Storia illustrata dei circuiti stampati

Il primo circuito stampato (PCB) fu sviluppato negli anni '30 da Paul Eisler, che studiò ingegneria e fu redattore di riviste prima di dedicarsi all'ingegneria elettrica. Eisler ebbe l'idea che la stampa su carta potesse essere utilizzata non solo per i giornali. Sviluppò l'idea in un minuscolo monolocale a Hampstead, Londra.

Moe Abramson

La storia dei circuiti stampati è stata influenzata da molti sviluppi tecnologici. Alcuni dei primi circuiti stampati sono stati creati da Moe Abramson, un ingegnere informatico che ha contribuito a sviluppare il processo di assemblaggio automatico. Abramson ha anche sviluppato schemi di interconnessione con fogli di rame e tecniche di saldatura a immersione. Il suo processo è stato successivamente migliorato e il suo lavoro ha portato al processo standard di produzione dei circuiti stampati.

Il circuito stampato è un circuito che supporta meccanicamente e collega elettricamente i componenti elettronici. In genere è costituito da due o più strati di fogli di rame. Il suo processo di produzione consente una maggiore densità di componenti. È inoltre dotato di fori passanti per le connessioni elettriche. I PCB più avanzati incorporano anche componenti elettronici integrati.

Stanislao F. Danko

La storia dei circuiti stampati risale alla metà del XX secolo. Prima di allora, i componenti elettronici erano dotati di cavi metallici e venivano saldati direttamente alla traccia del circuito stampato. Il primo processo di autoassemblaggio è stato sviluppato da Moe Abramson e Stanislaus F. Danko, membri dei Signal Corps statunitensi. I due brevettarono questo processo, che da allora è diventato il metodo standard di fabbricazione dei circuiti stampati.

I circuiti stampati sono una parte importante dei dispositivi elettronici. Dai loro umili inizi a metà del 19° secolo, sono diventate di uso comune. La loro evoluzione è stata guidata dalla crescente domanda dei consumatori. I consumatori di oggi si aspettano una risposta immediata dai loro dispositivi elettronici. Nel 1925, Charles Ducas sviluppò un processo chiamato "filo stampato" per ridurre la complessità del cablaggio. Il dottor Paul Eisler costruì il primo PCB operativo in Austria nel 1943.

Harry W. Rubinstein

La storia dei circuiti stampati è stata in gran parte plasmata da un uomo di nome Harry W. Rubinstein, che ha lavorato come ricercatore e dirigente presso la divisione Centralab della Globe-Union dal 1927 al 1946. Durante la sua permanenza alla Centralab, Rubinstein fu responsabile di diverse innovazioni, tra cui il miglioramento dei pattini a rotelle, delle candele di accensione e delle batterie di accumulo. Tuttavia, la sua invenzione più famosa fu il circuito elettronico stampato.

La storia dei circuiti stampati inizia nei primi anni del 1900, quando i componenti elettronici venivano saldati su un circuito stampato. Il circuito stampato presentava dei fori per i conduttori, che venivano inseriti attraverso questi fori e poi saldati alle tracce di rame della scheda. Tuttavia, nel 1949, Moe Abramson e Stanislaus F. Danko svilupparono una tecnica che prevedeva l'inserimento dei conduttori dei componenti in un modello di interconnessione in lamina di rame e la loro saldatura a immersione. Questo processo fu poi adottato dai Signal Corps dell'esercito degli Stati Uniti e alla fine divenne un metodo standard per fabbricare circuiti stampati.

Componenti con tecnologia a montaggio superficiale (SMT)

SMT è una tecnologia che consente di applicare i componenti elettronici direttamente sulla superficie di un circuito stampato (PCB). Ciò consente una produzione più efficiente e un design più compatto. Inoltre, riduce il numero di fori, con conseguente riduzione dei costi di produzione. I componenti SMT sono anche più robusti e possono resistere a livelli più elevati di vibrazioni e urti.

Il vantaggio principale della tecnologia a montaggio superficiale rispetto ai componenti a foro passante è che è altamente automatizzata e riduce il numero di guasti durante il processo di saldatura. Inoltre, i componenti SMT sono molto più economici da confezionare rispetto alle loro controparti THT, il che significa che il prezzo di vendita è inferiore. Questo è un enorme vantaggio per i clienti che cercano circuiti stampati in grandi volumi.

Strati multipli di rame

I PCB con più strati di rame sono costruiti con più strati di lamine di rame e materiale isolante. Gli strati di rame possono rappresentare un'area di rame continua o tracce separate. Gli strati di rame conduttivo sono collegati tra loro mediante vias, canali sottili che possono trasportare corrente. Questi strati conduttivi sono spesso utilizzati per ridurre le EMI e fornire un chiaro percorso di ritorno della corrente. Di seguito sono elencati alcuni vantaggi dell'uso del rame sui circuiti stampati.

I PCB multistrato sono più costosi di quelli a singolo strato. Sono anche più complessi da produrre e richiedono un processo di fabbricazione più complicato. Nonostante il costo elevato, sono molto diffusi nelle apparecchiature elettroniche professionali.

Compatibilità elettromagnetica

La compatibilità elettromagnetica (EMC) è un aspetto importante della progettazione di un prodotto. Gli standard EMC sono un prerequisito per garantire il funzionamento sicuro dei prodotti. La progettazione di un circuito stampato deve essere compatibile dal punto di vista elettromagnetico con i suoi componenti e con l'ambiente circostante. In genere, i circuiti stampati non soddisfano gli standard EMC al primo passaggio. Pertanto, il processo di progettazione deve essere incentrato sul rispetto degli standard EMC fin dall'inizio.

Esistono diverse tecniche comuni per ottenere la compatibilità elettromagnetica. Un metodo consiste nell'applicare uno strato di terra su un circuito stampato. Un altro metodo prevede l'uso di griglie di terra per fornire una bassa impedenza. La quantità di spazio tra le griglie è importante per determinare l'induttanza di terra del circuito stampato. Le gabbie di Faraday sono un altro modo per ridurre le EMI. Questo processo comporta la creazione di una massa intorno al circuito stampato, che impedisce ai segnali di viaggiare oltre il limite di massa. Ciò contribuisce a ridurre le emissioni e le interferenze prodotte dai circuiti stampati.

Problemi con le sfere di saldatura dei componenti BGA e relativi rimedi

Solder ball issues of BGA components are common problems that can lead to deterioration of the components. These problems are caused by solder ball delamination or oxidation. Fortunately, the remedies are simple and do not require any complex technical knowledge. These solutions will help you prevent further damage to your components.

Solder ball delamination

BGA components are prone to problems related to solder balls, commonly referred to as “head-in-pillow defects”. The problem occurs when two metal surfaces are mechanically connected, often by a solder ball. The amount of contact between the ball and solder varies depending on the soldering process and the heat and pressure applied to the parts. Several studies have been conducted to understand the cause of this defect and the remedies for preventing it.

A faulty BGA can have serious effects on the functionality of the product. A typical remedy is to replace the affected component with a new one. However, this solution can be problematic and expensive. The better alternative is to reball the BGA component. It requires a technician to remove the affected components and install new solder in the bare areas.

In order to prevent solder ball issues, it is important to use the correct test socket. There are two types of test sockets: claw-shaped sockets and needle-point sockets. The former causes the solder ball to expand and become deformed, while the latter causes bumping and abrasion to the solder ball.

Solder ball oxidation

Solder ball oxidation issues of BGA components are a growing problem in electronics manufacturing. These defects are caused by incomplete merging of BGA/CSP component solder spheres with molten solder paste during the solder reflow process. These defects affect both lead-free and tin-lead soldered assemblies. However, there are ways to mitigate these problems.

One way to avoid this problem is to use solder paste that is semi-liquid. This will ensure that the ball does not short-circuit when heated. To ensure a solid solder joint, the solder alloy used is carefully chosen. This alloy is also semi-liquid, allowing individual balls to remain separate from their neighboring balls.

Another way to prevent solder ball oxidation is to protect your BGA components during handling. When transporting or shipping, make sure that your BGA components are placed in a non-static foam pallet. This will delay the oxidation process of the solder balls and sockets.

Solder ball removal

Solder ball removal for BGA components is a critical process. If the solder ball is not properly removed, the BGA component can be damaged and result in a messy product. Luckily, there are several ways to remove the ball from BGA components. The first way is to use a vacuum to remove any residual solder. A second way is to use a water-soluble paste flux.

In many cases, the most cost-effective method is reballing. This process replaces lead-free solder balls with leaded ones. This method ensures that the BGA component retains its functionality. The process is much more efficient than replacing the entire board, especially if the component is regularly used.

Before starting the process, a technician should research BGA components. Before touching the device, he or she needs to assess the size and shape of the solder balls. Besides, he or she must determine the type of solder paste and stencil to use. Other factors to consider are the type of solder and the chemistry of the components.

Solder ball reballing

Solder ball reballing of BGA components is a process that involves reworking electronic assemblies. This process requires reflow soldering and a stencil. The stencil has holes for solder balls to fit into. To achieve the best results, the stencil is made from high-quality steel. The stencil can be heated with a hot air gun or a BGA machine. The stencil is necessary for the BGA reballing process and helps to ensure that the solder balls fit into their correct locations.

Before reballing a BGA component, it is important to prepare the PCB for the process. This will prevent damage to the components. First, the PCB is preheated. This will allow the solder balls to become molten. Next, the robotic de-ball system picks up a row of components from a matrix tray. It applies flux to the solder balls. It then runs through a programmed preheat stage. After that, a dynamic solder wave removes the unwanted balls from the board.

In many cases, reballing a BGA component is more economical than replacing the entire board. Replacing an entire board can be costly, especially if it is used in regularly-operating machinery. In such cases, reballing is the best option. By replacing the solder balls with new ones, the board can withstand higher temperatures, which improves board longevity.