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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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

<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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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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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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<strong>INTRODUZIONE</strong> <strong>AI</strong> <strong>CIRCUITI</strong> <strong>STAMPATI</strong><br />

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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