miniaturizzazioni sempre più spinte e che hanno
saputo migliorare le prestazioni circuitali dei componenti ampliando
notevolmente gli orizzonti della tecnologia elettronica
di Dario Gozzi
Il trend nello sviluppo dei semiconduttori
e più ancora alcuni
particolari segmenti di mercato,
guidano lo sviluppo del packaging che
a sua volta coinvolge la tecnologia dei
substrati, sia rigidi che flessibili.
L’evoluzione attuale non si discosta
da quanto già osservato da Moore nel
lontano 1965, ovvero che ogni 18 mesi
si registra un aumento tanto nella potenzialità
dei circuiti elettronici (a livello
di componente) quanto nel numero
di terminali (input/output).
Uno studio dell’ITRS ha individuato
sei principali segmenti di mercato
capaci di trainare l’evoluzione dei semiconduttori
e del relativo packaging:
- prodotti low cost, dove convergono
microcontrollori, display, disk drive
e prodotti di consumo in generale;
- prodotti portatili, telefoni cellulari in
testa, ma anche tutto quello che funziona
a batteria ed è trasportabile;
- prodotti di fascia media per costi
e prestazioni, come i notebook, i
personal computer desktop, i dispositivi
per telecomunicazione;
- prodotti ad alte prestazioni per il
settore avionico, i supercomputer, le
workstation di alto profilo;
- memorie, DRAM e SRAM;
- prodotti per automotive, in particolare
sottocofano e per estensione
tutti i prodotti che devono lavorare
in ambienti ostili.
In particolare due sono le aree che
danno con maggiore enfasi la propulsione
all’evoluzione del packaging, i prodotti
portatili e quelli di fascia media. I primi
sono basati su una tecnologia elettronica
mista, hanno dimensioni contenute,
sono realizzati in grandi volumi e non
godendo di prestazioni particolarmente
elevate sono rivolti a una fascia di mercato
sensibile al costo. I prodotti di fascia
media hanno maggiori prestazioni
dei precedenti e si rivolgono a chi ricerca
una tecnologia più sofisticata ed è disposto
a una maggiore spesa.
Le aree maggiormente coinvolte sotto
il profilo tecnologico nello sviluppo
del packaging e delle interconnessioni
sono:
- fine line multilayer flex;
- thin film passives;
- multichip modules;
- 3D electronic assembly;
- chip scale packaging;
- led packaging;
- power packaging;
- power overlay packaging;
- WBG (Wide Bandgap Technology)
packaging;
- nano interconnects;
- mems packaging;
- photonics packaging.
L’evoluzione tra
prestazioni e packaging
Quella che è ormai riconosciuta
universalmente come legge di
Moore, descrive l’evoluzione elettronica
non solo e non tanto in termini di

Wide Bandgap Technology
La tecnologia wide bandgap si basa sull’utilizzo del carburo
di silicio (SiC). Il SiC puro è incolore, la lucentezza dei cristalli,
capaci di scomporre la luce nei colori dell’arcobaleno,
è dovuta all’autopassivazione del materiale che si ricopre di
un sottile strato di SiO2. Tra tutte le sue forme cristalline, l’alfa
è la più comune (SiC-α), si forma a temperature superiori
ai 2000 °C e ha un struttura cristallina esagonale. È inerte
dal punto di vista chimico, ha un bassissimo coefficiente
di dilatazione termica, ma possiede un’elevata conducibilità
termica. In particolare quest’ultima sua caratteristica, unitamente
all’alta densità di corrente che è capace di sopportare,
lo rendono attualmente un materiale molto interessante
come semiconduttore, sicuramente più promettente del silicio
per gli utilizzi nell’alta potenza, nell’alta frequenza e alle
alte temperature (fino a 500 – 600 °C).
L’attuale limite è dettato dalla qualità del materiale di partenza,
i substrati da lavorare per ottenere il dispositivo finale.
Gli attuali wafer di silicio arrivano a diametri superiori ai 12”
(30,48 cm), sono di elevata purezza e ottima qualità cristallografica.
La difettosità è ritenuta ormai insignificante.
I wafer di SiC oggi disponibili hanno diametri attorno ai 4”
(10 cm), ma in particolare la presenza dei difetti (micropipe,
stacking fault, dislocation) è ancora troppo elevata per ottenere
dispositivi con il livello di affidabilità richiesto dall’elettronica
di ultima generazione. Esiste inoltre il problema dei
costi. Per il substrato di silicio l’incidenza sul dispositivo finale
(componente) è inferiore al 5%, mentre nel caso del SiC
è ancora attestata attorno al 50%.
I substrati di carburo di silicio sono ottenuti mediante il processo
di crescita epitassiale di tipo HTCVD (High Temperature
Chemical Vapour Deposition). In pratica gli strati epitassiali di
SiC sono ottenuti da vapori contenenti silicio e carbonio in
reattori ad alta temperatura.
È in atto una forte sperimentazione per arrivare a un utilizzo
estensivo di questo materiale nella costruzione di sensori
e vari altri componenti elettronici; attualmente si producono
solo i diodi schottky.
La tecnologia di crescita epitassiale consente di accrescere
strati di silicio monocristallino su di un substrato, anch’esso
di silicio monocristallino che ne indirizza la crescita e ne determina
le proprietà strutturali. È comunque possibile ottenere
la deposizione di altri materiali metallici al fine di realizzare
le connessioni tra i vari dispositivi di un chip. Lo spessore
dello strato epitassiale può variare dalla frazione di un nanometro
a centinaia di micron, con controllo dello spessore dei
materiali dell’ordine del singolo strato atomico.
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dell’innovazione nella
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miniaturizzazione, ma particolarmente
come l’innovazione strutturale dei dispositivi,
ivi inclusa la riduzione delle
tensioni di alimentazione
Le caratteristiche siche dei semiconduttori
stanno passando dal submicroscopico
(0,1 – 0,5 µm) al nanometrico
(10 – 100 nm) con il pin count
che va evolvendo dai 100 I/O verso il
migliaio di I/O. Le frequenze da intervalli
di lavoro compresi tra 1 e 3 GHz si
portano verso i 3 – 10 GHz, le tensioni
di alimentazione vanno decrementando
il loro attuale range di 1,5 – 2,5 V
a meno di 1 V, mentre le potenze sviluppate
subiscono una migrazione che
dagli attuali 1-10 W/cm2 si sposta verso
i 50 W/cm2 . Questo trend dei semiconduttori
ha una signi cativa ricaduta
su ogni aspetto che riguarda il packaging
e l’interconnessione. L’aumento
nel numero degli
I/O a livello di
chip ricade direttamente
sul pin
count del componenteinnescando
il processo
che ha portato
al trasferimento
dei contatti dai
bordi laterali a
sotto il corpo con
tecnologia area
array (per esempio
LGA, BGA).
Il secondo passo
consiste nel
trovare soluzioni
percorribili e
a dabili per costringernequanto
più possibile
la dimensione
del passo (I/O
pitch).
A questo punto le problematiche si
allargano alla tecnologia dei substrati e
delle interconnessioni, tanto a livello di
componente che a livello di pcb , chiamando
in causa la tecnologia HDI e di
conseguenza lo sviluppo di piste e isolamenti
con dimensioni in nitesimali, interconnessioni
a livello di pad e problemi
di dissipazione termica. Sotto il pro-
lo elettrico sono da considerare le proprietà
dielettriche e le impedenze che
più di prima possono alterare il funzionamento
circuitale alle alte frequenze
di lavoro; di conseguenza una maggiore
cura deve essere posta nella scelta dei
materiali che costituiscono il substrato,
degli isolamenti e per le vie di dissipazione
termica.
Riassumendo ci sono alcuni elementi
di base che de niscono la struttura di
un package in microelettronica:
- la connessione elettrica del die al
package mediante tecnologia die e
wire bonding, TAB o solder bump;
- l’incapsulamento con under ll e
molding (overmolding, transfer o
injection molding);
- il materiale del substrato, ceramico o
organico;
- la connessione del package al pcb,
thru-hole, SMT lead, area array.
Dalla preistoria
ai giorni nostri
Parte dagli anni 60’ e 70’ (se non la
preistoria, sicuramente la storia antica
dell’elettronica) l’evoluzione dei package
che ha portato agli attuali SiP e SoS.
Agli albori lo standard era costituito
dai Dual-in-Line Plated- rough-
Hole, poco costosi e strutturalmente
robusti, ma dal limitato numero di I/O
(64) e con passo di 100 mil. L’avvento
del montaggio super ciale negli anni
80’ e 90’ ha portato all’introduzione dei
terminali sui quattro lati, aumentando il
numero degli I/O su valori superiori ai
200 pin; il passo ha subito riduzioni no
a scendere a livello di 25 -20 mil dando

28 PCB giugno 2011
il via alla vera corsa verso la
miniaturizzazione più spinta,
ma introducendo i primi pesanti
problemi di processo.
L’aumento dei terminali comporta
seri problemi nel dimensionamento dei
package perché a ogni raddoppio del
numero dei pin corrisponde grosso modo
una quadruplicazione dell’area del
corpo. I componenti diventano costosi,
con le dimensioni in controtendenza
agli obiettivi desiderati di miniaturizzazione
e con gravi pregiudiziali sul processo
di assemblaggio e sull’a dabilità
dei pcb che ne risultano.
Si passa di conseguenza a formulare
nuovi package che abbiano i terminali
di contattazione sotto il corpo del componente,
nasce la generazione area array,
di cui fanno parte i BGA, i LGA,
i ip-chip (in carrier e su scheda); una
svolta tecnologica che approderà agli
ancor più so sticati multichip module,
ai system-in-package e ai sistemi 3D
(chip-on-chip, stacked die).
Considerando un package area array
a 50 mil, l’aumento di un fattore 4 dei
suoi terminali, comporta un quadruplicamento
dell’area del corpo del componente.
Visto da un’altra angolazione, ovvero
mantenendo ssa la dimensione del
corpo, diminuendo della metà il passo
dei terminali, si ottiene come bene-
cio di quadruplicare il loro numero.
Considerando un area array di 49 mm 2
si potrà disporre di 25 terminali con
passo 1,2 mm oppure di 100 terminali
a passo 0,6 mm.
Un numero di I/O attorno ai 300 è
considerato di fascia media e normalmente
ha un passo di 0,4 mm, un die di
10x10 mm, piste e isolamenti di 35 µm e
via hole di 90 µm. La connessione elettrica
tra il die e il substrato alla base del
componente viene fatta con tecnologia
wire bonding. La stessa impiegata nel
caso di componenti ad elevato pin count
(tra 500 e 1000 I/O); in questo caso il
passo tra le piazzole di bonding, eseguito
con lo in oro, è di 60 µm o meno.
Proseguendo nell’opera di miniaturizzazione,
i limiti posti dalla connessione
wire bonding (eseguito a livello perimetrale)
sono identiche a quelle riscontrate
ponendo i terminali sui quattro lati del
corpo dei componenti (leaded carrier).
Una diminuzione del passo introdurrebbe
grossi problemi di produttività e
di a dabilità.
Il ricorso alla tecnologia ip chip ha
consentito di utilizzare l’intera super cie
del die per posizionare le piazzole di interconnessione
e di eliminare tutta una
serie di di coltà (leggi potenziali difettosità)
dovute al wire bonding, come parassitismo
dei segnali, CTE, formazione
di microcricche… La storia dei ip chip
è per la verità iniziata in IBM negli anni
’60 (si potrebbe parlare di evoluzione
parallela o convergenza evolutiva) con
la tecnologia C4 e poi ripresa da molti
e con molte di erenze o semplici sfumature,
no ai giorni nostri.
Tecnologia multi chip
La tecnologia multichip è un altro
approccio sviluppato per ottenere
buone prestazioni a costi contenuti.
A di erenza della tecnologia single
chip che vede un singolo IC posizionato
all’interno del package, la tecnologia
multichip prevede duo o più
IC alloggiati all’interno di un
package comune:
- MultiChip Modules (MCM), contenente
no a 10 IC con la possibile
presenza di componenti discreti;
- MultiChip Packages (MCP), è una
versione ridotta del precedente, contiene
da 2 a 6 IC;
- System-in-Package (SiP), si tratta di
un multichip in cui c’è la presenza,
in funzione dell’utilizzo, di digitale e
analogica, potenza e radiofrequenza,
su un substrato dal costo contenuto;
- System-on-Package (SOP), pone
un intero sistema sul singolo chipsize
package.
Quando la soluzione a singolo chip
non consente di ottenere le prestazioni
desiderate, il ricorso allo stacked package
permette di risparmiare spazio sul
substrato. Questa soluzione ha dimostrato
un miglior comportamento sotto
il pro lo elettrico rispetto alle soluzioni
multichip bidimensionali, ma risente
del problema della dissipazione termica,
ragion per cui l’utilizzo predominante è
a livello di memorie.
Anche in questo caso sono state sviluppate
diverse soluzioni, per esempio
nel package QFP sono stati inseriti die
in con gurazione stacked ponendone
uno sul lato top del leadframe e uno sul
lato bottom. Nei package BGA si possono
racchiudere due o più dice posizionati
uno sull’altro e collegati tra loro o con
il substrato intermedio (interposer). In
alternativa la connessione può avvenire
con tecnica ip chip o essere un misto
col wire bonding.
Utilizzata per addensare un mix di circuiti
logici e di memoria, la Folded Stack
Chip Scale Package è la tecnologia che
permette di realizzare lo stacking dei dice
su substrato essibile, ripiegando il
tutto su se stesso anche più volte, ricavandone
una soluzione che consente di
impacchettare in poco spazio una notevole
quantità di logica e di memoria.

30 PCB giugno 2011
▶ speciale - TecnOlOgie Di packaging
Land Grid Array (LGA)
package
Il package LGA riduce l’altezza del componente perché elimina
lo stand-off associato alle ball proprie delle configurazioni BGA.
I giunti di saldatura che ne conseguono sono quindi molto più sottili
e questo favorisce anche la dissipazione termica del componente
di Davide Oltolina
I
componenti LGA appartengono
alla famiglia degli area array le
cui connessioni di secondo livello,
dal package al pcb, sono costituite da
una griglia di superfici saldabili il cui
layout è del tutto simile a quello dei
BGA, ma senza la presenza delle classiche
sfere di interconnessione.
Le superfici saldabili si trovano sul
lato bottom del componente e la loro
geometria spesso include, accanto
alle piazzole per la trasmissione del
segnale, un’area di grande dimensione
dedicata alla connessione di ground o
alla dissipazione termica.
I substrati utilizzati per ospitare
il circuito in silicio possono essere
in ceramica o in laminato organico
caratterizzato da un alto Tg e capace
di ospitare connessioni ad alta densità
(HDI).
I componenti LGA, almeno quanto
i BGA, hanno mostrato un buon grado
di tolleranza nei confronti del disallineamento
delle piazzole; durante
la rifusione ambedue i package mostrano
una capacità di autoallineamento
sia in X che in Y, ma anche nel
caso della rotazione.
Se le migliori prestazioni di autoallineamento
sono state riscontrate con
la presenza della griglia di piazzole,
la situazione peggiora con quei componenti
che hanno griglie irregolari e
grosse aree di ground, dove necessita
ritornare alla tradizionale attenzione e
precisione di piazzamento.
Confrontando il package LGA col
classico BGA emergono i seguenti
benefici:
- viene eliminato il rischio di ricevere
componenti a cui manchino
alcune sfere o che queste possano
essere danneggiate;
- lo stand-off è minore mancando le
ball, questo consente un più ampio
margine operativo nell’adottare
soluzioni di dissipazione termica
(heat sink), ma è anche un’ottima
soluzione quando lo spazio nel
dispositivo finale è ridotto;

32 PCB giugno 2011
- la connessione è semplificata, dando
una maggiore affidabilità nei
confronti del risultato ottenuto
al termine del processo di assemblaggio;
- la durata e l’affidabilità meccanica
del package LGA è superiore a
quella del BGA che normalmente
non è sottoposto all’underfilling;
- i componenti LGA possono essere
utilizzati sia nei processi in cui
si usano leghe contenenti piombo
che in processi con leghe LF; sottostanno
inoltre alle stesse regole
di assemblaggio dei BGA.
Il componente deve comunque essere
gestito in accordo con le migliori
procedure ESD e MSD per evitare di
causare problemi sia durante le comuni
operazioni di handling che in fase
di rifusione.
Dentro e fuori
dal package
Fisicamente la struttura è comunemente
costituita da un substrato organico
su cui è presente il pattern circuitale.
Il semiconduttore è montato sul
substrato con cui è connesso con tecnologia
flip chip o wire bonding.
Il substrato può ospitare anche
componenti passivi come resistenze,
capacità, induttanze e filtri. Il tutto
è poi incapsulato con l’operazione di
molding (ad esempio in resina epossidica)
per fornire al semiconduttore
la necessaria protezione meccanica e
ambientale.
Il coefficiente di espansione termica
del substrato del componente è di
circa 16 ppm/°C e risulta molto prossimo
a quello dei pcb che normalmente
spazia da 16 a 22 ppm/°C.
Il CTE della resina di incapsulamento
è intorno ai 9 ppm/°C mentre
il suo Tg si aggira sui 150 °C.
Le interconnessioni a livello di
scheda sono realizzate con giunti di
saldatura generati dall’applicazione
della pasta saldante sui pad del pcb,
in corrispondenza dei quali si trovano
poi le piazzole del componente LGA.
Il risultato è quello di un basso profilo
di stand-off, approssimativamente
compreso tra 0,06 e 0,1 mm, in funzione
del volume depositato in fase di
serigrafia.
La finitura delle piazzole sul componente
è di 0,1 μm e fino a 0,9 μm
di rivestimento d’oro electroless sopra
nickel electroless.
Al primo livello d’interconnessione
(die to package), nel caso che si utilizzi
la tecnologia flip chip lo spessore
del rivestimento dei pad in oro arriva
al massimo a 0,15 μm per passare
a valori compresi tra 0,5 e 0,9 μm con
la connessione wire bonding.
Le piazzole del package, quelle per
la connessione di secondo livello, hanno
geometria rotonda, rettangolare o
quadrata.
Note di processo
Lo stess che affligge i giunti di saldatura
è influenzato dalle dimensioni
degli spessori del package e del pcb.
La raccomandazione dei costruttori
di LGA è che lo spessore del pcb sia
come minimo di 1 mm, valore al di
sotto del quale aumenta notevolmente
lo stress dei giunti.
Nella pratica è stato notato che la
presenza di micro-via non riempiti
tanto sul pcb quanto sul package
generano void nei giunti di saldatura.
A livello di progettazione è bene
tener presente che buoni risultati
si ottengono quando il rapporto tra
le piazzole del package e quelle del
pcb rispettano la proporzione di 1:1.
Non sembra, ai fini del processo di assemblaggio,
così imperativa la scelta
di una regolare per la deposizione
del solder mask, che dipende dagli
spazi disponibili o piuttosto è demandata
alle aspettative di affidabilità
del prodotto.
L’utilizzo delle piazzole Solder
Mask Defined (SMD) è consigliata
quando l’affidabilità meccanica della
piazzola concorre a salvaguardare il
bene da cadute o colpi accidentali.
Piazzole Non-Solder Mask
Defined (NSMD) sono adatte nel caso
in cui i giunti siano sottoposti ad
affaticamento, dovuto per esempio a
cicli termici; in questo caso si aumenta
l’affidabilità delle saldature. L’area
saldabile può essere indifferentemente
rivestita con le comuni finiture superficiali
tipo OSP, NiAu, etc.
Il basso profilo di stand-off richiede
che sia utilizzata una pasta noclean,
appunto per evitare il lavaggio
che potrebbe rivelarsi non efficace.
In ogni caso al termine del processo
di rifusione, del flussante non deve
rimanere residuo, questo potrebbe
voler dire un tempo di rifusione
più lungo o una temperatura di picco
più vicina al limite superiore della finestra
di processo di quanto non sia
normalmente.
Presenza e ammontare di eventuali
residui di flussante possono essere
rilevati solamente con la rimozione
meccanica del componente LGA. Nel
controllo e messa a punto del processo
di rifusione potrebbe essere di aiuto
eseguire delle sezioni del componente
che metterebbero a fuoco non
solo l’eventuale presenza di residui,
ma soprattutto la geometria dei giunti
di saldatura.

34 PCB giugno 2011
▶ speciale - TecnoloGie Di packaGinG
Quad flatpack no lead
Quad flatpack no lead (QFN) e Small Outline No lead (SON o DFN:
Dual side No Lead) sono package leadless le cui connessioni elettriche
di I/O sono costituite da piazzole disposte perimetralmente
sul lato bottom del componente
di Dario Gozzi
QFN e SON sono dispositivi
in package plastico
con caratteristiche di dissipazione
termica particolarmente
buone. Utilizzando la convenzionale
tecnologia del leadframe in rame; la
loro caratteristica costruttiva li rende
competitivi rispetto ai tradizionali
componenti a pin, per il minor spazio
richiesto sul pcb, per le migliori caratteristiche
elettriche e di dissipazione
termica e non ultimo sotto il profilo
del costo.
Il QFN ha le terminazioni disposte
lungo i quattro lati del package,
il SON (o DFN) le ha distribuite
lungo due lati. Possiedono una piazzola
di maggiori dimensioni (die
pad) il cui compito è quello di convogliare
sul pcb il calore da dissipare.
Il valore medio dell’impedenza termica
di questa famiglia di componenti
è circa la metà rispetto ai normali
componenti provvisti di pin, prerogativa
che li rende particolarmente adatti
per le applicazioni ad alta potenza e
ad alta frequenza (20–25 GHz). Sono
disponibili in numerosi formati, che
dipendono sostanzialmente dalla dimensione
del die e dal numero degli
I/O.
La struttura
Il lead frame è realizzato in rame,
con l’adesivo vi si fissa il die che con
tecnologia wire bonding (filo in oro
dal diametro di 1 o 2 mil) è collegato
elettricamente ai terminali di I/O del
componente.
Ci sono principalmente due tecniche
per produrli: punch singulation
e saw singulation.
Nel primo caso sono singolarizzati
da una sequenza lineare di dispositivi
e nel secondo da una matrice.
Al lato pratico la maggiore differenza
che si può avere tra due package
risiede nell’esposizione dei terminali,
che possono essere liberi solo sulla superficie
bottom del componente o essere
esposti anche per lo spessore lungo
i fianchi del componente.
Pro e contro
Tra i benefici funzionali offerti da
questo package c’è la riduzione del
fattore induttivo, la già citata dissipazione
termica e il miglioramento
delle caratteristiche elettriche delle
interconnessioni. Strutturalmente occupa
un’area ridotta e gode di un sottile
profilo e di un bassissimo peso.
Di contro alcuni plus costituiscono
anche una difficoltà per quanto

iguarda il processo di assemblaggio.
La differenza tra la piccola area dei
contatti e la più grande dimensione
della piazzola termica, nei componenti
di piccola dimensione come ad esempio
per i DFN 3x3 mm, può provocare
il galleggiamento del pad termico
durante la rifusione e terminare
con la mancanza di contatto sui pad
di I/O a fine ciclo di saldatura. Per via
delle buone caratteristiche di conduzione
termica di questo package diventa
difficile la sua rilavorazione; il flusso
di aria calda può non essere sufficiente
a rifondere la lega sottostante
il thermal pad, ma può benissimo
causare problemi all’intorno del componente.
Non c’è spazio per la punta
del saldatore per lavorare sulle aree
di contatto, se non nel caso in cui ci
sia l’esposizione della piazzola sul fianco
del componente, ma comunque
il giunto non sarebbe affidabile.
La geometria
del solder mask
Uno dei fattori principali da considerare
nel loro utilizzo è costituito
dalla geometria delle piazzole sul
pcb. Premesso che a livello di processo
sottostanno alle normali pratiche
di serigrafia e rifusione utilizzate
comunemente nei processi SMT, la
bontà della tenuta meccanica e della
dissipazione termica è in funzione dei
giunti di saldatura realizzati.
Ci sono due tipi di geometria per
le piazzole:
- Solder Mask Defined (SMD) in
cui le aperture nel solder mask sono
più piccole delle piazzole;
- Non-Solder Masl Defined
(NSMD) in cui le aperture nel
solder mask sono di dimensione
maggiore rispetto alle piazzole.
Sebbene ci sia chi propende per la
prima e chi per la seconda, di massima
sono ambedue accettate per l’utilizzo
dei QFN. Tendenzialmente la soluzione
NSMD è preferita in quanto la
definizione del rame è più controllabile
rispetto a quella del solder; inoltre
in questo caso il solder mask favorisce
il contenimento del deposito di pasta
all’interno della sua apertura. Ultimo,
ma non meno importante, durante la
rifusione la lega ha modo di ancorarsi
anche sui bordi della piazzola, fattore
che, ampliando l’area di bagnabilità,
irrobustisce ulteriormente il giunto di
saldatura.
La soluzione SMD è invece utilizzata
senza problemi sul thermal land,
la piazzola di maggiori dimensioni
adibita alla trasmissione del calore.
Nella geometria NSMD le aperture
nel solder mask dovrebbero essere da
120 a 150 µm maggiori rispetto alla
dimensione della piazzola, designando
da 60 a 75 µm di libertà tra la fine
del primo e l’inizio della seconda.
Il problema si pone con i componenti
fine pitch. Nel caso di piazzole
da 0,25 mm con passo 0,4 mm, diventa
difficile non solo mantenere uno
spazio tra solder e piazzola, ma addirittura
inserire del solder mask di isolamento
tra una piazzola e l’altra. In
questo caso si utilizza una singola apertura
che abbraccia l’intera sequenza
di pin su ogni lato.
Serigrafia e giunti
di saldatura
La prima considerazione riguarda
la planarità del pcb, che va attentamente
tenuta sotto controllo perché
potrebbe inficiare sulla formazione
dei giunti sotto il QFN. I giunti
di rifusione perimetrali al componente
dovrebbero avere un’altezza compresa
tra 50 e 75 µm e la loro corretta
realizzazione è demandata alla buona
costruzione dello stecil.
Per passi di 0,5mm lo spessore dello
stecil dovrebbe essere di 0,125 mm
e le aperture dovrebbero essere in rapporto
1:1 con la dimensione delle piazzole.
Scendendo con la dimensione
del passo (ad esempio con passo 0,4
mm) le aperture devono essere leggermente
ridotte per evitare la formazione
dei corti.
È consigliato l’utilizzo di pasta saldante
no-clean di tipo 3 e dove possibile
l’atmosfera inerte o il processo
con vapor phase.
Per questi giunti di saldatura la normativa
non richiede particolari forme
del filetto, ma solo il rispetto delle dimensioni
di lunghezza, larghezza e
dello spessore. Per la loro posizione
e per la loro conformazione, questi
giunti non sono facilmente ispezionabili
se non col ricorso all’ispezione
con raggi x.
PCB giugno 2011
35

36 PCB giugno 2011
▶ Tecnologie - RiCeRCa avanzata
Soluzioni
alternative
Potenziali processi “low cost” in alternativa
all’utilizzo del palladio come agente attivante
nel processo di deposizione di rame electroless
di L. Brandt, C. Jakob, L. Stam e D. Steinhäuser
Il processo di deposizione del rame
electroless in fori passanti rappresenta
il passaggio più critico e
importante nella finitura del circuito
stampato. Le soluzioni basate su
processi convenzionali contengono
formaldeide come agente riducente
standard. A causa della natura tossica
della formaldeide si rende necessario
l’utilizzo di un agente riducente a
minor impatto ambientale che offra
nello stesso tempo una maggiore sicu-
rezza operativa. Molti composti con
caratterristiche riducenti sono stati
proposti quali possibili sostituti della
formaldeide; tra questi di particolare
interesse, come si evince dalla letteratura
specifica, sembra essere l’acido
gliossilico in virtù della sua relativa
sicurezza d’utilizzo.
Un cambio dell’agente riducente
può portare però ad un peggioramento
nel rendimento del processo di
attivazione, in quanto nessun metallo
mostra buone caratterristiche catalizzanti
durante l’ossidazione di tutti i
possibili agenti riducenti coinvolti nel
processo di deposizione electroless.
In generale, i substrati vengono
abitualmente catalizzati mediante assorbimento
di palladio prima della finitura
electroless.
Nel presente articolo misure elettrochimiche
sono state condotte allo
scopo di ottenere informazioni circa
l’attività catalitica del rame, dell’argento,
del nickel e del palladio durante
la reazione di ossidazione sia
della formaldeide che dell’acidio
gliossilico.
La voltammetria ciclica offre a tal
riguardo un ottimo strumento per la
caratterizzazione della minore o maggiore
attività catalitica dei suddetti
metalli durante il processo ossidativo
delle specie riducenti in esame.
Metalli a maggior attività catalitica
risultano ideali per una più effettiva
attivazione del processo di finitura in
rame electroless. Misure elettrochimiche
hanno evidenziato come il palladio,
tra tutti i metalli esaminati, non
mostri la maggiore attività catalitica, il
che rende lecito la ricerca di soluzioni
economicamente più vantaggiose.
Introduzione
La finitura in rame electroless su
substrati polimerici è uno dei processi
chiave nella produzione di schede
circuitali stampate. Il bagno standard
per la deposizione di rame electroless
è un processo stabile e autocatalitico
che utilizza la formaldeide come

38 PCB giugno 2011
agente riducente. Poiché la
formaldeide è una sostanza
cancerogena volatile, nuove
soluzioni, come ad esempio
l’acido gliossilico [3, 5], sono
oggetto di studio e ricerca.
Una modi ca dell’agente
riducente potrebbe altresì richiedere
una modi ca del processo
di attivazione.
In generale il pre-trattamento
del substrato che precede
il processo di nitura
in rame electroless basato
sull’uso di formaldeide utilizza
un catalizzatore in palladio.
Quest’ultimo non necessariamente
rappresenta la migliore
soluzione nei riguardi di tutti i
possibili agenti riducenti.
Durante il processo di deposizione
di rame electroless
riveste un’importanza primaria
quale combinazione tra catalizzatore
e agente riducente risulti
e cace per la reazione di riduzione
degli ioni rameici Cu +2 a rame metallico
Cu 0 .
Il catalizzatore attivo dovrebbe essere
idealmente un metallo prezioso
in modo da prevenire e etti di passivazione.
Il catalizzatore agisce infatti
nel senso del trasferimento di elettroni
dall’agente riducente agli ioni
rame.
Per un sistema di attivazione e cace
vengono richiesti sia la capacità di
trasferimento degli elettroni che l’abilità
nell’assorbimento dei reagenti.
Il trasferimento di elettroni
dall’agente riducente agli ioni rame
deve avvenire sulla super cie, altrimenti
la deposizione del rame non ha
luogo. Diversi metalli possono agire
come catalizzatori/attivatori nel processo
di deposizione del rame electroless.
In ogni caso, la scelta dell’attivatore
dovrebbe sempre essere e ettuata
in relazione all’agente riducente utilizzato.
Fig. 1 - “Volcano plot” per la reazione di sviluppo
di idrogeno
L’attività catalitica del metallo ha
un inpatto sull’ossidazione delle specie
riducenti e, di conseguenza, sulla
deposizione dello strato di rame electroless.
L’adeguamento del process di
attivazione alla natura e proprità
dell’agente riducente é di primaria
importanza per una resa ottimale della
reazioni ossidative che hanno luogo
sul substrato cataliticamente attivato.
Scopo del presente articolo è stato
quello di caratterizzare e determinare
l’attività catalitica di vari metalli
nell’ossidazione delle specie riducenti
presenti nel bagno. I risultati conseguiti
dagli esperimenti e ettuati possono
o rire un ottimo strumento per
lo sviluppo e l’ottimizzazione dei processi
di attivazione durante la deposizione
di rame electroless.
Al ne delle misurazioni, sono stati
presi in esame la formaldeide e l’acido
gliossilico, il primo come agente standard
di riduzione, il secondo come
agente riducente alternativo.
Aspetti catalitici
Dal punto di vista della catalizzazione,
la reazione critica
per la deposizione electroless è
l’ossidazione dell’agente riducente
sul materiale di base catalizzato.
Durante il processo
di ossidazione i colloidi attivi
vengono assorbiti sulla super-
cie del substrato e agiscono
come catalizzatori. Essi funzionano
garantendo un percorso
di reazione alternativo a
bassa energia di attivazione.
Nelle fasi iniziali del processo
di deposizione il catalizzatore
funge da sito anodico,
sul quale il riducente può
venire assorbito ed ossidato.
Gli elettroni rilasciati a seguito
dellàossidazione del riducente
si muovono attraverso
il metallo e permettono la riduzione
degli ioni rame. Le particelle
catalitiche agiscono dunque come sistemi
per il trasferimento di elettroni
dall’agente riducente agli ioni metallo.
Struttura e composizione del catalizzatore
possono dunque in uenzare il
grado di deposizione e la cineticha di
reazione [1].
La funzione di un catalizzatore
eterogeneo è quella di assorbire il reagente
o l’intermediario e di trasformarlo
in una specie che possa più facilmente
reagire nel modo desiderato;
In tal senso l’ossidazione dell’agente
riducente dipende dalla fase di attivazione.
La relazione tra ossidazione del riducente
ed assorbimento catalitico
dell’attivatore viene descritta dai cosiddetti
“Volcano plots” (vedi Fig. 1).
Nel diagramma “Volcano plots” rappresentato
in Fig. 1 la densità di corrente
di scambio j 0 per la reazione di
sviluppo di idrogeno é riportata in funzione
dell’energia di legame metalloidrogeno
su di erenti elettrodi.

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40 PCB giugno 2011
Fig. 2 - Curve di polarizzazione dell’acido gliossilico su differenti metalli
Il grado di reversibilità delle reazioni
chimiche rappresentate aumenta
all’aumentare della corrente di scambio.
Inoltre l’intensità dell’energia dei legami
metallo-idrogeno può in uenzare il
grado di reazione. Se tale livello energetico
è molto basso il grado di assorbimento
sarà molto basso; l’entità del
legame tra le molecole assorbite e la super
cie cataliticamente attiva risulterà
quindi debole. All’aumentare dell’energia
di legame le specie assorbite subiscono
una modi ca e vengono attivate.
L’assorbimento super ciale si avvicina
così alla saturazione. Se l’energia
di legame diviene troppo alta le
specie assorbite aderiscono alla super-
cie avvelenandola; quindi il grado di
reazione non é una funzione lineare
dell’energia di assorbimento.
L’energia di assorbimento deve essere
su ciente per attrarre il reagente
verso la super cie ma, nel contempo,
di entità non eccessiva a nché il prodotto
di reazione possa essere desorbito
nella soluzione. Il miglior catalizzatore
è quello che garantisce un
aumento intermedio del valore energetico
di assorbimento: in questo modo
ha luogo una rilevante attività catalitica
del metallo insieme ad un’alta
densità di corrente di scambio.
Fig. 3 - Curve di polarizzazione della formaldeide su differenti metalli
Il diagramma in Fig.1 indica quale
metallo assicura una migliore attività
catalitica in relazione alla reazione
del reagente. La deposizione di rame
electroless richiede l’ossidazione
dell’agente riducente sul catalizzatore
a nché gli elettroni rilasciati possano
essere utilizzati nella riduzione del
rame.
La sperimentazione
Il processo di attivazione basato
sull’utilizzo del palladio quale catalizzatore
costituisce lo stato dell’arte nei
bagni di rame electroless contenenti
formaldeide.
Allo scopo di vautare l’attività catalitica
dei vari metalli, l’ossidazione degli
agenti riducenti è oggetto di studio
tramite tecniche elettrochimiche particolari.
In tal modo si rende possibile
valutare, ad esempio, se il palladio sia
il catalizzatore ideale per l’ossidazione
della formaldeide e quali metalli
possano presentare e cienti caratteristiche
catalizzanti per l’ossidazione
dell’acido gliossilico.
Metalli come il rame (Cu), il nickel
(Ni), l’argento (Ag) ed il palladio (Pd)
sono materiali idonei come elettrodi.
Ogni metallo presenta una sua speci
ca attività catalitica in relazione
all’ossidazione dell’agente riducente
presente nel bagno di rame.
La reazione di ossidazione delle
specie riducenti - formaldeide e acido
gliossilico - è stata esaminata per mezzo
della voltammetria ciclica (CV).
La voltammetria ciclica rappresenta
un tipo di misurazione elettrochimica
potenziodinamica. Si tratta di un metodo
diagnostico atto a determinare
grado e meccanismo di una reazione
chimica inplicante una fase di trasferimento
elettronico.
Il risultato delle misurazioni viene
espresso sotto forma di curve potenziale-corrente
dell’agente riducente
(voltammogrammi ciclici).

42 PCB giugno 2011
Gli esperimenti sono stati
condotti in una cella elettrochimica
a tre elettrodi, di cui
l’elettrodo di lavoro è costituito
da metalli come il Cu, l’Ag,
il Ni e il Pd, l’elettrodo ausiliario
dal Pd mentre l’elettrodo di
riferimento da Ag/AgCl. Tutti
gli esperimenti sono stati eseguiti
in atmosfera protettiva di
azoto a temperatura ambiente.
Le curve corrente/potenziale
sono state registrate a 5 mV/s
e 50 mV/s (scan rate) grazie
all’utilizzo di un potenziostato
del tipo Autolab PG Stat 30
(Eco Chemie). La concentrazione
della soluzione dell’agente
riducente è stata ssata a
0,3 mol/l e il pH delle soluzioni
è stato tamponato a 13,0
con idrossido di sodio.
Risultati e discussioni
Curve voltammetriche sono state
registrate per la reazione anodica
delle soluzioni di formaldeide ed acido
gliossilico su diversi metalli (vedi
Figg. 2 e 3). Tali curve di polarizzazione
indicano un di erente grado di
ossidazione dei due agenti riducenti
su ogni elettrodo.
La massima ossidazione dell’agente
riducente può essere messa in relazione
alla massima densità di corrente j
registrata. L’ossidazione dell’acido
gliossilico sull’elettrodo di Ag è avvenuta
ad una massima densità di
corrente di 0,008 A/cm 2 , mentre l’ossidazione
della formaldeide, sempre
su tale elettrodo, a 0,016 A/cm 2 ; ne
consegue che la densità di corrente
durante l’ossidazione della formaldeide
risulta il doppio rispetto a quella
dell’acido gliossilico in identiche condizioni
di test.
Inoltre si può notare come entrambi
gli agenti riducenti reagiscano in
maniera di erente sui vari metalli e
Fig. 4 - “Volcano plot”: valori di corrente
di ossidazione di HCHO
come il valore di densità di corrente
decresca nel seguente ordine:
Ag, Cu, Pd, Ni (per l’acido gliossilico)
e
Ag, Pd, Cu, Ni (per la formaldeide).
In letteratura esiste un numero rilevante
di dati circa l’attività elettroca-
talitica dei vari metalli durante
l’ossidazione della formaldeide
(vedi Fig. 4 e 5) [5].
Esiste una correlazione fra
le attività catalitiche riportate
nel diagramma “Volcano
plot” e quelle derivanti dalle
curve di polarizzazione. Nel
diagramma “Volcano plot” di
Fig. 4, il valore normalizzato
del picco di corrente durante
ossidazione della formaldeide
è riportato in funzione dell’entalpia
di formazione del sale
metallico dell’acido formico
(formiato).
L’argento e il palladio risultano
essere i migliori catalizzatori
per l’alta densità
di corrente di scambio e per
l’elevata cinetica del processo
di assorbimento. Metalli con
tali caratteristiche si collocano
nella parte superiore del
diagramma “Volcano plot”. Il rame e
il nickel si trovano invece nella parte
inferiore del diagramma esibendo
una bassa densità di corrente ed
un’alta entalpia di assorbimento.
Durante l’ossidazione della formaldeide
viene formato il formiato
metallico come prodotto di reazione
intermedio, il quale viene fortemente
Fig. 5 - Attività catalitica di vari metalli per l’ossidazione di differenti riducenti
(misure di potenziale a 10 -4 A/cm²)

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44 PCB giugno 2011
assorbito sulla super cie del rame o
del nickel e non può essere desorbito.
Il risultato è una inibizione della super
cie catalitica nei confronti dell’ulteriore
ossidazione della formaldeide.
L’analisi del diagramma “Volcano
plot” mostra lo stesso ordine di metalli
evinto dai voltagrammi ciclici per
l’ossidazione della formaldeide, e cioè
nell’ordine decrescente: argento, palladio,
rame e nickel.
Nella scelta di un sistema di attivazione
ideale per la deposizione del
rame electroless devono essere tenute
in considerazione densità di corrente
estremamente basse. La reazione di
ossidazione dell’agente riducente sulla
super cie catalitica non procede al
massimo picco di corrente bensì nei
pressi del potenziale misto.
Il potenziale misto, determinato da
due curve di polarizzazione associate
rispettivamente ai processi anodici e
catodici, può essere associato a basse
densità di corrente, quali ad esempio
j = 10 -4 A/cm 2 .
Nel campo delle basse densità di
corrente l’ordine dei metalli cataliticamente
attivi può cambiare rispetto
all’ordine che considera il massimo
picco di densità di corrente. Questo è
il motivo per cui la reazione che determina
il grado di reazione complessivo
può essere di erente.
Nella letteratura [5] il comportamento
di polarizzazione di un certo
numero di agenti riducenti su una varietà
di elettrodi solidi è stato oggetto
di studio.
La Fig. 5 mostra i potenziali di vari
metalli durante l’ossidazione di diverse
specie riducenti ad una densità di corrente
constante di 10 -4 A/cm 2 . I potenziali
sono messi in relazione al potenziale
E r di ossidoriduzione standard di
ogni agente riducente. E r ha un valore
molto negativo, spesso più negativo del
potenziale misto. L’attività catalitica
aumenta in genere passando da valori
di potenziale alti a valori bassi.
Fig. 6 - Curva di polarizzazione forma aldeide
Di conseguenza, un metallo possiede
una maggiore attività catalitica quanto
più il valore del suo potenziale si avvicina
al valore di E r . Considerando la
termodinamica del processo di deposizione
del rame, esso viene favorito da
valori negativi di potenziale.
Come si può notare in Fig. 5, il rame,
a basse densità di corrente, è il più
attivo nel catalitzzare l’ossidazione
della formaldeide, seguito dall’argento,
dal palladio e dal nickel. Quest’ordine
è diverso da quello stabilito in base
al diagramma “volcano plot” che ri-
Fig. 7 - Curva di polarizzazione dell’acido gliossilico
guarda le alte densità di corrente. Dal
punto di vista elettrochimico il rame
dovrebbe essere un eccellente attivatore
per il suo potenziale negativo, il
quale si avvicina al valore dell’E r della
formaldeide.
Per poter paragonare l’attività catalitica
dei metalli secondo l’ordine trovato
in letteratura (Fig. 5) con quella sperimentalmente
determinata nel presente
lavoro tramite i voltammogrammi ciclici,
i potenziali devono essere considerati
alla medesima densità di corrente
di j = 10 -4 A/cm 2 (vedi Fig. 6).

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Note
[1] Lee, “Synthesis of Highly Active Ag/Pd
Nanorings for Activating Electroless Cu
Deposition”, in Journal of the Electronic
Society, 156, (9), 2009.
[2] Holze, Leitfaden der Elektrochemie,
Teubner, 1998.
[3] Christensen, Techniques and Mechanisms
in Electrochemistry, Blackhie Acad., 1994.
[4] Bard, Electrochemical Methods, 1980.
[5] Mallory, Electroless Plating, 1985.
[6] Inoue, “Evaluation of Tin-Copper Mixed
Catalyst for Replacement of Tin-Palladium
Mixed Catalyst for Electroless Plating”, in
Surface Technologies, Vol. 59 (9), 2008.
46 PCB giugno 2011
Tabella 1 - Ordine delle attività catalitiche a diverse densità
di corrente
Letteratura (teoria) Curve di polarizzazione (dati sperimentali)
formaldeide formaldeide acido gliossilico
j max Ag, Pd, Cu, Ni Ag, Pd, Cu, Ni Ag, Cu Pd, Ni
j low Cu, Ag, Pd, Ni Cu, Ag, Pd, Ni Cu, Ni, Ag, Pd
Relativamente all’ossidazione della
formaldeide, a basse densità di corrente
l’ordine dei metalli osservato nei
voltammogrammi è identico a quello
descritto nella letteratura: il rame
possiede la maggiore attività catalitica
seguito da argento, palladio e nickel.
Il potenziale del rame è più prossimo
al livello del potenziale redox della
formaldeide, così come già descritto
in letteratura. Ciò signi ca che il rame
è un potenziale catalizzatore per la
deposizione del rame electroless.
A dispetto delle aspettative il palladio
non mostra un’alta attività catalizzante,
così come sarebbe da aspettarsi da un
buon attivatore durante la deposizione
di rame electroless in bagni contenenti
formaldeide come agente riducente. La
stessa procedura di analisi dei voltammogrammi
ciclici è stata eseguita per il
meno di uso acido gliossilico.
A basse densità di corrente, l’ordine
delle attività catalitiche dei metalli
è praticamente lo stesso di quello per
l’ossidazione della formaldeide: rame,
nickel, argento e palladio (vedi Fig. 7;
Tabella 1). A densità di corrente di j
= 10 -4 A/cm 2 il valore del potenziale
per l’ossidazione dell’acido gliossilico
sul rame è in assoluto il più negativo.
Ciò indica che il rame è il metallo
più attivo nell’ossidazione catalitica
dell’acido gliossilico.
Così come per le soluzioni di rame
electroless basate sull’uso di formaldeide,
il rame è anche un potenziale
catalizzatore per le soluzioni basate
sull’uso di acido gliossilico, e ciò a
causa della sua alta attività catalitica.
Il nickel e l’argento lo seguono a
distanza ravvicinata. Sulla base delle
prove e ettuate e dei dati raccolti
il palladio presenta l’attività catalitica
più bassa. In ogni caso il valore
di potenziale di -0,48 V misurato
sull’electrodo di riferimento Ag/AgCl
nel momento in cui ha inizio l’ossidazione
dell’acido gliossilico sull’elettrodo
di palladio, può essere considerato
ancora accettabile per una buona attivazione.
Anche l’esperienza pratica
dimostra come l’attività del palladio
sia abbastanza alta per la deposizione
del rame electroless in bagni contenenti
acido gliossilico come agente
riducente.
Conclusioni
La ciclovoltammetria costituisce
un metodo appropriato nella determinazione
dell’attività catalitica dei
metalli nei confronti della reazione
di ossidazione di diversi agenti riducenti.
I dati disponibili in letteratura
sull’ossidazione della formaldeide
possono essere facilmente riprodotti
tramite la misura delle curve di polarizzazione.
Applicando questa procedura
d’analisi ad agenti riducenti non
propiamente convenzionali, quali, ad
esempio, l’acido gliossilico, è possibile
determinare l’attività catalitica di
vari metalli per l’ossidazione di agenti
riducenti di erenti.
Il presente studio dimostra come
ulteriori miglioramenti nei processi
di deposizione di rame electroless
possano essere resi possibili con una
procedura di attivazione alternativa
al palladio che possieda una più alta
attività catalitica. L’attività catalitica
del rame, dell’argento od anche del
nickel in presenza di acido gliossilico
utilizzato come agente riducente
è più alta di quella del palladio; pertanto
questi materiali sono da considerare,
almeno dal punto di vista
elettrochimico, potenziali catalizzatori
per la deposizione del rame
electroless.
Nell’ottica della valutazione devono
comunque essere considerati diversi
aspetti. Un attivatore a base di rame
presenta scarse performance a causa
di fenomeni di ossidazione ed instabilità.
Nella pratica, ad oggi, sistemi
d’attivazione a base di rame non hanno
trovato particolare riscontro tecnico
e commerciale [6].
Sebbene il palladio non sia cataliticamente
il metallo più attivo, al momento
rappresenta la scelta universale
ed obbligata come catalizzatore per
la fase di iniziazione del processo di
deposizione del rame electroless, e ciò
per la sua resistenza alla dissoluzione
e all’ossidazione. In ogni caso molto
lavoro di ricerca e sviluppo deve essere
ancora e ettuato al ne di stabilire un
nuovo sistema attivante come alternativa
al palladio.

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48 PCB giugno 2011
▶ Progettazione - ProPrietà intellettuale, dall’idea allo sviluPPo
Pianificazione
topologica di dettaglio
Continua la
seconda parte
del lungo white
paper dedicato
alla tecnologia
sviluppata per
poter combinare
l’intelligenza di un
progettista di pcb
con un sistema di
sbroglio automatico
di dean Wiltshire, Mentor Graphics seconda e ultima parte
Abbiamo osservato come
avvenga anzitutto una prima
pianificazione intorno ai
componenti già disposti. Successivamente,
questo stadio di pianificazione
può richiedere un livello di intervento
più minuzioso, al fine di assicurare le
priorità necessarie per altri segnali.
L’esempio mostrato in Fig. 8 si riferisce
ad una pianificazione già condotta
successivamente alla disposizione
dei componenti. Per questo bus, è
necessario pianificare nel dettaglio i
percorsi di diciassette bit, il cui flusso
è strutturato secondo uno schema
abbastanza ordinato.
Per pianificare questo bus, il progettista
del pcb tiene in considerazione
l’ostacolo presente, le regole dei diversi
strati e tutti gli altri vincoli significativi.
Sulla base di questi input, egli decide di
pianificare la seguente soluzione topologica,
illustrata in Fig. 9.
Nella Fig. 9, l’area di dettaglio “1”
specifica la pianificazione definita
per raccogliere, sullo strato superiore
“rosso”, i segnali dai piedini del componente
e convogliarli sul percorso topologico
illustrato nel dettaglio “2”. Ciò
viene effettuato mediante un’area ”non
impacchettata” per la quale viene però
imposto uno sbroglio complanare, che
utilizzi solo lo strato 1. Questa scelta,
che può sembrare ovvia in questa situazione
di progetto, imporrà all’algoritmo
di sbroglio di utilizzare lo strato superficiale
per connettere al percorso topologico
rosso.
Tuttavia, in altre situazioni, la presenza
di ostacoli potrebbe suggerire di
imporre all’algoritmo differenti vincoli
di uso degli strati per procedere allo
sbroglio di una particolare sezione di
bus. Dopo aver riunito le tracce in un
percorso a pacchetto sullo strato 1, il
progettista pianifica (v. dettaglio “3”)
una transizione verso lo strato 3, sul
quale far coprire al bus il lungo percorso
per attraversare il pcb. Si può notare
come questo percorso topologico sullo
strato 3 sia più largo di quello sullo
strato superiore – viene infatti tenuto
debito conto dello maggiori esigenze di
spazio necessarie per controllare l’impedenza.
Inoltre, il progetto ha anche
identificato l’esatta posizione dei passaggi
di strato – le 17 via.

Il percorso topologico scende quindi
lungo il lato destro della Fig. 9, dopodiché,
in corrispondenza del dettaglio “4”,
si rendono necessarie numerose giunzioni
a T, ciascuna di un singolo bit, per
estrarre dal percorso principale le connessioni
verso i diversi piedini del componente.
Il progettista in questo caso ha
preferito mantenere la maggior parte
del flusso di connessione sullo strato 3,
operando man mano delle fughe verso
altri strati per le connessioni ai pin del
componente. Per fare ciò, ha disegnato
un’area topologica in cui sono indicate
le connessioni che abbandonano il percorso
principale per lo strato 4 (rosa), sul
quale vengono effettuate le giunzioni a
T dei singoli bit verso lo strato 2, dal
quale infine tramite ulteriori via vanno
a connettersi ai piedini del dispositivo.
Successivamente il percorso topologico
continua, sempre sullo strato 3,
fino all’area del dettaglio “5”, utilizzata
per collegarsi al componente attivo.
Queste connessioni, dopo aver raggiunto
i piedini del dispositivo, proseguono
fino a delle resistenze di pulldown
disposte appena sotto al componente.
Il progettista utilizza un’altra area
topologica per specificare le connessioni
dallo strato 3 allo strato 1, sul quale
giacciono i pin sia del dispositivo attivo
che delle resistenze di pull-down.
Per effettuare la pianificazione di
dettaglio appena descritta sono necessari
circa 30 secondi. Dopo aver acquisito
il piano corrispondente, il progettista
può procedere immediatamente con
il suo sbroglio, oppure può scegliere di
continuare con la creazione di ulteriori
panificazioni topologiche e successivamente
effettuare lo sbroglio automatico
di tutti i piani in un’unica passata.
L’esecuzione dello sbroglio automatico
di questo piano impiega meno
di 10 secondi. Tuttavia questa velocità
non sarebbe affatto significativa, ed
anzi rappresenterebbe solo uno spreco
di tempo, se i risultati non fossero di
buona qualità, ovvero non rispec-
Fig. 8 - Le net line di questo bus
derivano da una pianificazione
topologica di priorità superiore,
subordinata alla disposizione dei
componenti. Per disporre di questo
bus verrà quindi creato un piano
topologico che non comporti modifiche
nella posizione dei componenti
chiassero pienamente l’intento del progettista.
Lo verificheremo mediante le
figure seguenti, che illustrano i risultati
dell’attività di sbroglio automatico.
Routing Topologico
Partendo da sinistra, si può verificare
come tutte le connessioni create a partire
dai pin del componente rispettino
l’intento espresso dal progettista, rimanendo
sullo strato 1 e raggruppandosi
in una struttura compatta di bus a pacchetto,
come mostrato nella Fig. 10,
dettagli “1” e “2”. Il dettaglio “3” mostra
invece come è stata realizzata la transizione
dallo strato 1 allo strato 3, utilizzando
una disposizione compatta ed
efficiente delle via.
Come già evidenziato, le problematiche
di impedenza sono state evitate realizzando
tracce più larghe e maggiormente
separate, chiaramente distinguibili
grazie alla visualizzazione dei percorsi
con le loro larghezze reali.
In Fig. 11, il dettaglio “4” mostra
come il percorso topologico si allarghi
laddove è necessario realizzare delle via
per poter effettuare le giunzioni a T
dei singoli bit. Anche in questo caso il
piano è stato implementato nel rispetto
dell’intento del progettista, con le giunzioni
a T di singoli bit che escono dal
flusso principale saltando dallo strato 3
allo strato 4. Inoltre, si può anche notare
Fig. 9 - Il risultato della pianificazione
del bus
come sullo strato 3 le tracce rimangano
il più compatte possibile, riavvicinandosi
rapidamente subito dopo essersi
aperte per aggirare una via.
La Fig. 12, infine, mostra il risultato
dello sbroglio automatico per il dettaglio
“5”. Le connessioni al componente
attivo richiedono una transizione dallo
strato 3 allo strato 1. Le via sono state
disposte ben allineate al di sopra dei pin
del componente, mentre sullo strato 1 le
tracce si connettono prima ai piedini del
componente per poi proseguire fino alle
resistenze di pull-down.
Riepilogando, in questo esempio è
stato pianificato in dettaglio il percorso
di 17 bit per connettere 4 distinte tipologie
di componenti, nel rispetto dell’intento
del progettista in termini di strati
e di flusso. Il tutto è stato definito in
circa 30 secondi e seguito da uno sbroglio
automatico di elevata qualità, per
l’esecuzione del quale sono stati necessari
10 ulteriori secondi.
Elevando il livello di astrazione dalla
disposizione delle tracce alla pianificazione
topologica, il tempo totale di realizzazione
delle interconnessioni è stato
drasticamente ridotto, ma non solo:
ancor prima che venga avviata la disposizione
delle interconnessioni, c’è già
una chiara e reale comprensione delle
densità in gioco e delle probabilità di
realizzazione del progetto. Forti di questa
consapevolezza, è lecito chiedersi:
PCB giugno 2011
49

50 PCB giugno 2011
Fig. 10 - Il risultato dello sbroglio topologico, con i dettagli 1,
2 e 3 spiegati di seguito
perché continuare a disporre le tracce
in questa fase del progetto? Perché non
continuare invece a pianificare i percorsi,
e risolvere le tracce più avanti, dopo aver
completato una pianificazione topologica
completa? Se si considera l’esempio
appena descritto, l’astrazione della
pianificazione consente di lavorare con
un singolo piano invece che con 17 net
distinte, ognuna composta di numerosi
segmenti e svariate via.
Valorizzare la IP
(Intellectual Property) della
pianificazione topologica
Oggi, quindi, i progettisti riescono a
individuare, mettere a punto e catturare,
formalizzandoli, i principali schemi di
disposizione dei componenti e le principali
topologie delle strutture di bus.
Possono determinare che tali tipologie
di bus rispettano i criteri per applicazioni
a elevata velocità, utilizzano
gli strati nel modo corretto, hanno le
dimensioni fisiche che ne permettano il
routing, ecc. Il piano che le definisce fa
ora parte del database di progetto, sotto
forma di IP acquisita. Abbiamo dunque
ora l’opportunità di trarre pieno vantaggio
dalla velocità di un router auto-
matico, e sollevare il progettista da una
parte tediosa del proprio lavoro, lasciandogli
quindi più tempo da dedicare ad
attività maggiormente creative.
Mentor Graphics ha implementato
la seconda parte di questo processo
mediante un router topologico,
denominato per l’appunto Topology
Router, capace di seguire le direttive del
piano acquisito, realizzando comunque
lo sbroglio con la velocità di un router
automatico. La Fig. 13b mostra il risultato
dell’attività del Topology Router
nello sbroglio di un piano acquisito
mediante il Topology Planner (Fig. 13a).
Sia il piano che l’effettivo sbroglio vengono
memorizzati, sotto forma di PI,
all’interno del database di progetto.
Il famigerato ECO
Immaginiamo ora di aver terminato
il nostro pcb, perfettamente funzionante:
inevitabilmente, ecco che arriva
il temuto ECO (Engineering Change
Order), la modifica di progetto. Ma ora,
siccome sia il piano topologico che lo
sbroglio effettivo sono memorizzati nel
database di progetto, il progettista può
semplicemente cancellare il bus modificato,
correggere il piano e rieseguire lo
Fig. 11 - Il risultato dello sbroglio topologico, con il dettaglio
4 spiegato di seguito
Fig. 12 - Il
risultato
dello sbroglio
topologico,
con il dettaglio
5 spiegato
di seguito
sbroglio automatico del bus ritoccato.
Viene quindi completamente eliminata
la necessità di “ritracciare” manualmente
il bus, con un prezioso risparmio
di tempo nel ciclo di sviluppo e con un
netto miglioramento della produttività
del progettista. Consideriamo ad esempio
il caso di un progetto contenente
un FPGA il cui pin-out non sia stato
ancora finalizzato. L’ingegnere progettista
ha comunicato questo impedimento
ai progettisti del pcb ma, a causa
dei comuni vincoli di tempo per le scadenze
ravvicinate, questi ultimi hanno la
necessità di sviluppare comunque il progetto
il più possibile, anche prima della
finalizzazione del pin-out dell’FPGA.
Intanto che l’ingegnere progettista
procede al completamento del proprio
piano, i progettisti del pcb, lavorando
sulla scorta della piedinatura non definitiva
già nota, iniziano comunque
a pianificare la gestione dello spazio
intorno all’FPGA, ponendo particolare
attenzione alle vie di fuga dagli altri
componenti verso l’FPGA.
Il piano iniziale prevedeva che l’IO
fosse disposto lungo il lato destro
dell’FPGA, ma nella soluzione definitiva
esso è invece posizionato sul lato
sinistro. Il pin-out si è quindi rivelato
completamente diverso da quanto inizialmente
pianificato. Tuttavia, lavorando
ad un livello superiore di astrazione,
il progettista ha potuto evitare il
costo legato allo spostamento manuale,
una per una, di tutte le altre tracce che
correvano in prossimità dell’FGPA,
per far posto alle necessarie modifiche
locali. Ha potuto invece modificare i
percorsi topologici nel loro insieme.

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52 PCB giugno 2011
Tuttavia, l’impatto della modifica
non ricade solo intorno all’FPGA; il
nuovo pin-out produce un effetto anche
sulle vie di accesso ai singoli piedini del
componente stesso. Per riuscire a ridisporre
il ventaglio di tracce complanari
che fanno confluire i segnali verso il bus,
è stato necessario spostare anche l’estremità
del percorso topologico; diversamente,
si sarebbe reso indispensabile
un accavallamento di alcune tracce, con
uno spreco di prezioso spazio su un pcb
piuttosto denso. L’inversione dei bit
avrebbe richiesto dello spazio addizionale
per delle tracce ed alcune via, una
esigenza complicata da soddisfare nelle
fasi finali del progetto. Se i tempi stringono,
il lavoro necessario per apportare
le dovute correzioni a tutte le tracce
coinvolte potrebbe essere inaccettabile.
In sostanza: lavorando ad un livello
di astrazione superiore, come permesso
dalla pianificazione topologica, è molto
più semplice gestire e soddisfare gli
onnipresenti ECO. Un algoritmo di
sbroglio automatico pensato per seguire
l’intento del progettista sa inoltre privilegiare
la qualità del risultato rispetto
alla quantità. Se viene identificato un
problema qualitativo, piuttosto che creare
uno sbroglio di qualità scadente, è
meglio fallire una delle connessioni.
Questo per due motivi. Anzitutto,
perché è più semplice trovare una soluzione
manuale per riallacciare una sin-
Fig. 13a - Esempio di un piano topologico completo
per un pcb
gola connessione fallita piuttosto che
ripulire numerosi percorsi di bassa
qualità di tracce generate dallo sbroglio
automatico. In secondo luogo,
perché così viene comunque rispettato
l’intento del progettista, rappresentato
soprattutto dalla qualità della
connessione da esso stabilita. Non va
comunque negato che queste considerazioni
sono valide fintantoché la
ricongiunzione delle tracce fallite è
ragionevolmente semplice e localizzata.
Un buon esempio è rappresentato da
uno sbroglio che non riesce a raggiungere
il 100% di connessione del piano.
Piuttosto che forzare il risultato, sacrificandone
la qualità, è meglio lasciare
parzialmente insoddisfatto il piano, tollerando
una traccia non connessa. In tal
modo, tutte le tracce saranno instradate
nel rispetto del piano, anche se non tutte
in modo completo fino al piedino del
componente. Ciò però garantirà la presenza
di sufficiente spazio residuo per
aggiustare la connessione fallita e per
farlo in modo ragionevolmente semplice.
L’intelligenza del progettista
e la velocità del routing
automatico
La progettazione dei bus di un
pcb “alla vecchia maniera”, vale a dire
mediante un piano di sintesi disegnato
su un pezzo di carta, seguito da
un minuzioso tracciamento manuale
delle singole interconnessioni, è un processo
spesso lungo e tedioso. Mentor
Graphics offre ora una nuova tecnologia
in grado di combinare l’intelligenza
di un progettista esperto con la velocità
di un sistema automatico di sbroglio,
migliorando così significativamente
sia la produttività del progettista che i
tempi del ciclo di sviluppo.
Lo strumento Topology Planner
consente al progettista di acquisire le
strutture e le topologie dei bus, assicurando
nel contempo che il piano generato
sarà sbrogliabile e che soddisferà,
nelle lunghezze e nei ritardi, i vincoli
di qualità dei segnali. Il piano entra a
far parte del database di progetto sotto
forma di PI, per poter essere corretto ed
utilizzato nelle fasi successive. Lo strumento
Topology Router implementa
le direttive contenute nel piano con la
velocità tipica di un router automatico,
producendo risultati di elevata qualità e
sollevando il progettista da un compito
lungo e tedioso. Alla fine, ne risultano sia
un processo molto più efficiente che una
significativa quantità di tempo risparmiato
per i progettisti, i quali potranno
dedicarlo alla soluzione di altre sfide più
impegnative, che richiedono tutta la loro
sofisticata esperienza.
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Fig. 13b - In tempi dell’ordine dei minuti, il Topology Router
può sbrogliare automaticamente le relative strutture di bus,
nel rispetto del piano topologico

54 PCB giugno 2011
▶ Produzione - MiglioraMento della gestione
L’automazione
dei processi
Nella moderna visione industriale
l’automazione è insieme un obiettivo e un
risultato. Attraverso l’automazione si mira a
raggiungere contemporaneamente tanto il
miglioramento nella gestione di fabbrica quanto
il miglioramento continuo dei processi produttivi
di Piero Bianchi prima parte
Decidere di automatizzare e
dove automatizzare non è
facile. Per ottenere dei risultati
validi è necessario analizzare il
problema sotto i diversi aspetti tecnici,
economici e logistici. Il principale
obiettivo - nell’introduzione dei processi
automatizzati - risiede, secondo
Per eseguire lavorazioni in automatico i sistemi che compongono le linee devono
spesso essere equipaggiati con un elevato numero di utensili
l’opinione comune, nella riduzione del
costo diretto della manodopera, nel
raggiungimento e mantenimento di
elevati standard qualitativi e nell’aumento
della produttività.
Il termine automazione è usato
per identificare un insieme di fasi di
processo che conducono alla realizzazione
di un dispositivo col minimo
contributo dell’intervento umano.
In questo contesto rientra anche
l’utilizzo di programmi che mirano
alla gestione computerizzata
dell’intero ciclo produttivo, capaci
di migliorarne l’efficienza e la redditività.
La crescita e la diffusione dell’automazione
è stata possibile anche grazie
alla crescita delle tecniche informatiche
sviluppate a sostegno delle decisioni
e al diffondersi dei sistemi di comunicazione.
Si pensi ad esempio ai
vari settori della vita pubblica e privata:
dalla fabbrica agli uffici, l’automazione
si è poi estesa alle abitazioni attraverso
la domotica.
Ogni azienda opera ormai, che lo
voglia o meno, in un mercato allargato
che richiede risposte in tempo reale;
un mercato analitico che sembra
lasciare sempre meno spazio al fiuto e
all’inventiva imprenditoriale.
L’impiego delle tecnologie informatiche
e di processo comporta un
ripensamento della struttura organizzativa
e di conseguenza un cambiamento
negli schemi mentali, in
direzione di una maggiore semplificazione
che trova il suo apice attuale
nella fabbrica snella (lean manufacturing).

Dal CAD agli strumenti
di knowledge performance
Per capire il perché dell’automazione
vanno fatte alcune considerazioni.
La tecnologia elettronica, indipendentemente
dalle crisi attraversate,
non ha mai cessato il suo trend
di crescita; al costante miglioramento
delle prestazioni corrisponde la continua
ascesa nella complessità dei componenti
e dei circuiti.
In Europa l’era delle produzioni
di massa si è praticamente spenta lasciando
spazio a un modo di produrre
che assomiglia al “just in time”, ma
che in realtà, almeno in Italia, è solo
un caotico “subito, bene e possibilmente
che non costi nulla”. La caduta
delle frontiere e il ridimensionamento
delle distanze dovuto alla tecnologia
e le varie crisi economiche hanno accentuato
la pressione competitiva riducendo
drasticamente i margini di
contribuzione.
Come conseguenza la necessità di
automazione, nella sua accezione più
ampia, consiglia i costruttori di sfruttare
maggiormente le potenzialità degli
strumenti CAD/ CAM e di knowledge
performance. Strumenti sempre
più potenti, capaci sia di accorciare i
tempi di progetto sia di ridisegnare i
processi di produttivi, nella ricerca di
soluzioni che consentano di ritagliare
quei margini che la tradizionale concezione
produttiva non consente più.
Se è relativamente facile scegliere
e acquistare una nuova linea di assemblaggio
dei pcb, lo è meno la valutazione
di un pacchetto di strumenti
software con cui controllare e gestire
le informazioni e i processi aziendali.
La stesura di un piano strategico,
propedeutico a ogni investimento,
deve essere il risultato di una serie
di valutazioni interne che tengano
conto della forza di competitività
propria dell’impresa, della scelta
di cosa realizzare all’interno e cosa in
outsourcing, di cosa automatizzare e
con quali obiettivi, del grado di integrazione
dei processi e dell’eventuale
loro sviluppo nel tempo, espresso come
fattore di scalability.
La voce “riduzione dei costi” deve
costituire la costante di ogni progetto,
così come quella di “aumento della
competitività”; sono obiettivi perseguibili
mediante il costante miglioramento
qualitativo del prodotto realizzato,
la riduzione del time-to-market
e l’ottimizzazione di ogni fase dei processi
presenti in azienda.
L’organizzazione che sovrintende i
processi aziendali dovrà essere ripensata
nella sua interezza per consentire
di raggiungere agevolmente gli obiettivi
che stanno alla base della trasformazione
desiderata, inclusi i criteri di
valutazione degli investimenti.
In un sistema di mercato aperto in
cui la sopravvivenza dell’azienda è dipendente
dalla sua capacità di reperire
il capitale per poterlo reinvestire

56 PCB giugno 2011
e accrescere, la valutazione deve basarsi
sul valore attualizzato dei flussi
di cassa e sul tasso di redditività degli
investimenti. Operazione possibile
e consolidata per gli investimenti
tradizionali, ma meno quantificabile
nel caso di investimenti in tool software
di manufacturing e controllo,
dove la tangibilità dei vantaggi è meno
palpabile nel medio e breve periodo.
La valutazione deve quindi assumere
ampiezza e forme diverse, funzionalmente
all’importanza strategica
dell’investimento. I risultati ipotizzati
saranno però raggiungibili solo a
condizione che ci sia un elevato livello
di partecipazione da parte di manager
e staff. Adeguamento a cui potrebbe
corrisponde un appiattimento
della struttura gerarchica e un aumento
delle mansioni interfunzionali; trasformazione
che richiede ovviamente
un sensibile investimento in formazione.
L’aumento di efficienza come
leva sulla redditività
Disporre di strumenti per la gestione
della produzione di facile e immediato
utilizzo, arricchisce le capacità
operative e costituisce un sicuro
vantaggio in termini di competizione.
Molte aziende elettroniche che gravitano
nel panorama delle PMI sono
caratterizzate da una gestione orientata
a lavorare per ordine cliente o per
commessa, modo di operare che richiede
un elevato grado di flessibilità,
presupposto indispensabile per saper
rispondere alle singole richieste di
ogni cliente.
La gestione basata su un sistema di
tipo MRP risulta insufficiente e obsoleta,
perché si limita alla individuazione
dei materiali nella quantità e nei
tempi necessari alla produzione. La
sua evoluzione in MRP II allarga gli
orizzonti al cosa fare, al come e quando
farlo. Si tratta di modelli razionali
Le linee di produzione, benchè altamente automatizzate, possono essere
configurate in isole di lavoro che lavorano in cascata su di un singolo codice o in
parallelo su più codici contemporaneamente
del processo produttivo, strumenti di
pianificazione e di sostegno alle decisioni
gestionali; strumenti che comunque
non sempre si prestano a essere
applicati operativamente a causa
delle difficoltà di ricondurre la complessità
di un sistema produttivo a un
più semplice modello quantitativo.
Tra i limiti che condizionano
l’MRP c’è la difficoltà di modificare il
piano di produzione una volta lanciato,
la necessità di mantenere un livello
medio-alto delle scorte di sicurezza
e la difficoltà di gestione al crescere
dei livelli di complessità dell’assemblaggio.
Un’azienda che lavora per commessa,
deve poter modificare gli ordini
di produzione in corso a fronte
di modifiche richieste dal cliente, sincronizzare
i tempi delle proprie attività
con quelle del cliente, senza penalizzare
la programmazione di tutte
le altre risorse. Queste caratteristiche
richiedono la capacità di configurare
le linee per una produzione snella
(lean manufacturing) e di effettuare
acquisti direttamente collegati all’ordine
cliente.
Oggi per soddisfare in un’ottica di
efficienza e di redditività le esigenze
delle aziende elettroniche serve
un sistema capace di coordinare e ottimizzare
l’utilizzo di tutte le risorse
aziendali, sincronizzando le attività
interne con quelle esterne, gli acquisti
con le vendite e la logistica, la progettazione
con la produzione e il magazzino.
L’obiettivo prioritario è quello
di ridurre le inefficienze e gli sprechi,
massimizzando di conseguenza la
produttività.
A sostegno di queste esigenze intervengono
le soluzioni ERP, capaci
di dare una totale visibilità sugli
eventi che si verificano in produzione;
questo significa avere visibilità per
ogni loro aspetto economico, per valutarne
in tempo reale la ricaduta finanziaria
sull’azienda.
ERP e flusso decisionale
L’ERP si colloca nello scenario organizzativo
dell’azienda con l’obiettivo
del miglioramento continuo dei
processi e dei prodotti. Il concetto di
miglioramento di un processo produttivo
parte dal presupposto che il processo
stesso sia misurabile ed esprimibile
numericamente; in seguito a determinati
interventi correttivi la nuova
misura deve esprimere un miglioramento
rispetto a quella precedente.
Se ben utilizzato il sistema ERP
è uno strumento capace di enfatizzare
il valore delle risorse, sia umane
che strumentali. Le risorse umane
Cortesia: Euro Circuiti

il depaneling senza contatto,
accessibile a tutti
Innovative Solutions for Electronic Manufacturing
Il taglio Laser basato sull’innovativa
Tecnologia Laser Cut Osai è capace di
eseguire separazioni pulite e sicure,
senza formazione di polveri e senza
stress meccanici sui componenti
elettronici.
L’utilizzo del processo di Laser
depaneling rappresenta il metodo
migliore per ottenere un taglio veloce
(riduce fino al 70% i tempi di separazione
rispetto ai metodi tradizionali) e flessibile
(capace di separare tagliando i testimoni o o
in pieno i PCB fino a 3 mm di spessore per la
versione base).
Problema: Connettore Sotto al teStimone
Soluzione: Pre-taglio laSer del teStimone
RISoluzIonE dI caSI pRatIcI
Problema: V-Cut SoPra al Flat
Soluzione: Pre-taglio laSer del V-Cut
www.osai-as.it
Problema: Forme di PCb PartiColari
Soluzione: SemPliCe Piano di taglio

Cortesia: EL.MA.
58 PCB giugno 2011
in particolare non sono più viste come
pura forza lavoro, ma come un patrimonio
reale al pari dei beni tangibili.
Conoscenza e competenza, pur
non essendo valori inseribili in bilancio,
costituiscono la cultura aziendale
senza la quale le pick and place o forni
possono fare ben poco, anche se di ultima
generazione. Le capacità produttive
del sistema azienda dipendono in
larga misura dalle prestazioni del personale
che sono valutabili e misurabili.
Per sua natura un sistema ERP si
presta come strumento di autovalutazione,
stimolando la formazione e la
creatività.
Un ERP, finalizzato a migliorare la
produttività nell’assemblaggio dei pcb
e controllarne i costi, è costituito da
numerosi moduli, semplici da utilizzare
per via delle interfacce grafiche,
che permettono all’operatore di elaborare
le scelte sulla base di un ampio
spettro di dati e informazioni disponibili
in tempo reale.
È possibile controllare tutte le varie
fasi che intervengono nel ciclo di
trasformazione del prodotto, a partire
dalla gestione del Bill Of Material alla
movimentazioni dei materiali e all’inventario.
Si conosce lo stato di avanzamento
di una commessa, la quantità
di schede prodotte e la redditività
generata, ricalcolandola ogniqualvolta
intervenga un cambiamento significativo.
La pianificazione della produzione
viene costantemente aggiornata
e rielaborata in funzione dello stato
della commessa, della disponibilità
delle risorse e dei componenti.
I dati di produzione sono raccolti
e gestiti da ogni reparto (SMT,
PTH, test, etc) o linea di assemblaggio
in modo autonomo e in tempo reale.
L’invio automatico dei dati avviene
da postazioni presidiate dall’operatore
mediante terminali in rete, così
come direttamente dalle macchine
di produzione. Gli operatori o i reparti
hanno un proprio codice identificativo,
allo stesso modo di ogni singola
fase di lavorazione o di ogni prodotto
in esecuzione ( o commessa).
La procedura consente la piena
tracciabilità nei confronti delle singole
schede di ogni lotto, permettendo
di conseguenza la misura dettagliata
dei tempi di realizzazione, quantificandone
l’efficienza. Inoltre è possibile
associare a ogni centro di lavorazione
un costo orario e verificare, mediante
i dati raccolti, la corrispondenza
col target desiderato per evidenziare
il grado di reale redditività.
Un punto di forza dei sistemi ERP
è la centralizzazione del controllo, che
Particolare di una cella di lavoro dove coesistono differenti livelli di automazione
può avvenire anche lontano dall’ambiente
di produzione. Tramite password
è consentito l’accesso diretto
da parte del cliente per la verifica dello
stato di avanzamento della propria
commessa. L’analisi delle informazioni
elaborate dal sistema in termini di
tempi e costi evidenzia in modo chiaro
e preciso le variazioni delle singole
fasi rispetto ai dati di preventivo.
Questo strumento software si rivela
quindi polivalente; può esistere autonomamente
o essere complementare
ad altri pacchetti (es CAD/CAM)
con cui dialogare proficuamente, semplificando
la comunicazione ed evitando
la gestione di dati tra di loro ridondanti.
La capacità di raccogliere
automaticamente e in piena autonomia
i dati elimina una grossa quantità
di documentazione cartacea e di lavoro
di inserimento a computer.
Rientra nella normalità della gestione
che un’azienda si ponga degli
obiettivi (strano sarebbe il non farlo)
cui seguono azioni che mirano a realizzarli.
I risultati ottenuti in prima
battuta difficilmente coincideranno
al 100% con l’obiettivo, diventa allora
necessario analizzare i risultati per
poter attuare azioni più incisive. Più è
veloce l’acquisizione e l’analisi dei dati
e prima si arriva al risultato desiderato.
Misurare in tempo reale le prestazioni
delle soluzioni tecnologiche
adottate permette di conoscere tempestivamente
il loro razionale apporto
e quindi il grado di risposta alle aspettative
che hanno condotto all’acquisto.
Di prassi ogni azienda traccia delle
linee guida precise che le consentano
un miglioramento continuo del
proprio livello qualitativo; possedere
uno strumento che faciliti la raccolta
e l’interpretazione delle informazioni,
permette di velocizzare qualsiasi processo
di miglioramento, abbattendo i
costi della non qualità.
Fine prima parte

60 PCB giugno 2011
▶ PRODUZIONE - SOLUZIONI ANTISTATICHE
Meno problemi
con più ESD
L’elettrostatica è un tema che, a dispetto
delle sue possibili pesanti ripercussioni, è ancora
piuttosto sottovalutato nella considerazione
di molte aziende EMS e OEM. Oggi più
di ieri, con la presenza sempre più massiccia
di componenti sensibili, serve sicuramente
una maggiore consapevolezza in materia di ESD
di Dario Gozzi
Guanti
antistatici per la
manipolazione
dei pcb
statica si crea per
la presenza di un eccesso o di
L’elettricità
una carenza di elettroni sulla
super cie di un corpo.
Questo fenomeno prende il nome
di e etto triboelettrico e consiste nel
trasferimento di cariche elettriche – e
quindi nella generazione di una tensione
potenziale – tra due super ci
che vengono separate. Il termine deriva
dal greco tribos, che signi ca “stro-
nio”. La polarità e l’intensità della
carica dipendono sicuramente dal
materiale costituente i corpi, ma anche
dalle caratteristiche delle super -
ci a contatto, dalla loro ampiezza, dalla
pressione di contatto e dall’intensità
dello sfregamento, dalle condizioni
ambientali (umidità relativa) e dalla
rapidità con cui si allontanano le super
ci prima a contatto.
La condizione di normalità di un
corpo si ha quando le cariche positive
bilanciano quelle negative, ovvero
quando è elettrostaticamente neutro.
L’eccesso di elettroni produce una
carica negativa, il loro difetto una carica
positiva. L’avvicinamento di due
corpi caricati inversamente crea un
campo elettrico che provoca la nascita
di una corrente di scarica tendente a
ripristinare la neutralità elettrica.
A parità di condizioni, l’umidità relativa
svolge un ruolo determinante
perché la quantità di cariche accumulate
è sempre inversamente proporzionale
al valore di umidità relativa
presente nel momento in cui si scatena
il fenomeno. L’in uenza dell’umidità
relativa sul fenomeno si spiega
con la tendenza igroscopica di molti

materiali; la conducibilità
dell’acqua concorre infatti
ad alterare la resistenza superper
per ciale dei dei corpi, corpi, evidenziando
quindi comportamenti comportamenti diversi.
Il corpo umano avverte il fenomeno
quando si supera supera la soglia di
2-3000 Volt, al di sotto di questo valore
di tensione l’evento è registrabiregistrabile solo per via strumentale; strumentale; si possono
comunque raggiungere tensioni di didiverse decine di migliaia di volt.
I danni che possono essere prodotti
si suddividono in catastro ci e danni
latenti o degradazioni parziali. Il primo
porta alla rottura de nitiva e immediata
del componente e lo si rileva
già coi test elettrici durante o a ne
produzione. Il secondo danneggia in
modo irreversibile, ma non de nitivo,
il componente; un guasto latente è un
danneggiamento subdolo che manifesta
i suoi e etti nel tempo (quando
il prodotto è già arrivato sul mercato)
riducendone l’a dabilità. In entrambi
i casi il fenomeno provoca un danno,
ma in presenza di un guasto latente
i costi diretti (intervento di riparazione)
e indiretti (perdita di immagine)
aumentano notevolmente.
Suddivisione dei materiali
in base alla resistenza
superfi ciale
Quando la carica è generata, la sua
distribuzione non sempre è uniforme,
dipende dalla resistenza super -
ciale del materiale. I materiali si dividono
in conduttivi, statico-dissipativi
e isolanti.
I materiali isolanti, con resistenza
super ciale superiore a 1012, evidenziano
una distribuzione di carica non
omogenea; anche se collegati a terra
mantengono la loro carica per ore.
La condizione di neutralità si può
raggiungere impiegando dei sistemi
di protezione attiva come gli apparati
ionizzanti, in questo caso i tempi
Braccialetto per la connessione a terra
dell’operatore
si accorciano considerevolmente,
con un decadimento dell’ordine di
10-20 secondi.
I materiali conduttivi, come dice
il nome stesso, favoriscono una veloce
dissipazione delle cariche elettriche
verso terra; la loro resistenza super
ciale è inferiore a 105 ohm, ed è
il motivo del tempo di dissipazione
delle cariche troppo veloce. Agli effetti
del fenomeno ESD si considerano
i materiali con resistenza super-
ciale compresa tra 104 e 105 ohm,
sono impiegati negli imballi secondari
e per allestire postazioni di lavoro.
Si sconsiglia il diretto contatto con i
dispositivi da proteggere, in particolare
se sono presenti componenti di alimentazione
come le batterie.
Nel mezzo, con valori di resistenza
super ciale che variano nel range
da 105 a 1012 ohm, ci sono i materiali
de niti statico-dissipativi. Possono
essere impiegati per la protezione
Buste
antistatiche
Packaging ESD
ESD senza ulteriori e particolari
accorgimenti se non
l’opportuna connessione
verso terra. Sono i più
utilizzati nella protezione
contro i feno-
meni elettrostatici nell’allestimento
delle aree EPA sebbene la
normativa di riferimento ponga del- del- delle
restrizioni nella destinazione d’uso
(super (super ci di lavoro, sca sca ali e carrelli
devono avere valori compresi tra e un
massimo di 1010).
Un quarto stato è de nito dai materiali
“shielding” o schermanti. Sono
normalmente formati da almeno tre
strati, di cui quello intermedio di tipo
metallico. Operano come gabbia di
Faraday con una resistenza super ciale
inferiore a 103.
ESD Protected Area
L’area EPA è una zona protetta
dalle cariche elettrostatiche tramite
un’adeguata connessione verso terra
di cose e persone presenti al suo interno
e che provvede anche all’eliminazione
delle cariche accumulate sui
materiali non conduttori. Da questo
deriva che Epa può essere tanto un
intero reparto quanto una singola postazione
di lavoro.
Per l’allestimento servono poche,
ma precise regole. Come attrezzatura
bisogna disporre di un tappeto da
PCB giugno 2011
61

62 PCB giugno 2011
banco e uno da pavimento,
entrambi con la connessione
verso terra, il bracciale,
la sedia, il camice e le scarpe.
Dall’area, di cui va curata
la pulizia, va tenuto
fuori tutto quello che le è
estraneo, come ad esempio
bottiglie e bicchieri di plastica,
cibo e oggetti personali.
Il comfort dell’operatore
prevede che vestiario e
attrezzature ESD non affatichino
o intralcino l’ordinaria
operatività.
Il bracciale è l’elemento primario di
messa a terra dell’operatore e non può
mancare in un’area EPA. La banda è
a diretto contatto col polso, deve assicurare
conducibilità lungo tutta la sua
lunghezza; essendo indossato per ore
deve essere confortevole e ipoallergico,
per evitare irritazioni cutanee. La
parte esterna deve essere a bassa conducibilità
per evitare, nei contatti accidentali
con dispositivi alimentati su
cui si sta lavorando, di metterli in corto
verso terra. Il cavo a spirale di collegamento
a terra deve mantenere la sua
caratteristica elastica per evitare che,
rilassandosi, possa intralciare le operazioni
al banco, mentre l’attacco deve
facilitare le operazioni di inserzione.
I camici e le casacche sono in puro
cotone o in misto con poliestere, resi
conduttivi tramite una griglia intessuta
in fibra di carbonio. I camici di ultima
generazione garantiscono anche la
conduzione da manica a manica e, per
particolari esigenze di sicurezza, alcuni
modelli sono dotati di chiusura a scomparsa.
La leggerezza del tessuto influenza
direttamente il comfort mentre il numero
di cicli di lavaggio (minimo 40 e
massimo 100, a secondo dei tessuti, eseguita
a 40 °C senza l’utilizzo di prodotti
con candeggina e ammorbidenti) a cui
può essere sottoposto il capo senza perdere
le sue caratteristiche elettriche, ne
decretano la durata.
Conseguenze di una scarica elettrostatica
Necessità di igiene e di comfort
hanno contribuito alla differenziazione
delle calzature, dai classici zoccoli,
ai sandali, alle scarpe chiuse. Queste
devono essere antiscivolo e devono
poter consentire la pulizia interna ed
esterna con metodi e detergenti idonei
senza perdere le loro proprietà
elettriche.
I sovrascarpe sono l’alternativa economica
alle calzature, ma sono considerati
materiali di consumo e, comunque,
devono sempre essere calzati
su entrambe i piedi per non perdere
di efficacia.
Con la sedia, per un miglior rendimento,
l’operatore deve trovarsi a
suo agio, non solo come postura, ma
anche nella movimentazione dello
schienale e negli spostamenti. Il tessuto
deve essere robusto e facilitare
la pulizia. La messa a terra dovrebbe
avvenire attraverso tutte le ruote.
A parità di caratteristiche elettriche
col tappeto da banco, quello da
pavimento (in vinile, gomma o polietilene)
deve avere maggiori proprietà
meccaniche perché deve resistere allo
scorrimento della sedia e al transito
di eventuali carrelli senza frenarli,
deve possedere una buona planarità
avere uno spessore che sia il compromesso
tra resistenza meccanica (antisdrucciolo)
e sicurezza (evitare l’effetto
gradino).
Per aree estese è richiesta
la pavimentazione
vera e propria, con
la posa della griglia conduttiva
in rame.
Caratteristica richiesta
a questi pavimenti è
non solo di dissipare le
cariche accumulate, ma
anche di ridurre la generazione
delle cariche
triboelettriche conseguenti
al calpestio da
parte degli operatori e
alla movimentazione di
sedie, carrelli e quant’altro.
I sistemi di ionizzazione
Come non è possibile eliminare
completamente i materiali con caratteristiche
isolanti dall’area EPA,
così è anche difficile tenere sotto
controllo il tasso di umidità relativa
come contributo ad abbassare il
rischio di formazione delle cariche
elettrostatiche.
L’alternativa è il ricorso ai sistemi
di ionizzazione come aiuto a neutralizzare
e a prevenire la formazione
delle cariche elettrostatiche; il
loro utilizzo prende il nome di protezione
attiva.
Tecnicamente si investe la postazione
di lavoro con aria contenente
ioni positivi e ioni negativi, quando
questo flusso ionizzato entra in contatto
con la superficie caricata, questa
attrae gli ioni di carica opposta
neutralizzandosi elettricamente.
Sebbene siano disponibili sistemi
di protezione integrale per il controllo
dell’intero ambiente, è più diffuso
il ricorso all’utilizzo di ionizzatori
locali come i dispostivi da banco o le
barre ionizzanti.
La quantità di ozono emessa non
deve superare la soglia di 0,1 ppm e
il flusso d’aria non deve disturbare per
portata e temperatura l’operatore.

64 PCB giugno 2011
▶ PRODUZIONE - TECNOLOGIA VAPOR PHASE
Saldatura refl ow
a condensazione
Il processo di saldatura a condensazione di
vapore, conosciuta anche come rifusione vapor
phase, offre ottimi risultati in termini di effi cienza
e qualità. Se viene abbinato anche l’utilizzo
del vuoto si arriva all’eccellenza, eliminando i void
e le evaporazioni esplosive di fl ussante
di Davide Oltolina
La continua ricerca del risultato
qualitativamente ineccepibile,
garanzia di un prodotto a dabile
nel tempo, richiede un processo di
saldatura a dabile in ogni sua parte.
Rehm, rappresentata in Italia da DPI,
ha riversato la sua lunga esperienza nel
settore della saldatura a rifusione nella
nuova linea di forni vapor phase della
serie CondensoX.
Nella realizzazione della nuova linea
sono stati privilegiati vari fattori quali
sono stati privilegiati vari fattori quali sti di gestione.
quello relativo alla precisione del pro lo
termico, mantenendo all’interno di +2 °C
la di erenza di temperatura misurabile
tra i punti disseminati sull’intera super
cie del pcb. La ricerca del risultato
qualitativo trova la sua massima esasperazione
con l’opzione del vuoto, che assicura
la mancanza di void anche nelle
saldatura con elevata massa termica,
pur nella semplicità di utilizzo e mantenendo
quanto più bassi possibili i costi
di gestione.
Al centro della fase di progetto del
CondensoX sono stati pcb termicamente
di cili da saldare, con componenti
sensibili tanto alla temperatura
quanto all’umidità (MSD), con masse
termiche importanti posizionati accanto
a componenti di piccola dimensione,
con componenti particolari quali QFN
e LGA o dispositivi MID (Molded
Interconnected Device).
Il processo in pratica
Utilizzando una camera a vuoto
totalmente ermetica, con il Vacuum
System del forno Condenso è possibile
raggiungere il valore di vuoto di 2 mbar
durante il processo di riscaldamento,
e senza che avvenga movimentazione
delle schede durante il processo di saldatura,
dal preriscaldo a tutto il processo
completo, no al ra reddamento, il che
signi ca che non vi è alcun rischio di
scivolamento, rotazione o sollevamento
dei componenti.
In aggiunta all’utilizzo del vuoto durante
la fase di saldatura vera e propria
è possibile impostare una fase di prevacuum
che ha il bene co scopo di
agevolare la fuoriuscita dei vapori di
ussante dai giunti in formazione e di
agevolare l’immissione del Galden nella
realizzazione del pro lo termico.
Il forno Condenso utilizza inoltre un
sistema trasportatore orizzontale per
introdurre le schede all’interno del sistema,
nella camera di rifusione dove
verranno creati i vapori del liquido
tecnico, usualmente il Galden.
Avere la garanzia che le schede assemblate
siano ferme durante il processo

Senza vuoto Con vuoto
di rifusione, anche durante la fase di stato
liquido della pasta saldante, assicura
un risultato qualitativamente indiscutibile.
In questo Rehm si è voluta di erenziare
rispetto ai sistemi vapor phase
tradizionali che richiedono un continuo
movimento verticale delle schede
durante l’esecuzione del pro lo, introducendo
un plus di processo.
Non movimentando il pcb tra la fase
di saldatura e la creazione del vuoto,
non c’è perdita di calore, garantendo così
tempi brevi di stato liquido in presenza
di vuoto, tempi che ricadono all’interno
degli 80 secondi per temperature
superiori ai 217 °C.
Come risaputo i vuoti sono cavità che
si creano all’interno del giunto di saldatura
a causa dei gas che non riescono a
fuoriuscire, una loro cospicua presenza
indebolisce meccanicamente il giunto
ed ostacola la capacità di trasportare,
per dissiparlo, il calore generato dal
componente.
Nei forni CondensoX il processo
di vacuum può essere attivato direttamente
nel punto in cui viene raggiunta
la temperatura desiderata; inoltre i livelli
di vuoto possono essere controllati
in qualsiasi momento voluto, ritenuto il
Superfi cie di contatto
a un massimo del 99%
Capacità di riempimento
migliorata di micro via
e di giunti THD
Limitazione dei void
(particolarmente importanti
negli assemblati
di potenza a semiconduttore)
Bagnabilità migliorata
Vantaggi della tecnologia di processo con vuoto
più idoneo nel raggiungere le necessarie
condizioni operative capaci di evitare la
formazione sia dei void che delle evaporazioni
esplosive del ussante.
Un’ulteriore variabile di processo
consiste nella quantità di liquido inerte
che viene vaporizzato durante la saldatura;
modulando la quantità di Galden
immesso si controlla la rampa di salita
del pro lo termico, che raggiunge come
valore massimo di temperatura quello
del punto di ebollizione del liquido prescelto.
Questo è uno dei capisaldi della
tecnologia vapor phase, che permette
di mettere al riparo scheda e componenti
da problemi di sovratemperatura.
L’operatore può regolare la temperatura
del pro lo di re ow con un livello eccezionalmente
elevato di accuratezza, a
step di 0,2 °C/sec.
Quando il liquido raggiunge la sua
temperatura di ebollizione, vaporizza,
Questo porta a creare un ambiente in
cui i vapori di Galden occupano l’intero
volume della camera di rifusione, eliminando
l’aria e con questa l’ossigeno
presente, creano parallelamente la condizione
di saldatura in atmosfera inerte.
Quando il vapore avvolge il pcb gli si
condensa sopra per via della di erenza
di temperatura esistente; durante il passaggio
di stato dalla fase vapore alla fase
liquida viene ceduto calore, lo stesso che
porta in rifusione la pasta saldante.
Garanzie qualitative elevate
e costi di gestione moderati
Grazie al totale blocco ermetico della
camera di rifusione è e ettuato in modo
e ciente il riciclo e la pulizia del liquido
tecnico utilizzato in saldatura, con la
totale rimozione dei residui indesiderati
( ussante, impurità, ecc.). Quando il vapore
è estratto dalla camera viene rapidamente
ra reddato; una volta condensato
è poi ltrato, imprigionando le impurità
in appositi ltri, operazione che
rende il liquido pronto per essere riutilizzato
nel successivo processo di saldatura.
Le schede al termine del ciclo di
saldatura lasciano la camera di processo
completamente asciutte perché il calore
accumulato è su ciente a far evaporare
il Galden che è condensato sul
pcb, questo permette di realizzare un
consumo medio veramente basso, che si
traduce in un vantaggioso risparmio
economico gestione. Quando il pcb è
fuori dalla camera di rifusione è ra reddato
da un getto d’aria, ma è possibile
scegliere di ra reddarlo ulteriormente
e uniformemente riducendo la temperatura
dell’aria di ra reddamento mediante
uno scambiatore ad acqua.
La funzione di rilevamento
wireless di temperatura consente
all’utente di controllare in continua
l’andamento del processo, per veri care
in qualsiasi momento se il pro lo termico
è rimasto all’interno della speci -
ca. Il CondensoX può essere equipaggiato
anche con un sistema di telecamere,
una funzionalità disponibile solo sui
forni vapor phase Rehm che consente
all’operatore di visualizzare il processo
di saldatura sul monitor del PC.
DPI
www.elettronicadpi.it
PCB giugno 2011
65

66 PCB giugno 2011
▶ Produzione - Le BAsi deL LAVAggio
Il cleaning dei pcb
Continua con la serie dedicata a “Le basi del lavaggio”. Ci si occuperà
in questo articolo del lavaggio dei pcb, con particolare attenzione
per le normative e le problematiche generali che stanno alla base
di questo importante processo
di Fernando Rueda, di Kyzen BVBA prima parte
Definiremo il lavaggio di pcb
(assemblati) come la rimozione
di residui di flussante
rifuso dalle schede elettroniche
includendo, ma non limitandolo a,
pcb (supporto stampato), pcba (schede
assemblate), ibridi, ceramici, ecc.
In ogni caso, non si dimentichi la
necessità di rimuovere particelle, polvere,
impronte digitali, ecc., prima
dell’applicazione del conformal coating
(finitura protettiva). Quindi, chi
ha bisogno di lavare i propri pcb? Si
ricordi, il non lavare significa lasciare
residui di flussante sul pcb e implica
“qualche” rischio, che certi fabbricanti
non possono permettersi di correre.
Chi sono questi ultimi? La normativa
IPC J-STD-001E ci fornisce una
chiara guida:
IPC J-STD-001E
Classe 1: Prodotti elettronici in generale.
Include prodotti adatti per applicazioni
dove il maggior requisito
è una funzione del gruppo completo.
Classe 2: Prodotti elettronici a servizio
dedicato.
Include prodotti in cui è richiesta
continuità di prestazione
e di vita di servizio e per i
quali è gradito, ma non critico,
il funzionamento ininterrotto.
Normalmente l’ambiente d’utilizzo
finale non dovrebbe provocare
guasti.
Classe 3: Prodotti elettronici ad alte
prestazioni.
Include prodotti in cui è critica la
continuità d’alta prestazione o di
prestazione a richiesta, non può
essere tollerato il mancato funzionamentodell’apparecchiatura,
l’ambiente d’utilizzo finale può
essere molto severo e l’apparecchiatura
deve funzionare quando
richiesto, come nei sistemi di supporto
vitali o in altri casi critici.
(Fonte: IPC J-STD-001E-2010 (2010,
Aprile); IPC, Bannockburn, IL)
Prodotti di Classe 1 – Pur con
qualche rara eccezione, questi prodotti
non vengono “mai” lavati. I requisiti
di prestazione e l’ambiente in cui essi
funzionano non determinano generalmente
il presentarsi di guasti entro
la vita potenziale di questi prodotti.

Prodotti di Classe 2 – Normalmente
non viene richiesto il lavaggio
per questi prodotti; oggigiorno,
in ogni caso, sempre più fabbricanti
ricorrono al cleaning. Perché? Oggi
i consumatori richiedono prestazioni
più elevate, maggiore funzionalità
e dispositivi più piccoli, che
forniscano un’affidabilità eccezionale.
I giorni dell’elettronica di consumo
usa e getta sono in calo. Queste
schede più piccole e più dense hanno
distanze ridotte fra le piazzole di saldatura;
se restano residui ionici sulla
super cie o sotto i componenti si ha
un aumento del “rischio” di incorrere
in guasti.
Prodotti di Classe 3 – Questi prodotti
hanno sempre richiesto un processo
di cleaning.
I prodotti di Classe 3 hanno bisogno
di funzionare con continuità e, in
molti casi, in ambienti estremi come
in presenza di temperature ambientali
molto elevate e/o estremamente
rigide, richiesta di prestazioni elevatissime,
ecc.
Riassumendo, i fabbricanti devono
lavare i prodotti di Classe 3, oltre
a un crescente numero di prodotti di
Classe 2.
Ora che si è chiarito chi abbia la
necessità di e ettuare il processo di
cleaning, è bene focalizzarsi su come
valutare il processo di fabbricazione
per progettare l’appropriato processo
di lavaggio. Si cominci con due
domande chiave.
Quali parametri dobbiamo considerare?
Come facciamo ad essere certi che
il nostro processo di lavaggio sia quello
appropriato per soddisfare le nostre
richieste?
Per trovare le risposte, dobbiamo
analizzare gli elementi chiave d’ogni
processo di lavaggio.
Tipi di sporco
Si ricordi: si è focalizzati sui residui
di ussante, sebbene verranno pulite
anche impronte digitali, particelle
e altri detriti.
Lavare residui di ussante dalla super
cie di un pcb un tempo poteva essere
una s da; oggi non è più un problema,
visto che la maggioranza dei
processi di lavaggio standard e ettua
un ottimo lavoro di rimozione dei residui
dalla super cie.
I residui di ussante intrappolati
sotto componenti a basso stando
(cioè la distanza fra la base del componente
e la super cie del pcb) e in
spazi ristretti rappresentano la s da
maggiore per qualsiasi processo di lavaggio.
È possibile trovare materiali di lavaggio
che presentino le proprietà -
siche e l’aggressività necessaria per lavare
questi residui sotto spazi molto
ristretti? E ciò può essere fatto senza
causare alcun danno collaterale? In
quest’economia molto competitiva,
è possibile e ettuare tali processi in
modo economicamente e ciente?
Perché i residui da lavare sono un
elemento chiave nel processo di lavaggio
pcb?
Fig. 1 - Prodotti di Classe 1
Questi sono i punti essenziali su
cui i fabbricanti di prodotti di lavaggio
possono di erenziarsi dai concorrenti.
Ovviamente, non tutti i ussanti
sono uguali. È altrettanto ovvio che
non tutte le schede passano attraverso
gli stessi pro li di rifusione o di
saldatura a onda. I residui di ussante
normalmente riscontrati sono:
Residui di ussante idrosolubili
Storicamente, i residui idrosolubili
sono facili da lavare con acqua.
Siccome le schede sono diventate
sempre più piccole, questo compito
diventa sempre più di cile
poiché l’acqua, a causa dell’elevata
tensione super ciale, non è in grado
di penetrare sotto gli spazi ristretti.
Inoltre, arrivano contemporaneamente
le leghe lead-free.
Queste leghe richiedono temperature
di rifusione più alte e tecnologia
di ussaggio più aggressiva; se il lavaggio
in questi spazi ristretti era problematico
prima, si immagini quanto
lo sia ora che i residui processi di baking
molto più spinti.
Mentre questi tipi di residui sono
sempre stati lavati, la di erenza è
che l’acqua da sola spesso non è più
su ciente.
PCB giugno 2011
67

68 PCB giugno 2011
È necessaria una piccola percentuale
di additivo o di agente di lavaggio
per ridurre la tensione superficiale
dell’acqua usata per lavare queste
schede, permettendo così la sua penetrazione
sotto componenti a basso
standoff.
RA/RMA
(residui lavabili di flussante)
Questi tipi di residui non sono così
comuni come lo erano una volta,
ma si possono ancora ritrovare nella
fabbricazione di alcune schede di
vecchia generazione come ad esempio
nei prodotti militari e aerospaziali.
Fino all’arrivo delle leghe leadfree,
non vi è stato molto sviluppo su
questi tipi di prodotto, poiché la maggior
parte degli sforzi è stata focalizzata
sulla tecnologia lead-free no-clean
(cioè senza lavaggio). Questi tipi di
residui non presentano una vera sfida
per la maggior parte dei processi di lavaggio
standard.
Residui di flussante no-clean
I materiali di saldatura no-clean sono
ora quelli più comunemente usati.
Questo è il tipo di residuo che la
maggior parte dei fabbricanti di prodotti
di lavaggio usa per valutare come
i loro prodotti si comporteranno
nel mercato.
Fig. 2 - Residui
lavabili
di flussante
Questi materiali di saldatura sono
progettati per incapsulare qualsiasi residuo,
quindi non richiedono un processo
di lavaggio.
Naturalmente, la scelta di lavare
quei residui incapsulati può essere a
volte una sfida. Si aggiungano temperature
più alte e una tecnologia di flussaggio
più aggressiva come quella comunemente
usata con materiali leadfree
e si capirà quali sono i veri problemi
che emergono in un processo di
cleaning. È possibile valutare in una
percentuale dell’80-90% gli operatori
che sottopongono a lavaggio i residui
di flussanti no-clean. Ma perché
lavare residui no-clean? Se l’incapsulamento
di queste piccole quantità di
residui diventa compromettente possono
infatti sorgere dei problemi.
In particolare, nella vita molto lunga
di alcuni dispositivi di Classe 3, la
combinazione di residui ionici associata
a fattori ambientali (umidità) e alla
tensione di polarizzazione (bias) presente
su un circuito vivo creano una
situazione ideale per l’ECM (Electro
Chemical Migration – Migrazione
Elettrochimica) che causerà un guasto
al circuito. Una comune scuola di
pensiero sostiene che il lavaggio prima
dell’applicazione di conformal coating
è anche una buona ragione per
lavare i residui no-clean.
Substrati
Le schede che vengono lavate
sono anche un elemento chiave
del processo stesso di lavaggio,
perché?
Qualità
Oggi è difficile ridurre il costo
dei materiali nella maggior parte
delle operazioni di fabbricazione.
Il maggior numero dei fornitori
di materiali tende a produrre
pcb e componenti di alta quantità,
ma vi sono casi in trovano delle
soluzioni più convenienti oppure
si effettuano scambi di materiale.
Ciò dà luogo a componenti
o a pcb che non soddisfano gli
standard qualitativi per sopportare
le condizioni presenti nel processo
di fabbricazione, incluso il
processo di lavaggio.
Questa scarsa qualità apparirà
come un problema di compatibilità,
a causa del guasto inatteso.
Compatibilità
Anche quando gli standard di
alta qualità vengono soddisfatti,
vi sono sempre materiali che non
possono tollerare certe condizioni
o certi prodotti chimici presenti
in un processo di lavaggio standard;
pertanto, il test di compatibilità
è un obbligo in qualsiasi
processo di lavaggio nuovo o
esistente.
Progetto del substrato
Anche il progetto del pcb svolge
un ruolo importante. Fattori quali
densità di componenti, standoff,
ombreggiatura, intrappolamento
di fluido, ecc. devono essere tenuti
in seria considerazione.
www.kyzen.com
www.packtronic.it
Fine prima parte

Medical
Technology Event
le tecnologie elettroniche al servizio della salute
un evento unico rivolto alla “Medical Design Community”
organizzato da Selezione di Elettronica
e sviluppato in collaborazione con Farnell Italia
Il convegno
Una serie di interventi a cura di università, associazioni,
istituti di ricerca, società di analisi di mercato e Oem internazionali
attivi nel settore elettromedicale, che tratteranno
tematiche di elevato valore scientifi co e tecnologico:
le tendenze tecnologiche in atto nel medicale; le
certifi cazioni e gli standard del settore; i dispositivi per
il medicale e la direttiva Rohs; il ruolo dei Mems nei dispositivi
indossabili; la realtà virtuale e la robotica per la
chirurgia; le tecnologie di identifi cazione e tracciabilità a
supporto del paziente, ecc.
I workshop
Una serie di workshop tecnici, a cura delle aziende fornitrici
di dispositivi microelettronici e di sistemi elettronici
per applicazioni medicali, dedicati alla presentazione
delle ultime tecnologie disponibili nell’ambito dei semiconduttori,
della connessione, dell’alimentazione, della
visualizzazione, delle interfacce, ecc.
L’esposizione
Un’esposizione a cura delle aziende partecipanti in cui i
visitatori potranno confrontare l’offerta disponibile e verifi
care gli avanzamenti tecnologici. Saranno presentati
casi applicativi reali nati dalla collaborazione tra le
aziende fornitrici di microelettronica e i principali Oem
attivi nel settore elettromedicale.
Le aree dimostrative
Il pubblico avrà la possibilità di accedere a sessioni dimostrative
in cui sarà possibile “toccare con mano” gli
strumenti e le apparecchiature, effettuare prove pratiche
sul campo e confrontarsi con gli specialisti sulle problematiche
applicative dei sistemi medicali per uso domestico,
delle soluzioni di medical imaging, della diagnostica,
del monitoraggio e della terapia.
Il concorso
Nel corso della giornata saranno presentati e premiati
i migliori progetti proposti da studenti o aziende che
avranno partecipato precedentemente a un concorso
di progettazione di applicazioni medicali organizzato e
promosso da element-14, la comunità on-line di Farnell
dedicata agli Electronic Design Engineer.
I partecipanti
L’evento si rivolge alla “Medical Design Community” e
in particolare ai progettisti e ai tecnici elettronici impegnati
nello sviluppo di applicazioni medicali, ma anche ai
responsabili delle tecnologie informative e mediche, ai
tecnici sanitari, agli uffi ci acquisti, ai direttori sanitari e a
tutti gli operatori interessati agli sviluppi delle tecnologie
elettroniche all’interno del mondo medicale.
Milano, Ottobre 2011
Luogo
Sala Bramante, Palazzo delle Stelline,
Corso Magenta 61 – Milano
Orario
09.00 – 17.00
Registrazione
http://www.formazione.ilsole24ore.com/
Servizio Clienti
Tel: 02/56601887
Fax: 02/70048601
info@formazione.ilsole24ore.com
La partecipazione al convegno,
alla mostra, ai workshop
e alle sessioni dimostrative è gratuita.

70 PCB giugno 2011
▶ Produzione - ProDotti
La tecnologia jet printing
e la lean manufacturing
Un nuovo concetto di deposizione della pasta saldante consente
di processare pcb complessi con la presenza simultanea di package SMD
tradizionali, QFN, PoP (package-on-package), componenti di potenza
e componenti tradizionali saldabili con la tecnologia pin-in-paste
di Dario Gozzi
La difficoltà di gestire all’unisono
package miniaturizzati e package
di grosse dimensioni inseriti
in un contesto di schede complesse e
con crescente densità di componenti,
è facilmente intuibile per varie ragioni,
ma in particolare se non si vuole
incorrere nei comuni problemi dovuti
alla serigrafia tradizionale.
La JetPrinter
MY500
costituisce
un’applicazione
gestita da
software e
priva di telaio,
che utilizza
una tecnologia
esclusiva
brevettata
La tecnologia serigrafica infatti
raggiunge i suoi limiti quando si tratta
di gestire componenti distanti tra
loro solo poche centinaia di micron
e che richiedono depositi dai volumi
molto diversi.
La soluzione che consente di affrontare
con maggiore disinvoltura
le problematiche di progettazione
senza pesanti ripercussioni sulle successive
fasi di assemblaggio si chiama
MY500 JETPRINTER. Realizzata
da MYDATA, da anni brand indissolubilmente
legato a Cabiotec, l’innovativa
jet printer può aiutare gli assemblatori
ad aumentare il flusso produttivo
attraverso una concreta flessibilità
che si traduce in ridotti tempi
di programmazione e veloci cambi di
produzione. A livello di qualità assicura
giunti di saldatura affidabili per
tutte le tecnologie, dai componenti
LGA ai PoP per finire con i pcb tridimensionali.
Traiettorie balistiche
per un deposito a 3G
Con una velocità di 34.000 cph e
un’accelerazione di 3 G il sistema deposita
crema saldante su un pcb (dimensioni
massime 508 x 508 mm da
0,6 a 7,0 mm di spessore) comunque
complesso e di qualsiasi tipo, indipendentemente
dal mix di componenti
presente, dal tipo di finitura superficiale
e dal tipo di tecnologia applicata
(SMT, PTH).

Lavorando sul principio delle
stampanti a getto di inchiostro la testa
viaggia a un’altezza dal piano scheda
di 0,65 mm e con metodo balistico
effettua depositi che raggiungono i
350 µm di altezza.
Non richiedendo la presenza di un
telaio di serigrafia né di nessuna maschera
(o fixture), in qualsiasi momento
e senza tempi di attesa, consente un
veloce changeover di produzione, non
solo nei confronti di un cambio di codice
prodotto, ma anche nel caso che
sia richiesta una modifica circuitale in
corso d’opera.
La programmazione non richiede
fermo macchina perché è fatta offline
su di una stazione esterna da cui, una
volta terminata, è trasferita direttamente
in rete sulla JetPrinter.
Essendo il sistema completamente
software-driven e stencil-free, riduce
drasticamente i tempi di attesa (si
pensi solo ai giorni d’attesa dall’ordine
al ricevimento dello stencil) e la possibilità
di introdurre errori da parte
dell’operatore. Per sua natura la macchina
non richiede neppure il debug fisico
del programma, essendo dotata di
una serie di autocontrolli che prendono
il via nella fase di inizializzazione.
Adottando questa tecnologia si otterrà
un giunto di saldatura perfettamente
calzante ad ogni package presente
sul pcb, sia che si tratti di cavità
o circuiti PoP, tanto in termini geometrici
che volumetrici.
Dalla flessibilità nascono
qualità e risparmio
La programmazione è semplice e
immediata, inizia con l’importazione
dei dati nei formati Cad o Gerber, come
quelli utilizzati dalla pick & place
e il software di sistema s’incarica
della loro conversione nel programma
di lavoro. Per ogni componente il sistema
conosce il volume di pasta idoneo,
è possibile per l’operatore crearne
Inserimento
della cartuccia
nella MY500
di nuovi per dispositivi particolari o
inusuali o modificare quelli esistenti
in funzione delle necessità. Al termine
dell’operazione MYCam genera il
programma di stampa e lo invia alla
jet printer collegata in rete.
Particolarmente utile è la capacità
del sistema di permettere la definizione
dei depositi per singolo componente,
stabilendone la posizione in
relazione alla geometria delle singole
piazzole, consentendo di modificare
l’altezza e il volume; funzione condivisa
per tutti i componenti di una
data famiglia o solo per una specifica
necessità.
Questa flessibilità si ripercuote favorevolmente
anche sulla possibilità
di apportare modifiche in tempo reale
durante la produzione, per correggere
o migliorare la formazione di quei
giunti di saldatura che per loro natura
presentano particolari criticità non
sempre preventivabili.
Nei casi in cui lo stesso circuito di
base si presti alla produzione di più
codici, si evita di realizzare stencil per
buona parte ridondanti, o comunque
di depositare su quella parte di circuito
che non richiede la presenza di
componenti. In ogni caso si risparmia.
Come d’altro canto si risparmia sulla
quantità di pasta utilizzata, perché
non viene dispersa sullo stencil, non
rimane sulle racle, né si corre il rischio
di rimettere questa rimanenza nel
contenitore dove c’è prodotto fresco, a
beneficio della qualità e dell’affidabilità
di processo e di prodotto.
Capita a volte che arrivi la richiesta
di una revisione circuitale proprio
mentre si è pronti a produrre;
con MY500 non è più un problema,
potendo graficamente ridisegnare il
layout di un deposito effettuando la
modifica in real time.
Si elimina inoltre la pulizia dei telai
(indispensabile ai fini qualitativi sulle
serigrafiche), non è neppure richiesto
il posizionamento dei pin di contrasto
sotto la scheda per sopperire ai problemi
di imbarcamento, e diventa più
facile il lavoro nel caso di pcb doppia
faccia.
Tecnologie a confronto
Chiunque percepisce quanto la tecnologia
SMT sia in un continuo stato
di transizione. Comunque sia composto
il mix produttivo, in particolare
con la presenza di una accentuata
complessità, ogni realtà che assembla
necessita di dare risposte precise alle
sfide lanciate dallo scenario mutevole.
Risposte che si possono riassumere
in un veloce time-to-market e in un
crescente aumento dei livelli di qualità
e di affidabilità dei giunti di saldatura.
PCB giugno 2011
71

72 PCB giugno 2011
Nelle macchine di serigrafia tradizionali
utilizzanti racle e stencil, ci
sono diversi parametri e variabili che
influenzano prima i risultati di stampa
e poi il risultato della saldatura:
- velocità di stampa;
- pressione delle racle;
- angolo d’attacco;
- gasketing ovvero distanza tra stencil
e pcb;
- velocità di separazione del pcb dallo
stencil;
- supporto del pcb, in particolare
quando si deve serigrafare il secondo
lato di un doppia faccia;
- spessore dello stencil e dimensione
delle aperture.
Ogni parametro influenza l’ammontare
del deposito e di conseguenza
la qualità del giunto di saldatura.
L’ottimizzazione dei parametri richiede
tempo ed esperienza; la loro corretta
impostazione potrebbe, sui prodotti più
complessi, costituire un collo di bottiglia
del flusso produttivo, in particolare
dove è richiesta una spiccata flessibilità.
Di regola la riduzione del numero
dei parametri da controllare o delle
fasi di processo comporta un aumento
dell’affidabilità. Il numero dei parametri
che intervengono nella serigrafia
classica sono almeno una decina
(inclusa la realizzazione dello stencil);
nel caso della Jetprinter non superano
i tre. Per ogni parametro rimosso si
irrobustisce il processo. Tra i risparmi
economici (e non solo) viene eliminata
la necessita di pulizia dei telai, sia
sulla serigrafica che mediante lavatrice,
si libera lo spazio dedicato all’immagazzinamento
di lamine e telai, si
evita il rischio di danneggiamento degli
stencil durante l’handling.
Il plus della tecnologia
jet printing
MY500 consente di accedere ad
applicazioni 3D, dove è necessario depositare
crema saldante all’interno di
La testa della MY500 può depositare
pasta saldante o SMA in movimento,
durante il suo spostamento sulla
scheda
cavità, oppure in presenza di componenti
impilati gli uni sugli altri (PoP),
tecnologie adottate per ridurre le distanze
di interconnessione. Risulta
particolarmente vincente anche effettuare
depositi a triangolo per lo 0402
o 0201 (onde evitare il fenomeno del
tombstoning), così come creare depositi
tridimensionali per eliminare il
problema di galleggiamento dei componenti
QFN.
Sebbene la soluzione “stepped
stencil”, ovvero la lamina di serigrafia
con spessori differenziati, garantisca
un certo grado di flessibilità operativa,
è comunque limitante nei confronti
dei volumi depositati e in particolare
dalla minima distanza da tenere tra
zone a spessore differenziato, questo
senza considerare poi il maggior costo
per via dei passaggi aggiuntivi necessari
alla sua realizzazione.
La distanza tra le aree di step-up
(più pasta) e step down (meno pasta)
rispetto alle normali aperture è definita
come area di rispetto (keep-out
distance). In accordo con la normativa
IPC-7525A (Stencil Design
Guidelines) la minima distanza richiesta
tra il bordo di un’apertura
nell’area di step-up e la più vicina delle
aperture normali è di 2,5 mm.
Questo limita la libertà di progettazione
da una parte e impone restrizioni
nella miniaturizzazione dall’altra.
All’opposto la JetPrinter assicura
il pieno controllo sulla deposizione,
costruendo il volume desiderato mediante
il posizionamento sequenziale
dei getti di pasta uno sull’altro.
Più una scheda è complessa -perché
multistrato, perché lo spessore è estremamente
sottile o il pcb è di tipo flessibile-
più diventa difficile il controllo
della planarità e di conseguenza il
controllo della qualità finale. MY500
utilizza la misurazione laser per mappare
la planarità del pcb, cui segue la
compensazione automatica dell’altezza
dell’asse Z. Inoltre ad ogni inizio di
produzione è eseguita la calibrazione
automatica del deposito mediante una
telecamera che ne verifica la forma.
Se consideriamo solo il tempo ciclo,
una serigrafica tradizionale risulta
essere più veloce, tutto questo però
perde di efficacia se la linea non è bilanciata
correttamente. Ovviamente
il tempo ciclo per una JetPrinter
dipende dal numero di pad da ricoprire
e dalla dimensione del circuito
stampato. Va comunque sottolineato
che il tempo di cambio codice non
richiede che una manciata di secondi
e questo gioca un ruolo fondamentale
dove è richiesto per esempio di
introdurre una lavorazione non pianificata
o di soddisfare un’urgenza
estemporanea.
Una testa plug-and-play
su un braccio
in fibra di carbonio
La deposizione ad alta velocità della
pasta saldante avviene sul principio
delle stampanti a getto d’inchiostro,
con la differenza che ad essere espulse
sono piccole sfere di pasta saldante.
Il meccanismo di espulsione è costituito
da una vite di Archimede che
convoglia la pasta saldante (tipo 5) dal

serbatoio all’interno della camera di
espulsione dove un trasduttore azionato
piezoelettricamente impartisce
l’energia necessaria alla pasta saldante
per essere lanciata sul target pad.
Il sistema di espulsione è stato
progettato per poter lanciare fino a
500 gocce al secondo. Questo dispositivo
di concerto col software che controlla
la balistica di lancio, consente a
MY500 di depositare i volumi di pasta
desiderati senza stazionare sui punti
di deposito. Le accelerazioni (fino a
3G) a cui è sottoposta la movimentazione
ha richiesto una speciale base in
fusione minerale e un braccio, su cui
scorre la testa, in fibra di carbonio.
La pasta saldante (indifferentemente
con e senza piombo, prodotta
delle principali marche) è contenuta
in siringhe Iwashita da 30 cc. Ogni
siringa è caricata su di una testa ad innesto
rapido, che consente di caricarla
in macchina in pochi secondi (idem
per rimuoverla).
Testa e siringa costituiscono così un
monoblocco da riporre nel frigorifero
a fine giornata.
Il codice a barre presente sulla siringa
e un chip di riconoscimento
contenuto nella testa assicurano che
non venga caricata per errore una pasta
sbagliata o scaduta. Un controllo
di temperatura assicura che la corretta
viscosità della pasta saldante sia mantenuta
per tutto il tempo di durata del
processo. Gli encoder e i motori lineari
garantiscono precisione, velocità e
ripetibilità del processo.
Lean manufacturing
Gli investimenti in nuova tecnologia
vanno attentamente valutati
perché devono soddisfare tanto le
esigenze immediate quanto quelle
che sicuramente si presenteranno
nel medio termine. È facile scivolare
sull’acquisto fatto “giusto nel caso che
si presenti la necessità”, ma un siffatto
investimento potrebbe avere una quiescenza
del ROI molto lunga e sfiorire
prima che si presenti l’agognata situazione
produttiva favorevole.
Il ROI di MY500 Jetprinter inizia
da subito, i risparmi sull’attrezzatura e
sul materiale di consumo si sommano
a quelli del tempo di programmazione,
di entrata in produzione e dei
cambi di codice prodotto giornalieri.
Questo innovativo sistema diventa
un mezzo per la costruzione reale della
lean manufacturing, già proiettato nel
futuro dell’elettronica grazie alla filosofia
software-driven adottata da tutti i
sistemi Mydata. L’utilizzo intelligente
delle informazioni, la limitazione dei
down time e l’eliminazione delle attività
senza valore aggiunto sono i requisiti
da cui non si può prescindere per
accedere al crescente mercato dell’elettronica
on-demand.
Cabiotec
www.cabiotec.it

74 PCB giugno 2011
▶ TEST & QUALITY - NUOVE TECNOLOGIE
Il test con la scansione
acustica
La microscopia acustica a scansione utilizza l’interazione di onde generate
da un trasduttore ad ultrasuoni con l’oggetto da indagare per capire
se esista la presenza al suo interno di disomogeneità strutturali.
L’analisi dell’eco prodotta consente di capire se ci sono delaminazioni,
void e, più in generale, la presenza di discontinuità nel materiale
di Davide Oltolina
Le tecnologie di interconnessione
dei componenti di ultima generazione
BTC, QFN, LGA, PoP
e SiP mirano a un sempre maggior
addensamento di componenti all’interno
di uno stesso package, ponendo
problemi a valle del processo durante
le fasi di test che seguono l’assemblaggio
dei dispositivi sui pcb.
Problemi derivanti dalla presenza
di umidità nei molding dei package
o nati durante il processo di rifusione
non sono facilmente indagabili con i
tradizionali sistemi di test e d’ispezione.
Nel caso di presenza di problemi
d’interconnessione all’interno di un
componente, la di coltà diagnostica
consiste appunto nel dover guardare
all’interno di un contenitore ermeticamente
chiuso. Non sempre basta
sostituire un componente che si è
presentato difettoso al test elettrico,
il problema potrebbe essere nel come
è maneggiato all’interno del processo
produttivo, piuttosto di come è stato
saldato. Senza eliminare la causa
prima, non v’è certezza di produrre

pcb a dabili nel tempo. La presenza
di delaminazioni, fratture, vuoti non
sempre inibisce totalmente il funzionamento
del componente, a volte il
problema invalidante agisce sulla media
o lunga distanza, quando il pcb è
installato sul campo.
I problemi che si possono incontrare
all’interno di un package sono
principalmente dovuti al processo.
Dalle crepe nei moulding compound
alle crepe a livello di interfaccia tra
bump e substrato o tra bump e die, alla
presenza di void negli stessi bump.
I void possono trovarsi anche a livello
di under ll nel caso di ip chip.
Qualsiasi tecnica di microscopia
classica sarebbe in molti casi utile a
stabilire il danno e la sua causa, ma
solo a package “aperto”, apertura che
comporta la distruzione del package
e con questo la possibile distruzione
della zona difettosa o quantomeno
l’introduzione di alterazioni che potrebbero
sviare l’indagine.
Il sistema
Sonoscan
serie D6000
per i test acustici
Scanning Acustic
Microscope (SAM)
Il microscopio a scansione acustica
è lo strumento ideale per un’indagine
accurata di tipo non distruttivo.
Il principio generale di lavoro è
quello della scansione a punto a punto
con cui ricostruire l’immagine dell’oggetto
sotto indagine.
Il SAM utilizza come fascio esploratore
un’onda acustica prodotta da un
generatore ad ultrasuoni, che attraversa
un trasduttore e viene poi focalizzata.
Le onde sonore si propagano attraverso
la materia, la presenza di disomogeneità
lungo il percorso dell’onda
ne modi ca la traiettoria, provocando
sia la parziale ri essione che la rifrazione.
La rifrazione è la deviazione subita
da un’onda quando questa passa da un
mezzo a un altro (con indice di rifrazione
diverso), con cambiamento della
velocità di propagazione. Ogni tipo
di onda può essere rifratto, la rifrazione
della luce è l’esempio più comunemente
osservato.

76 PCB giugno 2011
Visualizzazione mediante test acustico di un componente elettronico (Fonte: Sonoscan)
Nel microscopio a scansione acustica
le misure dell’intensità, del ritardo
e della posizione delle onde riflesse
consentono di tracciare una mappa di
quanto si trova all’interno del componente,
inclusi i particolati come piccole
crepe, vuoti o delaminazioni.
Il ruolo dell’assorbimento gioca
un ruolo fondamentale impedendo
l’osservazione degli oggetti oltre un
certo limite. La profondità raggiunta
dipende dalla natura dei materiali
coinvolti e dalla frequenza di lavoro
dell’onda acustica; maggiore è la frequenza
e maggiore è l’assorbimento,
con conseguente limitazione della
profondità di penetrazione.
La risoluzione del microscopio dipende
dalla lunghezza d’onda, che è
anche funzione della densità e della frequenza.
Di conseguenza la risoluzione
consentita è funzione della profondità
raggiunta e della natura del materiale di
cui è fatto l’oggetto sotto test.
Principio di funzionamento
L’onda nasce da un generatore a
ultrasuoni ed è inviata sotto forma
d’impulsi a un trasduttore la cui superficie
d’uscita è geometricamente
lavorata a forma di parabola.
Questa parte terminale del trasduttore
è immersa in un liquido, solitamente
acqua, che costituisce il mezzo
di propagazione del treno di onde
acustiche.
La geometria terminale del trasduttore
funge da lente perché con la
sua curvatura provoca la convergenza
delle onde focalizzandole in un punto
preciso.
Il campione da testare è immerso
nel liquido nel punto di focalizzazione
delle onde.
La successione di eco generate in
risposta al treno di onde principale
che colpisce l’oggetto, ritorna al trasduttore
che è passivo tra un’emissione
e la successiva e può quindi
raccogliere le onde di ritorno e trasformarle
in segnale elettrico da elaborare.
Rispetto all’emissione principale,
le onde di ritorno sono analizzate in
ampiezza, fase e ritardo.
Le frequenze di lavoro dei microscopi
acustici utilizzati in elettronica
spaziano nella fascia tra 200 e
300 MHz, con risoluzioni rispettivamente
tra i 25 e i 14 micron e una
profondità di indagine di qualche
millimetro.
Usualmente si utilizza un C-SAM
in cui l’angolo di incidenza non supera
il valore critico oltre il quale la
maggior parte dell’onda viene riflessa.
Il fascio di onde viene focalizzato
sul particolare di interesse che riflette
una quantità di onde bastevoli alla
formazione dell’immagine, ma la presenza
di un difetto riflette la totalità
delle onde. A questo punto l’immagine
è realizzata facendo compiere al
trasduttore una scansione sul componente
sotto test. Il tempo che l’eco
di ritorno impiega per raggiungere il
trasduttore dipende dalla sua distanza
dal componente, mentre l’ampiezza e
la polarità del segnale dipendono dalle
proprietà dei materiali costituenti il
componente.
Siccome l’eco dei vari livelli interni
al componente ritornano con una piccola
differenza di tempo, è possibile
restringere il campo di indagine a un
livello di interesse specifico. Questo
fine aggiustamento associato all’alto
livello di risoluzione chiarificano da
soli il motivo per cui questa tecnologia
è così utile nella ricerca dei difetti
che si manifestano nei package, anche
nei più complessi.
Sonoscan Inc.
www.sonoscan.com

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Fabbricanti di
circuiti stampati
Rubrica dedicata ai più importanti costruttori di PCB, provvista di singole
schede personalizzate e descrizioni dettagliate delle attività di ogni
produttore di circuiti stampati. Vengono raccolte in questa sezione
aziende che operano su diverse tipologie di prodotti: dai monofaccia ai
doppio strato, dai multistrato ai fessibili, dai rigidi-fl essibili ai più avanzati
prodotti della printed electronics.
79
PCB giugno 2011
79

Finiture:
Hal, hal lead free, stagno chimico,
argento chimico
Ni/Au chimico, Ni/Au elettrolitico
Grafite, inch.spell.
Omologazione: UL E176473
Certificazione: ISO UNI EN 9001:2008
Varie tipologie di prodotto, quali:
- campionature doppia faccia in 1 giorno,
- multilayer in 3 giorni,
- piccole, medie e grandi serie,
- Rigid-Flex,
Tel. 011 99.70.700 - Fax 011 99.70.800
info@coronapcb.it - www.coronapcb.it
Tipologia di prodotto
Produzione totalmente interna prototipi e serie multistrati, flessibili e
rigido-flessibili, impedenza controllata, dissipatori, press fit, fori ciechi tappati
con rame elettrolitico, interrati, microvia tappati con resina, NiAu chimico ed
elettrolitico, spessore max 6,5 mm, aspect ratio 10:1, minimo foro 0,08 mm, minimo
tratto 0,05 mm.
Consulenza per problemi di signal integrity e compatibilità elettromagnetica.
80 PCB giugno 2011
AREL S.r.l. - Via G. Di Vittorio 7/15 - 20017 Mazzo Di Rho (MI)
Tel. 02 93.90.94.59 - Fax 02 93.90.08.85
arel@arelsrl.it - www.arelsrl.it
Tipologia di prodotti:
Un’organizzazione efficiente molto
flessibile, un personale qualificato e
addestrato costantemente, rendono
l’azienda in grado di realizzare
campionature in 6 ore solari.
I suoi processi certificati sono adatti sia
alla fabbricazione di pezzi unici, che
alla produzione di piccole e medie
quantità.
Circuiti stampati professionali,
multistrato e speciali.
Campionature urgenti in 24 e 48 ore.
- impedenza controllata,
- Allufless e LevelCore per lighting,
- PCB speciali per ricerca scientifica,
campionature assemblate,
- circuiti in alluminio rigidi e Rigid-Flex.
Circuiti stampati:
monofaccia
doppia faccia
multistrati
flessibili
rigido-flex
teflon
metal core
dissipatori di calore interno/esterno
Baselectron P.C.B. Express Service - Tel. 0382 55.60.27 - Fax 0382 55.60.28 - info@baselectron.com - www.baselectron.com
Omologazione UL: E80297
Certificazione ISO: 9001:2000
Certificazione EN: 9100:2005
per applicazioni aerospaziali
Associazione
Omologazione UL:
E146514
Certificazione ISO:
9001:2000

Ramidia P.C.B. Srl
Via Giuseppe Di Vittorio, 18
20016 Pero - MI
Tel. 02 33.90.200
Fax +39 02 33.91.11.44
ramidiapcb@tin.it - www.ramidiapcb.it
Azienda da anni operativa nel settore prototipazione
veloce di piastre c.s. a doppia faccia e multistrato.
Fabbricazione di piastre con alta TG, Polimyde, Teflon,
Metal Core, flessibili, rigido-flessibili.
Finiture superficiali in HAL, Ni-Au chimico, Ag chimico,
Sn chimico, Ni-Au elettrolitico, Grafite, Passivato.
Servizi
www.tecnomastergroup.com
Sede e stabilimento Italia: Tecnomaster Spa, Via A.Volta,1 Loc.Lauzacco Z.I.U.
33050 Pavia di Udine ( UD ) Italia
t. +39 0432 655350 f. +39 0432 655349
Stabilimento Francia: SOS Electronic Engineering | Z.A.E. Les Terres Rouges
6, allée des Terres-Rouges B.P. 14 | 95830 Cormeilles-en-Vexin.
t. +33 01 34664206 f. +33 01 34664205
“Co design”, “Design for manufacturing”, Design for testing”,
Prototipazione veloce, start up di produzioni e produzioni in servizio
standard e veloce con materiali FR4 medio/alto Tg, Halogen Free, CTI
600V, Kapton, Polymide, RT Duroid, Rogers.
GRATIS
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Tecnologia
Omologazioni
Certificazione ISO:
9001:2008
Certificazione UL:
E150117
Certificazione ATEX
Tipologia di prodotti
Prototipi, produzione
bilayer, multilayer.
Laminati speciali.
Finiture superficiali
standard e Rohs
Metalcore, Cem1, Cem3.
• Certificazione: ISO 9001:2008 N.Qual.9101TTER
• Registrazione IQNET IT-31245
• Omologazione: UL File number E175172
• ISO TS 16949
• Certificazione ISO 9001:2000 N.Qual./1996/6554b
• Omologazione UL File number E100511
Da doppia faccia a multi strato fino a 36 layers, spessore massimo 8mm,
piste/isolamenti minimi 50µm, foro minimo 70µm, tecnologia High
density interconnection – HDI- , blind/buried vias, vias/copper filling,
no conductive/conductive resin filling, rigido flessibili e flessibili.
per un mese la NEWSLETTER
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PCB giugno 2011 81
di

Servizi: PROTOTIPI Mono e Doppia-Faccia in 24H,
Multistrato in 48H, PRODUZIONI in 5-10 GG.
Tecnologia: microforatura, fori ciechi e interrati,
fi ne-line, fi ne-pitch, BGA.
Materiali: FR-4, CEM, Termalglad (IMS), Tefl on,
fl essibili (Kapton) e rigido-fl ex.
Produttori di circuiti stampati
pubblicati in base al logo di fabbricazione
Nel corso di tutto il 2011 questa sezione dedicata ai fabbricanti di circuiti stampati verrà aggiornata mensilmente.
Se siete interessati a comparire su queste pagine per ulteriori informazioni contattare il numero 02 30.22.60.60
Informativa ex D. Lgs 196/3 (tutela della privacy).
Il Sole 24 ORE S.p.A., Titolare del trattamento, tratta, con modalità connesse ai fini, i Suoi dati personali, liberamente
conferiti al momento della sottoscrizione dell’abbonamento od acquisiti da elenchi contenenti dati personali
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per fi nalità di informazione e promozione commerciale nel rispetto delle disposizioni della vigente normativa.
Finiture: H.A.L., E.N.I.G., Stagno chimico, Argento
chimico, OSP, Oro elettrolitico (RoHS).
Standard: IPC-A600G-Classe 2.
Analisi di fattibilità per prodotti fuori standard.
Omologazione UL: E155803
Certifi cazione ISO 9001:2000
Tecnometal - Tel. 02 90.96.99.35 - Fax 02 90.96.98.54 - commerciale@tecnometal-pcb.com
Sono interessato a conoscere i costi
della seguente offerta:
1 spazio (3 x 17,5 cm) per 11 uscite
A Il Nostro logo in b/n visibile nella tabella
descrittiva oltre a un breve testo di
180 caratteri (spazi inclusi) nella colonna
“tipologia di prodotto”.
1 spazio (6 x 17,5 cm) per 11 uscite
Il Nostro logo a colori in evidenza nel box
oltre a un testo di 420/450 caratteri
(spazi inclusi) con più eventuali altri loghi (es.
omologazione, CSQ, UNI, ecc.).
1 spazio (6 x 17,5 cm) per 11 uscite in
contemporarea sia sulla rivista sia su web
Il Nostro logo a colori in evidenza nel box
(offerta B) così come appare sulla rivista, per
avere una maggiore visibilità, così apparirà
anche su web con rimando al Nostro sito
internet.
Firma __________________________________________________________________________________data ______________________________________
82 PCB giugno 2011
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