Circuito stampato

Storia

I circuiti stampati provengono da sistemi di connessione elettrica che venivano usati negli anni 1850. Originariamente si usavano strisce o barre di metallo per collegare grandi componenti elettrici montati su basi di legno. Più tardi, le strisce di metallo furono sostituite da fili collegati a terminali a vite, e le basi di legno furono sostituite da telai di metallo. Questo permetteva di avere cose più piccole, il che era necessario quando i circuiti diventavano più complessi con più parti. Thomas Edison sperimentò metodi di utilizzo di metalli su carta di lino. Arthur Berry nel 1913 brevettò un metodo print-and-etch in Gran Bretagna. Nel 1925, Charles Ducas degli Stati Uniti sviluppò un metodo usando la galvanoplastica. Creò un percorso elettrico direttamente su una superficie isolata stampando attraverso uno stencil (una forma tagliata in una tavola o carta) con un inchiostro speciale che poteva condurre l'elettricità, proprio come i fili. Questo metodo fu chiamato "cablaggio stampato" o "circuito stampato".

Nel 1943, l'austriaco Paul Eisler, lavorando nel Regno Unito, brevettò un metodo per incidere il modello conduttivo, o circuiti, su uno strato di foglio di rame attaccato a una base dura che non conduceva elettricità. La tecnica di Eisler fu notata dai militari statunitensi che iniziarono ad usarla in nuove armi, comprese le spolette di prossimità nella seconda guerra mondiale. La sua idea divenne molto utile negli anni '50 quando fu introdotto il transistor. Fino a quel momento, i tubi a vuoto e altri componenti erano così grandi che i tradizionali metodi di montaggio e cablaggio erano tutto ciò che era necessario. Con l'introduzione dei transistor, tuttavia, i componenti divennero molto piccoli, e i produttori dovevano usare circuiti stampati in modo che anche le connessioni potessero essere piccole.

La tecnologia dei fori passanti placcati e il suo uso nei PCB multistrato furono brevettati dalla ditta statunitense Hazeltine nel 1961. Questo permetteva schede molto più complesse, con componenti posizionati molto vicini l'uno all'altro. I chip dei circuiti integrati sono stati introdotti negli anni '70, e questi componenti sono stati rapidamente incorporati nel design dei circuiti stampati e nelle tecniche di produzione. Oggi il circuito stampato può avere fino a 50 strati in alcune applicazioni.

La tecnologia a montaggio superficiale è stata sviluppata negli anni '60 ed è diventata ampiamente utilizzata alla fine degli anni '80.

Un circuito fatto a mano

Design

Il compito principale nella progettazione di un PCB è capire dove andranno tutti i componenti. Normalmente c'è un disegno o uno schema che sarà trasformato in un PCB. Non esiste un circuito stampato standard. Ogni scheda è progettata per il proprio uso e deve essere della misura giusta per adattarsi allo spazio richiesto. I progettisti di schede usano un software di progettazione assistita dal computer per disporre i disegni dei circuiti sulla scheda. Gli spazi tra i percorsi elettrici possono essere 0,04 pollici (1,0 mm) o più piccoli. Viene anche tracciata la posizione dei fori per i cavi dei componenti o i punti di contatto. Una volta che lo schema del circuito è stato tracciato, viene stampata un'immagine negativa di dimensioni esatte su un foglio di plastica trasparente. Con un'immagine negativa, le aree che non fanno parte dello schema del circuito sono mostrate in nero e lo schema del circuito è mostrato come chiaro. Il metallo viene poi rimosso dalle aree chiare, di solito con prodotti chimici. Questo disegno viene trasformato in istruzioni per una macchina perforatrice controllata dal computer o per la pasta saldante automatica usata nel processo di fabbricazione.

Produzione

La scheda è fatta con strati esterni di rame. Il rame indesiderato viene rimosso, lasciando i fili di rame che collegheranno i componenti elettronici. I componenti vengono posizionati sulla scheda, facendo contatto con i fili.

Fotoresist

I circuiti stampati sono talvolta realizzati con la fotolitografia. Un rivestimento chiamato fotoresist reagisce con la luce, e poi il circuito e il rivestimento vengono messi in uno sviluppatore. Questo metodo è costoso per ogni scheda, ma molto economico da impostare all'inizio.

Serigrafia

Ci sono, tuttavia, diversi metodi per fare un circuito. Alcuni circuiti professionali usano un metodo diverso per rimuovere il rame extra dal circuito. Viene usato un processo chiamato serigrafia. La serigrafia è quando un panno viene tirato stretto su un telaio. Poi un'immagine viene stampata sul tessuto. Poi l'inchiostro viene premuto attraverso il tessuto. L'inchiostro non va dove l'immagine è stata stampata sul tessuto. Si chiama serigrafia perché il tessuto è solitamente di seta. Il panno è solitamente di seta perché ha dei fori molto piccoli. la serigrafia è usata per stampare un inchiostro chiamato resist sulla tavola. Il resist è un inchiostro che resiste al mordenzante usato per fare il circuito. L'etchant dissolve il rame sulla scheda. Questo è più economico per ogni scheda rispetto alla foto-resistenza, ma è più costoso all'inizio.

Fresatura

Un altro modo per fare un circuito è usare un mulino. Un mulino è un trapano che si muove in molte direzioni. Il trapano rimuove una piccola quantità di rame ogni volta che si muove sulla scheda. Il mulino rimuove il rame intorno ai fili sulla scheda. Questo lascia del rame in più sulla scheda. Altri metodi non lasciano il rame extra sulla scheda. Questo metodo è più economico per scheda, ma l'attrezzatura per realizzarlo è costosa. Questo metodo non è usato spesso, perché gli altri due metodi sono più facili.