Le schede elettroniche, anche se spesso non si vedono o non ce ne accorgiamo, sono presenti in moltissimi oggetti che usiamo quotidianamente: apparecchiature domestiche (come ad esempio forno e lavatrice), computer, smartphone e anche macchine automatiche di fabbriche e uffici.
Ma cosa sono esattamente, e soprattutto come si costruiscono?
Cos’è una scheda elettronica?
Brevemente, quando si parla di scheda elettronica, si intende un componente hardware e software che fa parte di un sistema elettronico.
È un circuito stampato che comunica – grazie agli elementi montati sopra ad esso – con tutti i componenti elettrici della macchina, permettendone e migliorandone il funzionamento.
In pratica una scheda elettronica è il “cervello” che aziona la parte meccanica di qualsiasi macchina.
Come si costruisce una scheda elettronica?
Una scheda elettronica deve garantire funzionamento ottimale ed elevata durata nel tempo. Ovviamente il grado di difficoltà nella sua costruzione dipenderà anche dal tipo di macchina su cui andrà integrata.
Vi sono diversi step per l’assemblaggio di una scheda elettronica. Vediamoli.
1) Fase preliminare: la scelta dei componenti
Nel primo step preliminare, è necessario avere le idee chiare sull’assemblaggio e definire la tipologia di montaggio che si vuole effettuare: bisogna quindi sapere quali componenti si devono utilizzare per il prodotto che si vuole ottenere.
È importante distinguere, infatti, tra componenti SMT (Surface Mount Technology) e PTH (Pin Through Hole).
Nel primo caso, la tecnologia è più evoluta e l’assemblaggio avviene automaticamente, poiché i componenti non hanno un foro passante.
I componenti PTH invece devono essere saldati manualmente (con conseguente aumento di tempo di produzione e rischio di errore umano).
Per questioni di rapidità e precisione, generalmente una scheda elettronica viene montata con componenti SMT; la scelta dei componenti PTH viene fatta di solito per scelte economiche o tecniche del progettista, o perché non si trova l’equivalente componente SMT.
2) La prototipazione delle schede elettroniche
Dopo aver definito i componenti, si passa alla fase di prototipazione: prima della produzione in serie, viene realizzato un prototipo (un campione, insomma) del circuito stampato.
Questo step è essenziale perché viene realizzata una campionatura della scheda elettronica, che verrà poi analizzata nel dettaglio, così da evitare di dover riprodurre nuovamente le schede (rallentando i tempi e incrementando i costi) nel caso di malfunzionamenti o anomalie.
Inoltre, in questa fase viene anche stabilita la finitura migliore per la scheda elettronica, che può essere di diversi materiali, in base alla componentistica che viene montata sulla scheda.
Generalmente, per i circuiti più avanzati e complessi che richiedono la massima saldabilità, è preferibile scegliere la finitura oro (ha un grado di affidabilità e precisione migliore); quando il budget è più contenuto, invece, si può optare per l’argento o altri materiali.
3) Il montaggio delle schede elettroniche
Per il montaggio si parte sempre dal circuito stampato, cioè il pezzo su cui vengono applicati i diversi componenti: quando il prototipo di esso è in perfette condizioni, entra in gioco la macchina serigrafica, cioè quell’attrezzatura che ha lo scopo di depositare lo stagno in vista della saldatura.
Nel caso di componenti SMT, il circuito stampato viene immesso in questa macchina che, per mezzo di lamine sottilissime, deposita lo stagno nei punti in cui verranno inseriti i componenti.
Successivamente, proprio in questi punti dove è presente lo stagno, la macchina “Pick&Place” posiziona i diversi componenti della scheda elettronica.
Questa macchina, tramite delle bobine, letteralmente “prende e posiziona il componente”, infatti grazie a dei dati preimpostati, riconosce il punto esatto in cui va inserito e lo appoggia.
4) La saldatura delle schede elettroniche
Dopo aver ottenuto il circuito stampato su cui sono piazzati i componenti, si deve fare in modo che i pezzi diventino tutt’uno, quindi si passa alla fase di saldatura: senza questo passaggio, i componenti potrebbero levarsi facilmente.
La saldatura può essere effettuata per mezzo di una macchina Vapour Phase (una tecnologia più recente ed evoluta, che funziona tramite un liquido che raggiunge fino ai 230°C e si trasforma in vapore in grado di saldare la scheda elettronica), oppure mediante un forno ad infrarossi, di tipologia più tradizionale.
Dopo aver saldato i componenti, la scheda elettronica viene controllata da una macchina con controllo 3D per verificare la presenza, la correttezza, la polarità e la quantità di stagno utilizzato nei componenti montati.
5) Il collaudo delle schede elettroniche
Terminate queste fasi, viene fatta una simulazione del funzionamento della scheda (tramite attrezzatura di collaudo o simulatori), per individuare eventuali problematiche e correggerle prima dell’imballaggio e della consegna del prodotto.
Talvolta, può essere anche utilizzata una macchina a raggi X, che fa una “radiografia” della scheda elettronica, per verificare le parti e gli strati da cui è composta: saranno poi i tecnici a stabilire se è tutto a posto o se sono necessarie delle modifiche.
