INTRODUZIONE AI CIRCUITI STAMPATI
INTRODUZIONE AI CIRCUITI STAMPATI
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LABORATORIO DI ELETTRONICA – INGEGNERIA ELETTRICA Francesco Velardi, Carmine Abbate<br />
<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
Printed Circuits Handbook – Clyde F. COOMBS Jr<br />
Electronics Manufacturing Processes – T.L. LANDERS, W.D. BROWN, E.W. FANT, E.M. MALSTROM, N.M. SCHMITT
LABORATORIO DI ELETTRONICA – INGEGNERIA ELETTRICA Francesco Velardi, Carmine Abbate<br />
Perché usare il Circuito Stampato 1/2
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Perché usare il Circuito Stampato 2/2
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
I trattamenti a cui il materiale base è sottoposto al fine di realizzare un circuito<br />
stampato devono essere tali da garantire soddisfacenti:<br />
Proprietà termiche;<br />
Proprietà fisiche e meccaniche;<br />
Proprietà elettriche.<br />
Stratificati di carta impregnati di resina fenolica.<br />
Stratificati di fibra di vetro (tessuto o no) impregnati di resina epossidica,<br />
resina polimidica, BT/epossidica, ecc.<br />
La scelta è subordinata all’applicazione per la quale il circuito è realizzato<br />
(temperatura di operazione, frequenza, stess meccanico, ecc.).<br />
Materiali ceramici o metallici quale l’alluminio (allumina).
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
L’immagine del tracciato conduttore è formata fotograficamente su<br />
di un materiale fotosensibile quale una pellicola di plastica o una<br />
lamina di vetro trattata. L’immagine è successivamente trasferita<br />
alla board mediante serigrafia o photoprinting.<br />
Il tracciato conduttore non è formato mediante un processo di<br />
imaging bensì inserendo direttamente fili di rame elettricamente<br />
isolati sulla board. La possibilità di incrociare i fili conduttori in uno<br />
stesso layer offre una elevata densità di tracciati. Purtroppo, il<br />
processo con cui si realizzano i singoli tracciati è sequenziale ed<br />
incide negativamente sulla produzione della PWB. La tecnologia<br />
non è adatta per una produzione di massa.
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
Realizzati a partire da stratificati di cellulosa o<br />
stratificati di fibra vetrosa.<br />
Realizzati a partire da pellicole di poliestere o<br />
poliammide.<br />
Si tratta, generalmente, di strutture tridimensionali<br />
in cui la parte flessibile è connessa ad una parte<br />
rigida che supporta i componenti. Una soluzione di<br />
packaging efficiente dal punto di vista del volume<br />
occupato.
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
Nel processo sottrattivo la porzione non desiderata di<br />
rame viene rimossa lasciando il tracciato conduttore<br />
voluto.<br />
Nel processo additivo il tracciato conduttore viene<br />
realizzato aggiungendo rame al substrato nudo<br />
secondo lo schema desiderato. Il tracciato può essere<br />
realizzato mediante placcatura di rame, pasta<br />
conduttiva o tracciando linee conduttive isolate nel<br />
substrato.<br />
Wirewrap e Multiwire sono le due tecnologie di<br />
interconnessione dei tracciati discreti.
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
Circuiteria presente solo su di un<br />
lato della board. Componenti su<br />
uno o entrambi i lati.<br />
Circuiteria presente su entrambi i<br />
lati della board. Componenti su<br />
uno o entrambi i lati.<br />
Circuiteria distribuita su tre o più<br />
strati incisi, impilati e pressati con<br />
possibilità di connettere i tracciati<br />
conduttori presenti su due strati<br />
diversi tramite fori metallizzati o<br />
vias.
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SSB<br />
Metodo scelto per board di basso costo, grossi volumi di produzione e<br />
relativamente bassa funzionalità.<br />
In Oriente la maggior parte delle SSB è realizzata a partire da XPC-FR<br />
(stratificato di cellulosa con resina fenolica e ritardante di infiammabilità)<br />
che garantisce bassi costi ed una buona punzonatura.<br />
In Europa molto diffuso è il grado FR-2 di laminato di cellulosa imbevuto<br />
di resina fenolica che emette minori odori rispetto al XPC-FR quando<br />
utilizzato in ambienti caratterizzati da elevate tensioni ed elevate<br />
temperature.<br />
Negli Stati Uniti il substrato maggiormente impiegato per SSB è il CEM-1<br />
ovvero un composito di cellulosa e fibra di vetro impregnato con resina<br />
epossidica. Anche se il suo costo è superiore rispetto agli altri due<br />
substrati, offre migliori proprietà meccaniche.<br />
Circuiteria presente solo su di un<br />
lato della board. Componenti su<br />
uno o entrambi i lati.
Fori non metallizzati<br />
Fori metallizzati<br />
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DSB<br />
Circuiteria presente su entrambi i<br />
lati della board. Componenti su<br />
uno o entrambi i lati.
Fori metallizzati:<br />
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DSB<br />
Plated trough-hole. I fori sono metallizzati mediante una<br />
placcatura di rame. La procedura usuale prevede la<br />
catalizzazione delle lacune con palladio seguita da una placcatura<br />
con rame chimico. Successivamente, lo spessore desiderato<br />
viene ottenuto mediante una elettrodeposizione di rame.<br />
Attualmente è possibile adottare una tecnologia di metallizzazione<br />
diretta in cui si elimina il processo di placcatura con rame chimico.<br />
Le pareti del foro sono rese conduttive mediante palladio<br />
catalizzatore o pellicola conduttiva polimerica prima di effettuare<br />
la deposizione galvanica di rame;<br />
Silver trough-hole. Applicazioni limitate in quanto il rivestimento<br />
metallico presenta una resistenza elettrica superiore rispetto al<br />
caso precedente. Tuttavia grazie al costo inferiore le STH board<br />
sono impiegate per applicazioni a basso costo e a produzione di<br />
massa.<br />
Circuiteria presente su entrambi i<br />
lati della board. Componenti su<br />
uno o entrambi i lati.
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MLB<br />
Originariamente dedicate per sofisticati prodotti elettronici industriali,<br />
attualmente sono molte diffuse in prodotti elettronici di consumo quali<br />
portatili, videocamere, telefoni cellulari, ecc..<br />
Possono essere classificate sulla base del numero di strati e sulla<br />
tecnologia impiegata per la realizzazione dei fori. All’aumentare della<br />
velocità di esercizio, della densità dei tracciati e dell’impiego di<br />
componenti a montaggio superficiale montati su entrambe le facce,<br />
cresce la necessità di comunicazione tra i diversi strati.<br />
Allo stesso tempo la diminuzione dello spazio disponibile sulla board<br />
richiede fori dalle dimensioni sempre più piccole ed un maggiore<br />
impiego di buried e blind vias a discapito di fori che attraversano l’intera<br />
struttura (through hole).<br />
Circuiteria distribuita su tre o più<br />
strati incisi, impilati e pressati con<br />
possibilità di connettere i tracciati<br />
conduttori presenti su due strati<br />
diversi tramite fori metallizzati o<br />
vias.
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<strong>CIRCUITI</strong> IBRIDI<br />
Substrati ceramici a singola o doppia faccia in cui vi sono componenti a montaggio superficiale o<br />
componenti resistivi e capacitivi realizzati a partire da deposizione di pasta metallica.<br />
I circuiti ibridi trovano applicazione in dispositivi miniaturizzati.<br />
MULTICHIP MODULES<br />
Soluzioni dalle elevate prestazioni ottenute montando IC nudi di elevata velocità direttamente sul<br />
substrato. La possibilità di connettere molto vicino i componenti consente sia di ridurre lo spazio che di<br />
ottenere velocità più spinte.<br />
Sulla base del substrato gli MCM si distinguono in:<br />
MCM-L (strati metallici su lamine sottili,soluzione meno costosa, stesse metodologie di realizzazione<br />
delle PCB) ;<br />
MCM-C (strati conduttori depositati su sottili lamine di materiali ceramici non polimerizzati, stesse<br />
metodologie di realizzazione delle PCB);<br />
MCM-D ( deposizione alternata di sottili pellicole isolanti e sottili pellicole conduttrici su substrato di<br />
silicio, ceramica o metallo, possono essere utilizzate le metodologie di realizzazione della<br />
metallizzazione dei circuiti integrati);
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MULTICHIP MODULES
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Modalità Connessione<br />
Plated Through Hole<br />
Pattern Plating;<br />
Panel Plating.
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IL PROCESSO
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IL PROCESSO DI REALIZZAZIONE
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IL PROCESSO PRINT- AND - ETCH<br />
Grazie al basso costo e la bassa complessità, la maggior parte delle SSB sono prodotte<br />
con tale tecnologia altamente automatizzata.<br />
1. Pulizia del pannello;<br />
2. Foratura<br />
3. Ricopertura dello stesso tramite inchiostro resist polimerizzabile tramite<br />
ultravioletto;<br />
4. Esposizione del supporto ad ultravioletto tramite maschera<br />
5. Rimozione del resist polimerizzato;<br />
6. Incisione del rame esposto;<br />
7. Eliminazione del resist;<br />
8. Applicazione del solder resist;<br />
9. Serigrafia della legenda;<br />
10. Test per corto-circuito e circuito aperto.
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Il substrato
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Stampa delle maschere
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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I MATERIALI BASE<br />
Il materiale base di un circuito stampato è caratterizzato da:<br />
Il supporto;<br />
La resina e gli additivi;<br />
Il tipo di conduttore.<br />
I trattamenti a cui il materiale base è sottoposto al fine di realizzare un circuito stampato devono<br />
essere tali da garantire soddisfacenti:<br />
Proprietà termiche;<br />
Proprietà fisiche e meccaniche;<br />
Proprietà elettriche.
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I MATERIALI BASE<br />
Il supporto rigido<br />
Stratificato di carta. Fogli di cellulosa impregnati di resina fenolica o epossidica rappresentano la<br />
scelta più economica per supporti rigidi.Lo stratificato di carta impregnato di resina fenolica può<br />
essere impiegato sino a temperature comprese tra 70°C e 105°C in funzione del grado e dello<br />
spessore. Lo stratificato di carta impregnato di resina epossidica ha caratteristiche elettriche e<br />
meccaniche superiori rispetto allo stratificato precedente e può essere impiegato a temperature<br />
comprese tra 90°C e 110°C in funzione del grado e dello spessore.<br />
Stratificato di vetro non tessuto. Le proprietà meccaniche di questo materiale sono inferiori a quelle<br />
dei materiali a base di tessuto vetroso ma in genere superiori a quelle dei materiali a base di carta. Al<br />
variare delle concentrazioni dei componenti, è possibile modificare le proprietà chimiche, elettriche e<br />
meccaniche della fibra vetrosa così come variarne il costo. In particolare la fibra E-glass presenta<br />
un’eccellente combinazione di proprietà ad un costo relativamente basso. La fibra S-glass ha<br />
superiori proprietà meccaniche ma presenta maggiori difficoltà nel processo produttivo soprattutto<br />
durante la fase di foratura.<br />
Stratificato di vetro tessuto. Al variare dei componenti della fibra vetrosa, del diametro del filamento<br />
e del tipo di tessitura impiegata, è possibile ottenere una varietà praticamente illimitata di tessuti<br />
vetrosi. La maggior parte dei tessuti vetrosi utilizzati per la produzione di circuiti stampati deriva da<br />
fibre di tipo E-glass. I tessuti vetrosi offrono buona resistenza a flessione, resistenza all’urto,<br />
planarità, stabilità dimensionale e resistenza a shock termici durante le operazioni di saldatura. La<br />
maggior parte dei gradi consente temperature massime di circa 130°C.
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I MATERIALI BASE<br />
Il supporto flessibile<br />
Pellicola di poliestere. Materiale dalle eccellenti proprietà elettriche anche in presenza di elevati<br />
tassi di umidità. Al variare del grado, può essere impiegato sino a temperature da circa 80°C a<br />
130°C. Particolare cura deve essere prestata durante le operazioni di saldatura in quanto tale<br />
materiale tende a deformarsi.<br />
Pellicola di poliammide. Materiale dalla buona flessibilità, le proprietà elettriche sono eccellenti ma<br />
facilmente influenzabili dall’umidità assorbita. Le pellicole legate con normali adesivi possono essere<br />
utilizzate sino a temperature di circa 150°C. Per impieghi a temperature superiori (fino a 250°C) è<br />
possibile ricorrere ad un tipo speciale incollato mediante fusione che utilizza una pellicola intermedia<br />
etilenica propilenica fluorata (FEP). Tra le pellicole di poliammide aromatiche impiegate per la<br />
realizzazione di circuiti stampati citiamo Kapton e Kevlar.
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I MATERIALI BASE<br />
Il multistrato<br />
Le piastre multistrato sono realizzate a partire da singole piastre stampate sottili incollate insieme<br />
mediante fogli isolanti preimpregnati. I materiali di base utilizzati per le piastre stampate sottili sono<br />
essenzialmente gli stessi di quelli presentati prima, mentre i fogli leganti sono costituiti da lamine (ad<br />
es. tessuto di vetro) impregnati con una resina semipolimerizzata che verrà polimerizzata solo<br />
durante la fase finale di pressatura.
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I MATERIALI BASE<br />
Le resine<br />
Epossidica. La resina maggiormente impiegata per le sue ottime proprietà meccaniche, elettriche e<br />
fisiche e per il costo relativamente basso se confrontato con quello di resine da elevate prestazioni.<br />
Inoltre la resina epossidica è facilmente lavorabile contribuendo a mantenere bassi i costi di<br />
produzione. Al variare del numero di gruppi epossidici che si ripetono all’interno della molecola è<br />
possibile ottenere diversi tipi di resina:<br />
Bifunzionale: Due gruppi epossidici che si ripetono su ciascuna terminazione della<br />
molecola. La temperatura di transizione vetrosa si aggira al disotto di 120°C.<br />
Resine epossidiche bifunzionali sono impiegate da sole per applicazioni commerciali<br />
e combinate con altre resine epossidiche per applicazioni da elevate prestazioni.<br />
Tetrafunzionale e Multifunzionale: All’aumentare dei gruppi epossidici aumenta il<br />
numero dei legami che si creano quando la resina diviene polimerizzata e di<br />
conseguenza aumenta il valore della temperatura di transizione vetrosa.Utilizzando<br />
resine multifunzionali e combinazioni di resine multifunzionali è possibile disporre di<br />
resine epossidiche aventi Tg nei range 125-145°C, 150-165°C e 170-185°C.<br />
Ovviamente la complessità della resina così ottenuta comporta un elevato costo sia<br />
dei materiali che del processo produttivo.
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I MATERIALI BASE<br />
Le resine<br />
BT/Epossidica. Le misture di resina epossidica con altre resine sono state sviluppate per migliorare<br />
le prestazioni elettriche delle resine epossidiche. In particolare la mistura con la bismaleimide triazina<br />
(BT) consente di ottenere un Tg prossima a 180°C unitamente ad ottime proprietà elettriche e<br />
chimiche.<br />
Polimidica. Quando è richiesta una buona resistenza ad elevato calore la resina polimidica offre le<br />
migliori prestazioni. Grazie alla sua elevata Tg che si aggira intorno a 260°C e alla sua eccezionale<br />
temperatura di decomposizione, i circuiti stampati realizzati a partire da resina polimidica<br />
garantiscono alti livelli di affidabilità. Tuttavia il suo costo e le difficoltà di lavorazione la rendono<br />
consigliabile solo per limitate applicazioni.<br />
APPE. Questo materiale offre superiori proprietà elettriche rispetto a quelle esibite dalle misture di<br />
resine epossidiche ed allo stesso tempo presenta buone proprietà termiche. APPE trova impiego in<br />
comunicazioni wireless ed in applicazioni ad elevata velocità.
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I MATERIALI BASE<br />
I gradi NEMA di alcuni materiali base
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I MATERIALI BASE<br />
Il tipo di conduttore<br />
Il principale materiale impiegato per la realizzazione delle piste conduttive di un circuito stampato è offerto da una<br />
lamina di rame. I diversi gradi sono disponibili a seconda del processo tecnologico utilizzato.La scelta base è<br />
offerta da una lamina elettrodepositata mediante un processo standard, ma molto diffuso è il grado<br />
HTE (high-temperature elongation electrodeposited) la cui maggiore duttilità ad elevate temperature offre una<br />
maggiore resistenza alla rottura quando un circuito multistrato è termicamente stressato e si dilata nella direzione<br />
z. Il profilo della superficie della lamina di rame riveste una significativa importanza nel processo di produzione del<br />
circuito stampato. Se da un lato una superficie maggiormente rugosa facilita il legame tra il foglio di rame e lo<br />
strato di resina, dall’altro, un’eccessiva rugosità incrementa i tempi di incisione con una ricaduta negativa sui costi<br />
di produzione e sulla geometria dei conduttori incisi.<br />
La lamina di rame prodotta presenta un lato liscio e lucido ed un lato maggiormente ruvido ed opaco. La tecnologia<br />
convenzionale richiede il trattamento del lato rugoso e la sua laminazione al materiale base.<br />
RTF (reverse-treated foil), invece, richiede il trattamento della superficie liscia e la conseguente laminazione al<br />
materiale base. Questa procedura presenta un duplice beneficio:<br />
il minor profilo del lato che aderisce al materiale base consente di incidere piste conduttive più sottili;<br />
Il lato più ruvido che ora è sulla superficie esterna del laminato consente una maggiore adesione del<br />
photoresist.
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I MATERIALI BASE<br />
Il tipo di conduttore<br />
WACF (wrought annealed copper foil) è, per la sua duttilità, tipicamente impiegato in circuiti stampati flessibili. A<br />
differenza dell’elettrodeposizione, si parte da una lastra di rame che viene lavorata tramite rulli congiuntamente a<br />
cicli di calore per ottenere il desiderato spessore e caratteristiche meccaniche.<br />
Lamine di rame per resine dalle elevate prestazioni. Molte delle resine dalle elevate prestazioni quali quella<br />
BT/epossodica o quelle epossodiche ad elevata Tg esibiscono una ridotta forza di adesione del rame soprattutto<br />
in seguito all’applicazione di agenti chimici. Da qui nasce l’esigenza di realizzare apposite lamine di rame<br />
dall’aumentata adesione meccanica e con specifici agenti accoppianti che ne migliorano il legame chimico con tali<br />
resine.
Le finiture superficiali metalliche vengono utilizzate per :<br />
proteggere il tracciato conduttore;<br />
assicurane la saldabilità (stagno o lega stagno-piombo);<br />
proteggere i fori metallizzati dai fluidi di incisione;<br />
migliorare le caratteristiche di contatto dei connettori (oro).<br />
Le finiture superficiali non metalliche vengono utilizzate per:<br />
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I MATERIALI BASE<br />
Le finiture superficiali<br />
salvaguardare la saldabilità del tracciato conduttore (rivestimento temporaneo applicato laddove la finitura metallica è incapace<br />
di mantenere la saldabilità per il tempo necessario);<br />
impedire la bagnatura, di parte del tracciato conduttore, ad opera della lega saldante (temporaneo o permanente);<br />
concentrare la lega saldante sulle zone del tracciato non ricoperte dal rivestimento inibitore della saldatura, allo scopo di<br />
migliorare e facilitare la saldatura stessa (permanente);<br />
agire come barriera isolante tra il corpo del conduttore ed il componente (permanente);<br />
migliorare o conservare le proprietà elettriche della piastra stampata (permanente);<br />
incapsulare i conduttori superficiali e migliorare o conservare le caratteristiche elettriche e di flessibilità di piastre stampate<br />
flessibili (strati di copertura applicati mediante specifici adesivi);<br />
proteggere la piastra stampata<br />
ritardando l’ingresso dell’umidità nel materiale di base;<br />
prevenendo depositi contaminanti tra i conduttori;<br />
agendo come dielettrico tra due conduttori.
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PROPRIETA’ TERMICHE<br />
Temperatura di transizione vetrosa Tg: La temperatura a cui un polimero amorfo passo da uno stato di rigidità ad uno di viscosità o<br />
gommosità.<br />
Coefficiente di espansione termica CTE: La variazione delle dimensioni lineari di un materiale per unità di variazione di temperatura.<br />
Il tasso di espansione risulta molto più piccolo al disotto di Tg rispetto che al disopra, inoltre per i supporti in tessuto di fibra di vetro<br />
risulta diverso se riferito alle rispettive direzioni del materiale.<br />
L’espansione termica riferita all’asse z influenza pesantemente l’affidabilità del circuito stampato dal momento che i fori placcati si<br />
estendono in tale direzione. Un’eccessiva espansione termica seguita dalla relativa contrazione causa una rovinosa deformazione dei<br />
fori placcati ed uno stress alle piazzole di connessione ai componenti.<br />
L’espansione termica riferita al piano x/y compromette essenzialmente l’affidabilità della connessione tra i componenti ed il supporto.
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PROPRIETA’ TERMICHE<br />
Grado di polimerizzazione: La polimerizzazione è una reazione chimica che modifica permanentemente le proprietà fisiche di un<br />
materiale. Le resine impiegate nei supporti presentano dei siti reattivi che sottoposti ad applicazione di calore tendono a legarsi tra<br />
loro. Questa polimerizzazione modifica le caratteristiche del materiale (incrementandone anche Tg) in proporzione al numero dei siti<br />
attivati. Quando la maggior parte dei legami è avvenuta il materiale è detto completamente polimerizzato ed assume la sua proprietà<br />
fisica finale. Dal momento che il grado di polimerizzazione influenza la temperatura di transizione vetrosa, il suo valore deve essere<br />
tenuto conto in fase di progetto per non causare una perdita di affidabilità del circuito stampato.<br />
Tempo di delaminazione: Tempo necessario affinché si verifichi una separazione planare nel materiale sotto test ad una specificata<br />
temperatura ( generalmente 260°C). Fornisce un’informazione sul grado di aderenza tra la resina ed il supporto.<br />
Temperatura di decomposizione: Temperatura a cui il 5% della massa del campione è persa per decomposizione. Fornisce<br />
un’informazione sulla degradazione della resina.<br />
La temperatura di transizione vetrosa Tg può essere correlata ad altri parametri quali la forza di adesione del rame ed il tempo di<br />
delaminazione. Generalmente materiali con un’elevata Tg presentano ridotti tempi di separazione tra la resina ed il rame così come<br />
tra la resina ed il substrato. Per progettare un circuito stampato dalle caratteristiche affidabili è necessario bilanciare sapientemente<br />
le diverse proprietà.
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PROPRIETA’ FISICHE E MECCANICHE<br />
Forza di adesione del rame: Fornisce un’informazione sul grado di adesione tra i conduttori ed il substrato.<br />
Il valore è ottenuto in tre diverse condizioni di misura:<br />
dopo stress termico da saldatura a 288°C per 10s;<br />
ad elevata temperatura, generalmente 125°C;<br />
in seguito a processo chimico.<br />
Resistenza a flessione: E’ la misura del carico che il materiale riesce a sostenere senza rompersi quando le sue<br />
estremità sono supportate ed il carico è posto al centro.
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PROPRIETA’ FISICHE E MECCANICHE<br />
Fattore di assorbimento di acqua e di umidità: L’abilità del materiale a resistere all’assorbimento di acqua, sia dall’aria,<br />
sia quando è immerso in acqua. Il test prevede l’immersione del materiale in acqua distillata a 23°C per 24h,<br />
l’incisione del metallo di copertura, l’esposizione per 1h ad una temperatura compresa tra 105 e 110°C ed il<br />
successivo raffreddamento. Il campione viene pesato, immerso in acqua sotto specifiche condizioni e nuovamente<br />
pesato. Il fattore di assorbimento d’acqua è proporzionale alla variazione di peso riscontrata. L’acqua assorbita<br />
incrementa la costante dielettrica e riduce la rottura del dielettrico.<br />
Resistenza chimica: Generalmente è valutata misurando il grado di assorbimento del metilene clorico. La procedura<br />
standard prevede la rimozione del metallo superficiale, l’esposizione per 1h ad una temperatura compresa tra 105 e<br />
110°C ed il successivo raffreddamento. Il campione viene pesato, immerso in una soluzione di metilene clorico a<br />
23°C per 30min e nuovamente pesato. La resistenza chimica è proporzionale alla variazione di peso riscontrata.
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PROPRIETA’ ELETTRICHE<br />
Costante dielettrica relativa εr: Rapporto tra la capacità di una configurazione di elettrodi con uno specifico materiale interposto e la<br />
capacità offerta dalla stessa configurazione di elettrodi quando è interposto il vuoto. Fornisce una misura dell’effetto del dielettrico<br />
sulla capacità tra una traccia e le strutture sottostanti. Maggiore è la costante dielettrica, maggiore è la capacità e minore la velocità<br />
con cui i segnali possono viaggiare attraverso una linea.<br />
Fattore di dissipazione: Valore che rappresenta la tendenza di un materiale isolante ad assorbire parte dell’energia di un segnale in<br />
corrente alternata. Come per la costante dielettrica anche il fattore di dissipazione è funzione del contenuto di resina, della frequenza,<br />
della temperatura e dell’umidità.
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PROPRIETA’ ELETTRICHE<br />
Resistenza isolante volumetrica e superficiale: La resistenza elettrica di un materiale dielettrico tra due contatti o due conduttori. Dal<br />
momento che le proprietà possono variare con la temperatura ed il grado di umidità, due possibili misure standardizzate possono<br />
essere condotte:<br />
96h a 35°C con una percentuale di umidità del 90% (96/35/90);<br />
24h a 125°C (24/125).<br />
Rigidità dielettrica: La massima tensione, applicata in direzione ortogonale al piano, che il dielettrico può sopportare in specificate<br />
condizioni test senza che avvenga la rottura.<br />
Rottura dielettrica: Misura la capacità del materiale isolante nel sopportare breakdown parallelo alla superficie di laminazione quando<br />
è sottoposto ad elevate tensioni.
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
GLI STRUMENTI DI PROGETTO<br />
Computer Aided Engineering tools: impiegati nelle fasi di progetto che precedono la stesura del<br />
layout, per analizzare e valutare le prestazioni elettriche del layout.<br />
Computer Aided Design tools: impiegati per convertire il circuito elettrico descritto dallo<br />
schematic in un package o in un circuito stampato<br />
Computer Aided Manifacturing tools: impiegati nel processo di fabbricazione per la realizzazione<br />
fisica del circuito stampato.
CAE<br />
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
GLI STRUMENTI DI PROGETTO<br />
SCHEMATIC CAPTURE SYSTEMS: consentono all’ingegnere di posizionare simboli logici ed<br />
elettronici e di connettere i loro terminali tramite linee, possono generare netlist utilizzabili da simulatori<br />
o PCB routers.<br />
SINTETIZZATORI: consentono al progettista di specificare la funzione logica che un blocco del<br />
progetto debba eseguire. Il sintetizzatore estrae gli equivalenti circuiti logici da una libreria di funzioni e<br />
li connette secondo le modalità richieste.<br />
SIMULATORI: strumenti software che creano un modello basato su computer di un circuito e lo<br />
mandano in esecuzione per verificare che il circuito funzioni propriamente quando implementato in<br />
hardware.<br />
EMULATORI: strumenti hardware basati su elementi logici programmabili PLA che possono essere<br />
configurati per rappresentare un qualunque circuito logico.<br />
ANALIZZATORI DI <strong>CIRCUITI</strong>: strumenti che esaminano il circuito per assicurare il corretto<br />
funzionamento al variare del tempo tenendo conto della tolleranza dei componenti
CAD<br />
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
GLI STRUMENTI DI PROGETTO<br />
Ricevono la lista dei componenti, le regole di connessione ed altre informazioni riguardanti il layout dallo<br />
schematic o da altro strumento CAE.<br />
Consentono al progettista di creare l’impronta (footprint) per i piedini dei componenti e la loro connessione<br />
mediante tracce ramate. Le versioni più sofisticate determinano automaticamente la posizione ottima di<br />
ciascun componente sulla piastra (autoplacing) e connettono automaticamente (autorouting) i piedini<br />
seguendo un’opportuna tavola di regole (quali componenti debbano essere posizionati in gruppo o in<br />
prossimità dei connettori, quale debba essere la minima distanza tra due tracce vicine, quale debba<br />
essere la massima distanza tra due punti del circuito, ecc.).<br />
In uscita i CAD forniscono le informazioni necessarie per fabbricare, assemblare e testare la PCB.
CAD<br />
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
GLI STRUMENTI DI PROGETTO<br />
PLACEMENT TOOLS: ricevono la lista dei componenti, la netlist con cui i componenti debbano essere<br />
connessi, forma/dimensione/spaziatura dei piedini dei componenti, dimensione della PCB con<br />
indicazione delle aree in cui i componenti non possano essere piazzati, regole di spaziatura che<br />
assicurino ai componenti sufficiente spazio per il loro assemblaggio e testing, regole elettriche, regole<br />
termiche ... Operano in una modalità che varia da manuale a completamente automatizzata.<br />
ROUTERS: dopo la fase di piazzamento, i routers realizzano le fisiche connessioni tra i componenti<br />
come specificato dalla netlist. I routers possono essere completamente manuali, in qual caso il<br />
progettista specifica come le connessioni debbano essere realizzate mediante un’interfaccia grafica, o<br />
pienamente automatici mediante un software specializzato che prende la netlist, le regole di spaziatura,<br />
le regole di connessione e prende tutte le decisioni necessarie per connettere i componenti.<br />
Gridded router<br />
Gridless router<br />
Shape-based router
CAD<br />
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GLI STRUMENTI DI PROGETTO<br />
CHECKING TOOLS: verificano che i percorsi scelti per la PCB soddisfino le regole fornite dal<br />
progettista. Assicurano, inoltre, che tutti i circuiti siano completamente connessi e che non vi siano<br />
connessioni errate.<br />
OUTPUT FILE GENERATORS: dopo che i percorsi sono stati realizzati e tutte le connessioni verificate,<br />
il CAD produce una serie di file che descrivono ciascuno strato della PCB, i requisiti per lo screening, i<br />
requisiti per la foratura e tutte le informazioni contenute nella netlist necessarie per la realizzazione<br />
fisica del circuito stampato. Vengono generati file per il photoplotting, file pick-and-place, file per testare<br />
la board nuda ed assemblata, ecc…. Tra i file da inviare ad un fabbricatore di PCB vi sono i file gerber<br />
relativi ai photoplot per la realizzazione degli strati,delle maschere di solder e della serigrafia ed i report<br />
per l’allocazione dei fori placcati/non placcati.<br />
La nostra scelta: PROTEL
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />
Problemi comuni che si incontrano durante il progetto
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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong>
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