Come si effettua l’assemblaggio delle schede elettroniche?

Giorgio Morini

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Product Development

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Come si effettua l’assemblaggio di schede elettroniche?

Come si effettua l’assemblaggio di schede elettroniche

Bella domanda! 

Il processo è  particolarmente complesso e frastagliato ma cercherò di spiegartelo il più facilmente, e soprattutto brevemente, possibile. 

Partiamo innanzitutto dal presupposto che la tua scheda elettronica è già stata progettata e studiata dagli ingegneri dell’ufficio tecnico.
Siamo arrivati al punto, quindi, di aver già redatto tutte le specifiche, preparato il circuito elettronico tramite CAD e fatto lo sbroglio dello stesso (se non conosci cos’è lo sbroglio di un circuito clicca qui).

Siamo quindi pronti per cominciare con l’assemblaggio delle schede elettroniche

Cominciamo! 

Ho suddiviso il processo in 7 macro step, partendo dalla scelta dei componenti fino al collaudo e spedizione finale al cliente. 

1. Recuperare tutti i componenti

Lo possiamo fare partendo dalla distinta base! 

La lista di componenti che il software CAD elabora automaticamente una  volta completata la progettazione della scheda elettronica

La lista sarà mooolto lunga! I componenti saranno diversi e molto variegati tra loro: dalle resistenze elettriche al condensatore, dall’induttore ai relè ai transistor, etc,. 

Ma non spaventarti e andiamo con ordine. 

Come prima cosa servirà un circuito stampato, chiamato PCB (Printed circuit board) in gergo tecnico. Lo “stampato” è una piastra non conducente in fibra di vetro con al suo interno delle piste conduttive che interconnettono i componenti elettronici. 

Questo è il supporto, quindi, dove verranno saldati tutti i componenti elettronici. (Abbiamo creato un mini guida ai componenti delle schede elettroniche principali, che puoi vedere qui: link alla guida)

Se cerchi ancora più informazioni sui componenti elettronici, ecco il link alla pagina Wikipedia dedicata. 

Oltre al circuito stampato serviranno anche tutti i componenti che regolano e controllano la corrente elettrica all’interno della scheda. Questi si distinguono in: 

1. Componenti SMD: surface-mounted devices

2. Componenti PTH: Plated-Through Hole

I primi sono i componenti più piccoli come i processori, piccoli condensatori e resistenze, mentre i secondi sono quelli più grossolani che vanno installati attraverso una serie di fori che si trovano sul circuito stampato. 

Qui trovi qualche informazione in più sulla Surface-mount-technology.

Entrambe le categorie contengono dispositivi che regolano il passaggio della corrente che circola nella scheda elettronica. 

Di questi componenti (sia SMD che PTH) ne esistono migliaia di tipologie ma si possono generalmente catalogare in componenti: passivi (tipo le resistenze), attivi (come i transistor), e integrati (dispositivi digitali). 

La scelta dei componenti e la loro disposizione sul circuito stampato dipende dalle funzionalità che la scheda elettronica personalizzata dovrà compiere. 

La progettazione di una scheda elettronica è una delle parti più delicate nel processo di produzione di una scheda elettronica, sii sicuro di rivolgerti a un team di ingegneri specializzati che siano in grado di accompagnarti e consigliarti lungo il processo di progettazione. 

2. Applicazione della pasta adesiva

Una volta progettata la scheda elettronica, recuperato lo “stampato” e selezionati tutti i componenti siamo pronti ad assemblare la scheda elettronica. Prima di cominciare con il posizionamento dei componenti dovrai applicare una speciale pasta adesiva allo stagno. Questa servirà a saldare i componenti con il circuito stampato sottostante una volta riscaldata tramite un forno, ma ci arriviamo con calma in fondo al processo. L’applicazione della pasta adesiva è passaggio particolarmente delicato. Se la pasta, infatti, non viene spalmata attentamente in tutti i punti di contatto la scheda non potrà funzionare correttamente. Per applicare correttamente la pasta adesiva servirà un foglio metallico delle stesse dimensioni della scheda. Possiamo paragonarlo ai negativi delle vecchie macchine fotografiche. Il foglio metallico sarà quindi il negativo della scheda elettronica, con dei fori in corrispondenza dei punti dove andranno posizionati i componenti Il foglio metallico andrà adesso posizionato sopra la scheda elettronica e una speciale macchina si occuperà di mantenerlo aderente e con una spatola spalmare la pasta adesiva.

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3. Posizionamento dei componenti sul circuito stampato

Il circuito stampato con la pasta adesiva dovrà essere trasportato a una speciale macchina che preleverà i componenti dalle bobine e li posizionerà nel punto corretto sulla scheda elettronica. Queste macchine vengono generalmente chiamate pick&place

Normalmente questa processo viene suddiviso in due step. Per diminuire le rotture e incidenti infatti si preferisce concentrare i componenti più piccoli e leggeri sulla prima e quelli più grossolani/pesanti (compreso il processore sulla seconda). 

Questo permette anche di ottimizzare i tempi e aumentare l’efficienza del processo produttivo. 

La prima macchina potrà lavorare a velocità più elevate posizionando la maggior parte dei componenti (che sono piccoli e leggeri). La seconda raggiungerà velocità più basse ma dovendo maneggiare meno componenti permetterà di ottenere un tempo di produzione di una scheda elettronica minore

4. Saldatura schede elettroniche

Uno degli ultimi passaggi del processo di assemblaggio delle schede elettroniche è la saldatura della scheda.

Fino ad adesso i componenti sono stati solo posizionati sopra la scheda elettronica, ma non sono ancora saldati. 

Le schede elettroniche con tutti i componenti posizionati sopra vengono convogliate all’interno di un grosso forno

Qui vengono raggiunte temperature di alcune centinaia di gradi e la pasta adesiva, che contiene particelle di stagno, di scoglie saldando tra loro i componenti elettronici con il circuito stampato sottostante

Le schede vanno poi lasciate raffreddare per alcuni minuti prima di poter essere ispezionate. 

5. Ispezione Ottica delle Schede Elettroniche

Prima di passare al prossimo step ti consigliamo di procedere con un’accurata ispezione controllando che tutti i componenti siano stati effettivamente posizionati e saldati

Il processo può essere anche completamente automatizzato con dei speciali macchinari che fotografano ogni singolo componente, paragonandolo a una foto presa da un database di riferimento

Database che contiene tutte le foto di ogni singolo componente correttamente posizionato. 

In qualche minuto verranno controllati tutti i componenti verificando che siano stati posizionati e saldati correttamente.

6. Montaggio PTH

Completato questa prima parte del processo di assemblaggio della scheda elettronica, rimane “solo” da installare tutte le prese e i sistemi di alimentazione della scheda. Questi componenti particolarmente grossi e pesanti sono chiamati in gergo PTH

Questo processo viene ancora largamente fatto a mano da operatori specializzati. I componenti vengono predisposti su appositi fori e a mano saldati tramite stagno fuso. 

7. Collaudo funzionale della scheda elettronica e spedizione al cliente

Una volta completata anche l’installazione dei componenti PTH la scheda può essere collaudata un’ultima volta, adeguatamente impacchettata e spedita al cliente. 

È importante che il collaudo svolto prima di inviare la scheda al cliente sia di tipo funzionale invece che con aghi fissi. 

Questo perchè il collaudo funzionale delle schede elettroniche permetterà di verificare se tutti i componenti sono installati correttamente. Si eviteranno situazioni in cui i componenti sono installati ma con i poli invertiti, per esempio. 

Il collaudo funzionale permette anche di testare la reale intensità di corrente che circolerà nella scheda elettronica, oltre che alla differenza di potenziale. 

Questo consentirà di individuare e prevenire tutti i problemi di surriscaldamento che possono capitare durante il normale funzionamento. 

Passato anche questa ultima verifica siamo pronti per imballare attentamente la scheda elettronica e spedirla al cliente. 

Conclusioni

Finito! 

Se non ti sei ancora addormentato leggendo…complimenti, sei arrivato alla fine del processo!

Questo era, in sintesi, il processo di assemblaggio delle schede elettroniche

Come hai visto gli step per produrre una scheda elettronica sono molteplici e complicati. 

Si comincia con la scelta dei componenti, prima su tutti il circuito stampato che fa da supporto a tutti i componenti elettronici. Si continua con l’applicazione della pasta adesiva, il posizionamento dei componenti, la saldatura, l’ispezione, l‘installazione dei PTH e il collaudo finale con spedizione.  

P.s. Assicurati di avere un team di ingegnere elettronici esperti che sappiano progettare la scheda elettronica sbrogliando anche il circuito. Senza i file CAD che prodotti dall’ufficio tecnico sarà impossibile procedere all’assemblaggio fisico della scheda elettronica

Ora vai… e che l’elettronica sia con te!

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