Schede elettroniche: tecnologie emergenti e standard di qualità

Nel panorama tecnologico attuale, le schede elettroniche svolgono un ruolo fondamentale. Sono alla base del funzionamento di una vasta gamma di dispositivi, dai semplici elettrodomestici agli smartphone di ultima generazione.

Tecniche avanzate di progettazione PCB per tecnologie emergenti

Se fino a qualche anno fa ci sembrava normale alzare l’antenna quando ricevevamo una telefonata, oggi tutto quello che dobbiamo fare è far scorrere il dito su un vetro.

Questo passo è stato possibile grazie all’esponenziale evoluzione dei processi produttivi dei PCB, ma anche alla miniaturizzazione dei componenti che vengono montati su di essi.

Molti di noi hanno in mente circuiti stampati vecchi, pesanti o con piste dalle forme improbabili per fare in modo che non si incrociassero prodotti con mascheratura e bagni in acido, su cui venivano montati componenti grossi e colorati.

Oggi la progettazione di un PCB prende il via da strumenti CAD molto avanzati che ci danno la possibilità di modellare i circuiti in funzione delle nostre necessità, mettendoci a disposizione un’infinità di possibilità con cui creare la superficie di montaggio più consona all’applicazione che dovremo sviluppare.

Oggigiorno possiamo realizzare un PCB, con un massimo di 20 strati ma in futuro, sicuramente, si potranno raggiungere un

numero maggiore di strati, anche se solitamente lavoriamo su stampati di massimo 10 strati.

Guardando al futuro, la flessibilità sarà la chiave per raggiungere nuove categorie di prodotti, adattabili a forme sempre meno piane pur mantenendo dimensioni generose, come emerge dai recenti trend degli smartphone.

L'evoluzione dei PCB non si limita all'estetica e alla flessibilità: l'auto-routing delle piste rappresenta una vera rivoluzione, proponendosi di sostituire l'intervento umano nella creazione del PCB a partire da circuito elettrico e netlist - per approfondire i vantaggi dell'auto-routing,  consulta un articolo di IPC-Association Connecting Electronics Industries, un'organizzazione globale che riunisce aziende e professionisti del settore dell'elettronica.

Seppur l'auto-routing possa rivelarsi utile in casi semplici, in ARC riteniamo fondamentale un approccio manuale alla creazione dei percorsi delle piste. Questo ci permette di superare ostacoli esterni alla mera creazione del PCB, come vincoli di spazio nel contenitore, esigenze meccaniche o problematiche di assemblaggio.

Schede elettroniche: tecnologie di produzione e assemblaggio

Nell'odierno panorama produttivo, l'assemblaggio delle schede elettroniche è affidato quasi interamente alle macchine. Programmate con precisione, queste macchine garantiscono una produzione più efficiente e voluminosa rispetto alla manodopera umana, soprattutto quando si tratta di grandi quantità di componenti dalle dimensioni sempre più ridotte ed efficienti.

Tuttavia, il "legame" uomo-macchina rimane imprescindibile. Laddove le macchine incontrano situazioni non standard, è l'intervento dell'operatore umano a sopperire, garantendo flessibilità e adattabilità al processo dell'assemblaggio.

Montaggio SMD e POP: precisione e velocità in produzione

Le macchine per il montaggio SMD, chiamate "pick&place" per il loro caratteristico movimento, prelevano ogni componente dalla posizione prestabilita nei feeder e li depositano con precisione nel punto giusto della scheda PCB utilizzando ugelli che fanno il vuoto sulla superficie del componente tenendolo ancorato alla testa nella movimentazione.

ARC è stata tra le prime aziende ad adottare il montaggio SMD e POP (package on package) nella produzione di schede elettroniche e da allora siamo sempre stati all'avanguardia sulle ultime tecnologie, sia per quanto riguarda le macchine che i materiali.

Nuova linea di montaggio con 2 macchine

Oggigiorno, i lotti di produzione tendono ad aumentare per ottimizzare i costi di attrezzaggio delle macchine e garantire velocità. Inoltre per garantire velocità, precisione e affidabilità, abbiamo deciso di investire in una nuova linea di montaggio con due macchine in grado di raggiungere la velocità di 32.000 componenti all'ora l’una.

Come per le automobili, la velocità non basta senza il controllo: è fondamentale garantire un controllo impeccabile in ogni fase del processo produttivo delle schede elettronioche per assicurare un elevato standard qualitativo.  A partire dal controllo con "flying probe" eseguito fornitura da parte del produttore di PCB, prosegue con le telecamere di ogni macchina pick&place che identificano possibili difetti geometrici nei componenti, continua con il controllo ottico a microscopio elettronico sulle prime schede montate e termina nel test finale sull'intero lotto prodotto tramite l'utilizzo di una macchina AOI (Automatic Optical Inspection) programmabile, che verifica la conformità del montaggio di ogni scheda alle specifiche richieste.

AOI: controllo automatico per una qualità inpeccabile

L'AOI funziona confrontando le immagini acquisite con quelle di riferimento. richiesti a seconda della propria categoria di appartenenza. Ogni componente sulla scheda deve soddisfare tutti i parametri richiesti in base alla sua categoria. Ad esempio, un SO8 (integrato a 8 pin) viene sottoposto ai seguenti controlli:

• BODY (la forma del componente)
• CHAR (il nome del componente serigrafato su di esso dal produttore)
• IC Short (Controllo di eventuali cortocircuiti di stagno tra i pin)
• Pin color analizer (Confronto di immagini per verificare che la saldatura di ogni pin sia conforme)

Se anche solo una di queste verifiche fallisce, la macchina segnala la necessità di un intervento manuale per risolvere il problema di montaggio.

Con l’introduzione di quest’ultimo controllo automatico, abbiamo ridotto notevolmente le possibili problematiche che sarebbero emerse durante il collaudo, portando il nostro tasso di errore a un eccezionale 0,5% sull'intero lotto.

Componenti eccellenti: la chiave per un montaggio perfetto

Per raggiungere i più alti standard qualitativi nel montaggio di componenti elettronici, non bastano ottime macchine ma occorre puntare anche su i migliori componenti disponibili sul mercato non solo dal punto di vista tecnico, ma anche per quanto riguarda il packaging. Un packaging efficiente, all'interno di reel o vassoi, ottimizza la velocità e la precisione del montaggio. La perfetta disposizione dei componenti all'interno dei contenitori permette alle macchine di operare in condizioni ottimali, massimizzando così il loro rendimento.

Questo progresso nel packaging, ha permesso di limitare al massimo i difetti dei componenti, che spesso, pur all'apparenza perfetti, possono nascondere problematiche causate da un imballo o trasporto inadeguato. l'umidità è un elemento che sicuramente ha i peggiori effetti su chip di ogni genere soprattutto durante viaggi intercontinentali dove le condizioni atmosferiche non sono sempre ideali.

Per ovviare a questo problema, molto produttori hanno iniziato ad imballare i componenti in sacchetti sottovuoto. All'interno  di questi sacchetti oltre al componente stesso, sono inserite bustine di gel-silice per assorbire l’eventuale umidità e un cartoncino con indicatori di umidità. Questi indicatori cambiano colore in base al livello di umidità presente, permettendo un controllo visivo immediato delle condizioni di conservazione. Ogni cartoncino riporta un riferimento di colore per ogni percentuale di umidità e istruzioni su come agire in caso di non conformità.

Il nostro valore aggiunto: soluzioni complete per la produzione di schede elettroniche

Molti clienti ci chiedono la fornitura piena del lotto di schede ordinate, che include l'intero processo, dall'approvvigionamento dei PCB e dei componenti al montaggio, al collaudo funzionale e al packaging finale. 

La frontiera dei collaudi si sta sempre più automatizzando anche grazie ad una progressiva integrazione di diagnosi a bordo scheda ma soprattutto grazie alle interfacce utente sempre più complete e tecniche. Attraverso queste tecnologie e gli strumenti all’avanguardia di cui i nostri laboratori tecnici sono dotati, siamo in grado di individuare con precisione errori di misurazione o componenti difettosi nella fase di  costruzione prevenendo rotture dell'intero sistema in cui le schede verranno installate.