Progettazione schede elettroniche: componenti e fasi di montaggio

I microprocessori

I microprocessori sono quelle componenti che guidano la scheda elettronica: le schede elettroniche sono presenti in qualsiasi dispositivo di uso quotidiano. Il microprocessore è un circuito elettronico costituito da microchip con la funzione di elaborare informazioni e istruzioni: i transistor sono l’elemento primario del chip mentre i conduttori trasferiscono la corrente elettrica da una componente all’altra. Il microprocessore è di dimensioni ridotte e per funzionare al meglio necessita di integrazioni esterne come la memoria RAM e le periferiche di ingresso e uscita. Se la scheda elettronica non richiede funzionalità particolari, viene utilizzato un microcontrollore dove tutti gli elementi sono riuniti in un unico chip: il microcontrollore ha quindi delle capacità inferiori con frequenze più basse rispetto al microprocessore. Il microprocessore richiede un dispendio energetico di molto maggiore al microcontrollore e questo perché le capacità del microprocessore sono nettamente superiori. A seconda del progetto per la scheda elettronica, i microprocessori vengono scelti in base ad una molteplicità di fattori:

• Mansioni della scheda elettronica
• Budget del cliente
• Performance richieste al microprocessore

La scelta del microprocessore determina la funzionalità e le performance della scheda elettronica.  

Montaggio delle schede elettroniche

Il montaggio delle componenti può essere eseguito in due modalità:

1. Montaggio PTH: prevede sia montaggio che saldatura manuali tramite una stazione saldante che raggiunge temperature fino a 360°. Il montaggio manuale è necessario quando sono presenti delle componenti della scheda elettronica non avanzate per cui non sono disponibili degli equivalenti in SMT.
2. Montaggio SMT: sta per surface mount technology ed è tutta quella tecnologia che prevede il processo di montaggio delle componenti nei circuiti elettronici. Questo tipo di processo offre particolari vantaggi:

• Dimensioni ridotte delle componenti e quindi delle schede elettroniche
• Montaggio più rapido delle componenti
• Possibilità di sfruttare entrambe le facciate del circuito per il montaggio dei componenti

In questa tipologia di montaggio la saldatura è completamente automatica tramite forno automatizzato e in questo assemblaggio non vengono applicati fori sulla superficie dei circuiti. Assemblati tutti i componenti della scheda elettronica si passa alla fase del collaudo: in questa parte del processo vengono testati tutti i circuiti affinché si arrivi alla perfetta compatibilità con il progetto iniziale della scheda elettronica. Il collaudo prevede il controllo di tutte le fasi della progettazione e il test di tutti i circuiti elettronici. Ogni scheda elettronica presenta un datasheet dove sono documentati tutte le informazioni inerenti a ogni componente del circuito elettrico. Ogni elemento viene inizialmente saldato in una scheda elettronica campione tramite il profilatore termico: al termine viene controllato il grafico prodotto dal profilatore termico con le variazioni delle temperature del forno durante la saldatura. In particolare, il forno vapor-phase permette di creare profili standard da utilizzare per le schede elettroniche poiché rileva in modo minuzioso le variazioni di temperatura: in questo modo non è necessario creare profili per ogni scheda elettronica prodotto. Durante la fase di campionatura vengono evidenziati tutti gli errori e i difetti delle componenti grazie all’ispezione ottica automatica. Questo controllo permette di rilevare l’eccesso di presenza di stagno e l’eventuale futuro malfunzionamento della scheda elettronica. Per far si che in questa parte del processo non vengano fuori errori è necessario delineare nella fase della progettazione delle schede elettroniche, le caratteristiche che queste dovranno possedere: non basta conoscere i compiti che dovrà svolgere la scheda elettronica, ma è importante stabilire in quali condizioni dovrà lavorare tale scheda. In particolare se sarà sottoposta ad agenti atmosferici, a vibrazioni, le temperature alle quali sarà soggetta: in questo modo in fase di montaggio si avrà una visione d’insieme del prodotto che porterà ad una netta diminuzione dei malfunzionamenti della scheda elettronica.