la prima rivista italiana sui circuiti stampati - B2B24 - Il Sole 24 Ore
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PCB Magazine n.6 - GIUGNO 2011<br />
SPECIALE: Tecnologie di packaging<br />
IL SOLE <strong>24</strong> ORE S.p.A. - Sede operativa - Via Carlo Pisacane 1, ang. SS Sempione - 20016 PERO (Mi<strong>la</strong>no) - Rivista mensile, una copia € 5,00<br />
LA PRIMA RIVISTA ITALIANA SUI CIRCUITI STAMPATI<br />
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n.6<br />
GIUGNO 2011
Capacity On Demand<br />
Prova il vero „Capacity On Demand“ con <strong>la</strong><br />
nuova proposta SIPLACE SX „Rent Performance“<br />
Solo SIPLACE SX ti permette di scegliere ciò di cui<br />
hai bisogno quando ne hai bisogno. Per <strong>la</strong> <strong>prima</strong> volta<br />
è possibile incrementare le performance produttive<br />
del<strong>la</strong> macchina senza variare il „<strong>la</strong>yout“ del<strong>la</strong> linea e<br />
modificare il „foot print“. Ciò è possibile in tempi brevi<br />
nel momento in cui si debba gestire l’introduzione<br />
di un nuovo prodotto oppure in occasione di picchi<br />
produttivi stagionali. Sarà sempre possibile ripristinare<br />
<strong>la</strong> capacità iniziale del<strong>la</strong> linea qualora le richieste<br />
produttive rientrino negli standard. Come? Con<br />
le soluzioni SIPLACE SX Rent Performance, ci<br />
proponiamo come tuo partner tecnologico. Se non<br />
è possibile prevedere le esigenze di produttività<br />
futura, le nostre formule di noleggio portali ti offrono<br />
l’opportunità di proteggere il tuo cash flow.<br />
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Terremoti<br />
automobilistici<br />
Non se ne par<strong>la</strong> spesso in queste pagine, ma uno dei<br />
comparti di maggiore interesse per chi si occupi di<br />
c.s. è senz’altro quello automobilistico.<br />
Trasporti su gomma, automotive, sistemi avanzati<br />
di controllo del<strong>la</strong> circo<strong>la</strong>zione stradale sono tutti<br />
settori con forti ricadute per il nostro mondo,<br />
visto soprattutto che - da qualche tempo - i valori<br />
economici dell’elettronica a bordo dei veicoli privati<br />
hanno segna<strong>la</strong>to aumenti complessivi consistenti:<br />
oggi, secondo gli analisti di Morgan Stanley,<br />
il valore dell’elettronica per vettura circo<strong>la</strong>nte<br />
si attesta <strong>sui</strong> 5000 $ e, considerando che buona<br />
parte degli approvvigionamenti di componenti<br />
e dispositivi elettronici complessi proviene<br />
(o, almeno, proveniva fino all’11 marzo) dal<br />
Giappone, ecco che scatta il campanello d’al<strong>la</strong>rme.<br />
Sappiamo che <strong>la</strong> chiusura di interi stabilimenti<br />
industriali ha messo in ginocchio l’economia<br />
nipponica, con riflessi negativi sulle attività<br />
produttive internazionali. Sergio Marchionne,<br />
amministratore delegato di Fiat, ha fatto intendere<br />
di essere preoccupato per le forniture di componenti<br />
provenienti dal Giappone, soprattutto per quelli<br />
elettronici, e ha dichiarato che il gruppo da lui<br />
diretto conoscerà una flessione produttiva compresa<br />
fra le 50mi<strong>la</strong> e le 100mi<strong>la</strong> unità in Europa proprio<br />
per questi motivi nei prossimi mesi.<br />
Un primo effetto c’è già: <strong>la</strong> proposta di Honda<br />
di ridurre del 50% <strong>la</strong> produzione presso lo<br />
stabilimento britannico di Swindon, uno dei siti<br />
produttivi più grandi d’Europa, <strong>la</strong> dice lunga. E<br />
<strong>la</strong> decisione è dovuta in parte proprio a difficoltà<br />
▶ EditorialE<br />
di approvvigionamento di componenti elettronici<br />
dal<strong>la</strong> madrepatria, da cui - come si è detto -<br />
arriva <strong>la</strong> stragrande maggioranza dei componenti<br />
usati in Europa e in America dalle industrie<br />
automobilistiche.<br />
Diversificare le fonti di approvvigionamento<br />
diventa dunque una strada obbligata: si tratta<br />
una strategia condivisa ad esempio da Martin<br />
Winterkorn, presidente del gruppo Volkswagen.<br />
Non è una soluzione semplice da attuare, certo, ma<br />
di una scelta onerosa in termini di costi economici<br />
e tempi d’attuazione. E poi, lo si sa bene, <strong>la</strong><br />
supply chain più è complessa, più è vulnerabile,<br />
con <strong>la</strong> possibilità di incappare in problemi che<br />
ne potrebbero compromettere l’affidabilità<br />
complessiva.<br />
Tutte variabili da tenere in debito conto, dunque,<br />
se si vuole risolvere un problema che in questo<br />
momento non è dei minori. D’altra parte potrebbe<br />
essere questo il momento per dare un impulso a<br />
realtà locali, che possano in certo qual modo ovviare<br />
a questo “rallentamento”. Un rallentamento che è<br />
temporaneo secondo alcuni (lo stesso Marchionne<br />
prevede infatti un “rientro” del problema entro il<br />
quarto trimestre dell’anno), ma di cui sarebbe poco<br />
saggio non approfittare.<br />
PCB giugno 2011<br />
5
6 PCB giugno 2011<br />
▶ SOMMARIO - GIUGNO 2011<br />
IN COPERTINA<br />
Raggiungere certe performance è una<br />
questione di potenza.<br />
Ovunque ci sia l’esigenza di gestire<br />
connessioni di potenza elevate,<br />
dai costruttori di inverter, UPS<br />
ed azionamenti, fino all’impiego<br />
nel più recente settore dell’energia<br />
fotovoltaica, <strong>la</strong> gamma di morsetti<br />
e connettori per <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong><br />
di Phoenix Contact garantisce<br />
performance di eccellenza.<br />
L’azienda, leader tecnologico nel<br />
mondo dei sistemi di connessione per<br />
circuito stampato, dedica innovative<br />
soluzioni miniaturizzate al<strong>la</strong><br />
connessione di potenza ed al mercato<br />
dei LED.<br />
Phoenix Contact S.p.A.<br />
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20095 Cusano Mi<strong>la</strong>nino (MI)<br />
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agenda<br />
Eventi/Piano Editoriale _______________10<br />
a cura del<strong>la</strong> Redazione<br />
ultimissime _________________________12<br />
a cura di Riccardo Busetto<br />
l’angolo di copertina<br />
I giganti del<strong>la</strong> miniaturizzazione_________22<br />
a cura di Antonel<strong>la</strong> Galimberti<br />
speciale<br />
Tecnologie di packaging<br />
Lo sviluppo nel packaging<br />
e nelle interconnessioni ________________<strong>24</strong><br />
di Dario Gozzi<br />
Land Grid Array (LGA) package ________30<br />
di Davide Oltolina<br />
Quad f<strong>la</strong>tpack no lead _________________34<br />
di Dario Gozzi<br />
tecnologie<br />
Soluzioni alternative __________________36<br />
di L. Brandt, C. Jakob, L. Stam e D. Steinhäuser
progettazione<br />
Pianificazione topologica di dettaglio _____48<br />
(seconda parte)<br />
di Dean Wiltshire<br />
produzione<br />
L’automazione dei processi _____________54<br />
(<strong>prima</strong> parte)<br />
di Piero Bianchi<br />
Meno problemi con più ESD ___________60<br />
di Dario Gozzi<br />
Saldatura reflow a condensazione ________64<br />
di Davide Oltolina<br />
<strong>Il</strong> clearing dei pcb ____________________66<br />
(<strong>prima</strong> parte)<br />
di Fernando Rueda<br />
La tecnologia jet printing e <strong>la</strong> lean<br />
manufacturing _______________________70<br />
di Dario Gozzi<br />
test & quality<br />
<strong>Il</strong> test con <strong>la</strong> scansione acustica __________74<br />
di Davide Oltolina<br />
fabbricanti<br />
Produttori di <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong> in base<br />
al logo di fabbricazione ________________79<br />
a cura del<strong>la</strong> Redazione<br />
PCB giugno 2011<br />
7<br />
Anno 25 - Numero 6 - Giugno 2011<br />
www.elettronicanews.it<br />
direttore reSPonSabile: Pierantonio Palerma<br />
redazione: Riccardo Busetto (Responsabile di Redazione)<br />
ProPrietario ed editore: <strong>Il</strong> <strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ORE S.p.A.<br />
Sede legale: Via Monte Rosa, 91 - 20149 Mi<strong>la</strong>no<br />
PreSidente: Giancarlo Cerutti<br />
amminiStratore delegato: Donatel<strong>la</strong> Treu<br />
StamPa: Faenza Industrie Grafiche S.r.l. - Faenza (RA)<br />
Ufficio abbonamenti: www.shopping<strong>24</strong>.it<br />
abbonamenti.businessmedia@ilsole<strong>24</strong>ore.com<br />
Tel. 02 3022.6520 - Fax 02 3022.6521<br />
Prezzo di una copia 5 euro (arretrati 7 euro).<br />
Prezzo di un abbonamento Italia 42 euro, estero 84 euro.<br />
Conto corrente postale n. 28308203 intestato a: <strong>Il</strong> <strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ORE S.p.A.<br />
L’abbonamento avrà inizio dal primo numero raggiungibile.<br />
registrazione tribunale di mi<strong>la</strong>no n. 148 del 19/3/1994<br />
roc n. 6553 del 10 dicembre 2001<br />
associato a:<br />
conSUlente tecnico: Dario Gozzi<br />
col<strong>la</strong>boratori:<br />
Piero Bianchi, L. Brandt,<br />
Antonel<strong>la</strong> Galimberti, C. Jakob, Davide Oltolina,<br />
Fernando Rueda, L. Stam,<br />
D. Steinhäuser, Dean Wiltshire<br />
Progetto grafico e imPaginazione: Elena Fusari<br />
direttore editoriale bUSineSS media: Mattia Losi<br />
Sede oPerativa: Via Carlo Pisacane, 1 - 20016 PERO (Mi<strong>la</strong>no) - Tel. 02 3022.1<br />
Ufficio traffico: Tel. 02 3022.6060<br />
Informativa ex D. Lgs 196/3 (tute<strong>la</strong> del<strong>la</strong> privacy).<br />
il <strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ore S.p.a., tito<strong>la</strong>re del trattamento, tratta, con modalità connesse ai fini, i Suoi dati personali,<br />
liberamente conferiti al momento del<strong>la</strong> sottoscrizione dell’abbonamento od acquisiti da elenchi<br />
contenenti dati personali re<strong>la</strong>tivi allo svolgimento di attività economiche ed equiparate per i quali si<br />
applica l’art. <strong>24</strong>, comma 1, lett. d del d.lgs n. 196/03, per inviarle <strong>la</strong> <strong>rivista</strong> in abbonamento od in<br />
omaggio.<br />
Potrà esercitare i diritti dell’art. 7 del d.lgs n. 196/03 (accesso, cancel<strong>la</strong>zione, correzione, ecc.) rivolgendosi<br />
al responsabile del trattamento, che è il direttore generale dell’area Professionale, presso il<br />
<strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ore S.p.a., l’Ufficio diffusione c/o <strong>la</strong> sede di via carlo Pisacane, 1 - 20016 Pero (mi<strong>la</strong>no).<br />
gli articoli e le fotografie, anche se non pubblicati, non si restituiscono. tutti i diritti sono riservati; nessuna<br />
parte di questa pubblicazione può essere riprodotta, memorizzata o trasmessa in nessun modo o<br />
forma, sia essa elettronica, elettrostatica, fotocopia ciclostile, senza il permesso scritto dall’editore.<br />
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Privacy, via monte rosa 91, 20149 mi<strong>la</strong>no. i Suoi dati potranno essere trattati da incaricati preposti<br />
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di gruppo <strong>24</strong> ore per il perseguimento delle medesime finalità del<strong>la</strong> raccolta, a società esterne<br />
per <strong>la</strong> spedizione del<strong>la</strong> <strong>rivista</strong> e per l’invio di nostro materiale promozionale.<br />
Annuncio ai sensi dell’art 2 comma 2 del “Codice di deontologia re<strong>la</strong>tivo al trattamento dei dati<br />
personali nell’esercizio del<strong>la</strong> attività giornalistica”.<br />
<strong>la</strong> società il <strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ore S.p.a., editore del<strong>la</strong> <strong>rivista</strong> Pcb magazine rende noto al pubblico che esistono<br />
banche dati ad uso redazionale nelle quali sono raccolti dati personali. il luogo dove è possibile<br />
esercitare i diritti previsti dal d.lg 196/3 è l’ufficio del responsabile del trattamento dei dati personali,<br />
presso il coordinamento delle segreterie redazionali (fax 02 3022.60951).
8 PCB giigno 2011<br />
▶ Si par<strong>la</strong> di - Le aziende citate<br />
azienda pag. azienda pag. inserzionisti pag.<br />
a Aab. Tech ______________ 20<br />
Acel ___________________ 20<br />
Agm __________________ 20<br />
Alba Elettronica _________ 20<br />
Arel ___________________ 20<br />
Assembléon _____________ 14<br />
Atotech ________________ 14<br />
B Baselectron _____________ 20<br />
C Cabiotec ____________ 70-73<br />
Ciste<strong>la</strong>ier _______________ 20<br />
Confindustria Anie _______ 16<br />
Corona ________________ 20<br />
C-Tech Innovation _______ 14<br />
d DPI ________________ 64-65<br />
E Ermes _________________ 20<br />
Esseti Circuiti ___________ 20<br />
Esseti Elettronica ________ 20<br />
F Fin.Pro. ________________ 12<br />
Fonover ________________ 20<br />
G Gruppo PCB Italy _______ 20<br />
i Ierre ___________________ 20<br />
Indium_________________ 14<br />
Isorg __________________ 14<br />
K Koh Young _____________ 14<br />
Kyzen ______________ 66-68<br />
l Lopar __________________ 20<br />
M Mentor Graphics _ 14, 48-50, 52<br />
Millenium Dataware ______ 20<br />
Mydata _____________ 70-73<br />
N Neutec Electronic AG ____ 12<br />
O O&B __________________ 20<br />
OMR Italia _____________ 20<br />
ORPRO Vision _________ 12<br />
p P2S Elettronica __________ 20<br />
P.C.S. __________________ 20<br />
Phoenix Contact ______ 22-23<br />
Piciesse ________________ 20<br />
Prodelec ________________ 12<br />
r Ramidia ________________ 20<br />
Rehm _______________ 64-65<br />
S S.I.T.EL _______________ 20<br />
Silga ___________________ 20<br />
Sip<strong>la</strong>ce (ASM) __________ 18<br />
Sonoscan ____________ 74-76<br />
ST Microelectronics ______ 14<br />
T Techboard ______________ 20<br />
Tecnomaster ____________ 20<br />
Tecnometal _____________ 20<br />
Teknit _________________ 20<br />
V Verdant Electronics _______ 14<br />
VJ Electronix ____________ 18<br />
Z Zestron ________________ 14<br />
a<br />
aPeX tOOL ....................................... 27<br />
aReL .................................................. 80<br />
aSM aSSeMBLY SYSteM .................... 3<br />
aUReL aUtOMatiOn ...................... 43<br />
B<br />
BaRBieRi ........................................... 26<br />
BaSeLectROn .................................. 80<br />
C<br />
caBiOtec ............................................ 4<br />
cOOKSOn eLectROnicS .................. 31<br />
cOROna ........................................... 80<br />
E<br />
e.O.i. tecne ...................................... 51<br />
eLaBORa .......................................... 53<br />
F<br />
FaRneLL ........................................... 47<br />
FieRa PROdUctROnica .................. 25<br />
FLeXLinK SYSteMS<br />
diViSiOne e-cUBe .......................... 39<br />
i<br />
i-tROniK ....................................11 - 19<br />
inVentec ......................................... 63<br />
iScRa dieLectRicS ....................iV cop.<br />
l<br />
LiFe PROJect ...............................9 - 29<br />
LiFeteK .............................................. 17<br />
M<br />
MentOR GRaPHicS ......................... 55<br />
MYaUtOMatiOn ............................. 41<br />
O<br />
OMR itaLia ................................ ii cop.<br />
OSai a.S. .......................................... 57<br />
p<br />
PacKtROnic ..................................... 33<br />
PHOeniX cOntact ..................... i cop.<br />
PROdeLec ..................................13 - 15<br />
r<br />
RaMidia ........................................... 81<br />
RS cOMPOnentS ...................... iii cop.<br />
S<br />
SPea .................................................. 45<br />
SteaLtecH ........................................ 37<br />
SteLViO KOnteK .............................. 59<br />
T<br />
tecnOMaSteR ..........................75 - 81<br />
tecnOMetaL ............................73 - 82<br />
W<br />
Win-teK ............................................ 21
10 PCB giugno 2011<br />
▶ AGENDA - FIERE E CONVEGNI<br />
Data e luogo Evento Segreteria<br />
31 maggio - 2 giugno<br />
Mosca, Russia<br />
5 - 10 giugno<br />
San Diego, CA<br />
USA<br />
21 - 23 giugno<br />
Minneapolis, Minnesota<br />
USA<br />
22 - 23 giugno<br />
Or<strong>la</strong>ndo, FL<br />
USA<br />
23 - 26 giugno<br />
Bangkok,<br />
Tai<strong>la</strong>ndia<br />
SEMICON Russia 2011 SEMI Moscow<br />
Al<strong>la</strong> Famitskaya<br />
Tel. +7 495 97.86.291<br />
Mob. +7 926 22.39.272<br />
afamitskaya@semi.org<br />
48th DAC 2011 Cayenne Communication<br />
Publicity Chair, 48th DAC<br />
michelle.c<strong>la</strong>ncy@cayennecom.com<br />
www.dac.com<br />
IPC International Conference<br />
on Flexible Circuits<br />
2011 Americas HyperWorks<br />
Technology Conference<br />
Gennaio<br />
Macchine e sistemi coinvolti nel<strong>la</strong> produzione di <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong><br />
Febbraio<br />
<strong>Il</strong> test funzionale<br />
Marzo<br />
Rego<strong>la</strong>mentazione e ricic<strong>la</strong>ggio dei materiali elettronici<br />
Aprile<br />
Come è cambiata <strong>la</strong> distribuzione<br />
Maggio<br />
Forni e profili termici<br />
Giugno<br />
Tecnologie di packaging<br />
Luglio - Agosto<br />
<strong>Il</strong> punto sulle certificazioni, i centri SIT, le normative<br />
Settembre<br />
EMS, CEM e mondo dei terzisti<br />
Ottobre<br />
Saldatura selettiva<br />
Novembre<br />
Panoramica P&P<br />
Dicembre<br />
AOI, ispezione 3D dei depositi serigrafici, raggi X<br />
IPC - Association Connecting Electronics Industries<br />
3000 Lakeside Drive, 309 S,<br />
Bannockburn, IL - 60015 - USA<br />
Tel. +1 847 61.57.10.0<br />
Fax +1 847 61.57.10.5<br />
One Grand Cypress Blvd.,<br />
Or<strong>la</strong>ndo, FL 32836 - USA<br />
Tel. +1 407 23.91.234<br />
Fax +1 407 23.93.800<br />
Assembly Technology 2011 Reed Tradex Company<br />
32nd fl., Sathorn Nakorn Tower<br />
100/68-69 North Sathon Rd.<br />
Silom, Bangrak, 10500 - Bangkok, Tai<strong>la</strong>ndia<br />
Tel. +662 68.67.299<br />
Fax +662 68.67.288<br />
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www.reedtradex.com<br />
Piano editoriale 2011 Editorial calendar 2011<br />
January<br />
Machines and Systems for PCB Production<br />
February<br />
Functional Testing<br />
March<br />
Electronics Materials Rules and Recycling<br />
April<br />
A World in Changing: the Distribution<br />
May<br />
Ovens and Thermal Profiles<br />
June<br />
Packaging Technologies<br />
July - August<br />
Certifications, Calibration and Certification Centers, Regu<strong>la</strong>tions<br />
September<br />
The World of EMS and CEM<br />
October<br />
Selective Soldering<br />
November<br />
Pick & P<strong>la</strong>ce Survey<br />
Dicember<br />
AOI, 3D Printing Inspection, X-Ray
12 PCB giugno 2011<br />
▶ ULTIMISSIME - C.S. E DINTORNI<br />
Nuova sede per ORPRO Vision<br />
ORPRO Vision, leader nel mercato dell’ispezione<br />
ottica 3D, ha trasferito <strong>la</strong> sede centrale tedesca<br />
in un nuovo e più ampio edi cio, poco distante dal<br />
precedente. I nuovi u ci o rono maggiore spazio<br />
per i reparti commerciale, amministrativo e per il<br />
supporto tecnico; inoltre, il <strong>la</strong>boratorio di ricerca e<br />
sviluppo è stato ulteriormente ingrandito a seguito del<br />
recente ampliamento del personale R&D.<br />
I clienti in visita presso ORPRO Vision possono<br />
ora disporre di una sa<strong>la</strong> riunioni dedicata e possono<br />
assistere a dimostrazioni su tutta <strong>la</strong> gamma di sistemi<br />
per l’ispezione ottica post-serigra a, post-saldatura<br />
e post-p<strong>la</strong>cement incluso il nuovissimo sistema da<br />
banco Insite B.<br />
<strong>Il</strong> Gruppo Fin.Pro. disinveste da Neutec<br />
La holding Fin.Pro. ha<br />
recentemente deciso di<br />
vendere le proprie quote<br />
del<strong>la</strong> società svizzera<br />
Neutec Electronic AG,<br />
nel<strong>la</strong> quale aveva deciso di<br />
investire negli anni passati.<br />
Le quote sono<br />
state vendute a Jurg<br />
Neuenschwander, General<br />
Manager di Neutec, che<br />
già deteneva il 48% del<strong>la</strong><br />
società. Roberto Gatti,<br />
Presidente di Fin.Pro.,<br />
ha dichiarato: “In<br />
passato abbiamo<br />
deciso di investire nel<br />
mercato svizzero perché<br />
strettamente collegato a<br />
quello italiano dal punto<br />
di vista commerciale<br />
e per <strong>la</strong> comunanza<br />
dei marchi distribuiti.<br />
Attualmente, però,<br />
non sussistono più i<br />
presupposti per gestire<br />
Adam Shaw, responsabile del<strong>la</strong> Ricerca & Sviluppo,<br />
ha commentato: “<strong>Il</strong> team di ORPRO Vision è<br />
considerevolmente aumentato, e questo ha portato<br />
al<strong>la</strong> necessità di cercare una nuova sede. La nuova<br />
demo-room che è stata realizzata o re lo spazio per<br />
presentare l’attuale gamma di prodotti e le nuove<br />
piattaforme, per e ettuare training e user group<br />
meeting. La nuova sede ha già ospitato il primo<br />
distributor meeting europeo durante il quale è stato<br />
presentato in ante<strong>prima</strong> il nuovo sistema di ispezione<br />
ottica da banco Insite B, che ha riscosso un notevole<br />
successo al<strong>la</strong> era SMT”.<br />
www.orprovision.com<br />
direttamente il mercato<br />
attraverso una società<br />
di proprietà. L’area del<br />
Canton Ticino riveste<br />
comunque notevole<br />
importanza per Prodelec,<br />
e verrà seguita attraverso<br />
un commerciale dedicato<br />
a quel<strong>la</strong> zona. Abbiamo<br />
posto in essere degli<br />
accordi con Neutec per<br />
continuare a seguire il<br />
mercato svizzero”.<br />
Fin.Pro., del<strong>la</strong> quale fanno<br />
parte Prodelec (Italia)<br />
e il Gruppo ORPRO<br />
Vision (Germania,<br />
America e Asia),<br />
ha scelto di concentrarsi<br />
su altre operazioni, che<br />
riguardano in partico<strong>la</strong>re<br />
le operatività italiane<br />
e quelle di Orpro Vision.<br />
www.prodelecgroup.com<br />
www.orprovision.com
14 PCB giugno 2011<br />
SMT/HYBRID/PACKAGING 2011<br />
Grande successo per<br />
<strong>la</strong> consueta edizione<br />
<strong>prima</strong>verile di SMT/<br />
HYBRID/PACKAGING,<br />
che si è svolta a<br />
Norimberga fra il 3 e il 5<br />
maggio e che quest’anno<br />
si è presentata presso <strong>la</strong><br />
sede fieristica cittadina da<br />
poco ristrutturata ora di<br />
indubbio impatto estetico<br />
complessivo.<br />
Rispetto al<strong>la</strong> scorsa<br />
edizione – che già aveva<br />
fatto segna<strong>la</strong>re riscontri<br />
di rilievo all’uscita dal<strong>la</strong><br />
crisi – l’evento bavarese ha<br />
fatto registrare quest’anno<br />
un ulteriore successo in<br />
termini di visitatori e di<br />
spazio espositivo, con un<br />
aumento significativo<br />
anche in termini di<br />
interventi congressuali.<br />
Contro i 26.000 mq<br />
occupati dal<strong>la</strong> sezione<br />
espositiva dell’edizione<br />
2010, quest’anno i numeri<br />
hanno segnato una crescita<br />
di circa il 4% dell’area di<br />
esposizione (27.000 mq),<br />
spazio che ha permesso<br />
ai più di 530 espositori<br />
di presentare prodotti e<br />
soluzioni per l’industria<br />
elettronica.<br />
Anche se, naturalmente,<br />
non sono da segna<strong>la</strong>re<br />
novità di partico<strong>la</strong>re<br />
rilevanza, ciò a causa<br />
principalmente<br />
dell’imminente edizione<br />
di Productronica<br />
(evento biennale che<br />
si terrà a Monaco il<br />
prossimo novembre)<br />
<strong>la</strong> partecipazione in<br />
termini di presentazioni<br />
tecnologiche è stata<br />
tutt’altro che scarsa,<br />
così come <strong>la</strong> presenza di<br />
visitatori stranieri che ha<br />
confermato una tendenza<br />
all’internazionalizzazione<br />
già notata nelle scorse<br />
edizioni.<br />
Importanti sono<br />
stati, come si è detto,<br />
le manifestazioni<br />
congressuali, fra le quali<br />
hanno spiccato per<br />
interesse e innovazione il<br />
consueto appuntamento<br />
con EIPC e, quest’anno<br />
in partico<strong>la</strong>re, <strong>la</strong> seconda<br />
edizione dell’ “Electronics<br />
Day” organizzato dal<br />
Sustainable Electronics<br />
Manufacturing (SEM)<br />
Working Group il giorno 4<br />
maggio. Con una presenza<br />
importante di esperti del<br />
settore dell’elettronica<br />
industriale (rappresentanti<br />
di ST Microelectronics,<br />
C-Tech Innovation,<br />
Assembléon, Koh Young,<br />
Mentor Graphics,<br />
Atotech, Indium, Verdant<br />
Electronics, Isorg e<br />
Zestron) il SEM Working<br />
Group ha ribadito gli<br />
obiettivi di col<strong>la</strong>borazione<br />
per <strong>la</strong> definizione di una<br />
roadmap industriale<br />
che segua <strong>la</strong> linea del<strong>la</strong><br />
sostenibilità nel<strong>la</strong><br />
produzione elettronica<br />
industriale.<br />
Evento altrettanto<br />
importante è stata<br />
quest’anno <strong>la</strong> premiazione<br />
del giovane ingegnere<br />
da parte del comitato di<br />
valutazione presieduto dal<br />
direttore generale di SMT,<br />
Udo Weller.<br />
Quest’anno è stato<br />
dichiarato vincitore del<br />
premio Daniel Hahn<br />
del Fraunhofer IZM di<br />
Berlino con <strong>la</strong> sua ricerca<br />
dal titolo “Zuverlässigkeit<br />
konkaver Flip-Chip-<br />
Lotverbindungen bei<br />
kombinierter Be<strong>la</strong>stung<br />
durch Temperatur und<br />
Vibration” (Affidabilità<br />
giunti di saldatura flipchip<br />
concavi sotto l’esposizione<br />
combinata di temperatura<br />
e vibrazioni).<br />
La prossima edizione<br />
di SMT/HYBRID/<br />
PACKAGING si terrà<br />
sempre presso <strong>la</strong> stessa<br />
sede fra l’8 e il 10 maggio<br />
del 2012.
16 PCB giugno 2011<br />
Elettronica ed elettrotecnica <strong>italiana</strong>,<br />
un trimestre tra luci e ombre<br />
Fatturati e ordini in<br />
crescita, produzione<br />
industriale in calo. È un<br />
ritratto con luci e ombre<br />
quello dipinto dall’Istat<br />
sul primo trimestre<br />
2011 dell’industria<br />
dell’elettronica e<br />
dell’elettrotecnica<br />
<strong>italiana</strong>. Secondo i dati<br />
appena diffusi, i due<br />
comparti rappresentati da<br />
Confindustria Anie hanno<br />
evidenziato nel primo<br />
trimestre 2011 dinamiche<br />
differenziate nel recupero<br />
dei principali indicatori.<br />
Nello specifico, i dati<br />
re<strong>la</strong>tivi al fatturato<br />
continuano a mostrare<br />
tassi di recupero<br />
dinamici. A marzo 2011,<br />
nel confronto con lo<br />
stesso mese del 2010,<br />
l’industria elettrotecnica<br />
<strong>italiana</strong> ha evidenziato<br />
un incremento del<br />
fatturato totale del 10,5%,<br />
l’elettronica del 21,7%<br />
(+8,8% <strong>la</strong> variazione nel<strong>la</strong><br />
media del manifatturiero).<br />
Nel primo trimestre 2011,<br />
nel confronto su base<br />
annua, il volume d’affari<br />
complessivo ha registrato<br />
una crescita del 16,7% per<br />
l’elettrotecnica, del 19,7%<br />
per l’elettronica (+10,9%<br />
<strong>la</strong> variazione nel<strong>la</strong> media<br />
del manifatturiero<br />
italiano).<br />
Anche il portafoglio ordini<br />
è tornato decisamente in<br />
positivo, dopo le incertezze<br />
che hanno caratterizzato i<br />
primi mesi del 2011.<br />
Nel primo trimestre<br />
2011, nel confronto<br />
con lo stesso periodo<br />
dell’anno precedente,<br />
l’ordinato totale<br />
ha mostrato per<br />
l’elettrotecnica<br />
una crescita a due<br />
cifre (+26,2%);<br />
più moderata <strong>la</strong><br />
variazione per<br />
l’elettronica (+2,6%).<br />
Si mantengono<br />
discordanti i<br />
dati re<strong>la</strong>tivi al<br />
profilo produttivo<br />
che muove in<br />
controtendenza.<br />
Nel primo trimestre<br />
2011 i settori Anie<br />
hanno sperimentato un<br />
andamento altalenante<br />
del<strong>la</strong> produzione<br />
industriale, che si è<br />
tradotto in un risultato<br />
cumu<strong>la</strong>to trimestrale<br />
negativo. In partico<strong>la</strong>re,<br />
nel<strong>la</strong> media dei primi<br />
tre mesi del 2011, nel<br />
confronto con lo stesso<br />
periodo del 2010,<br />
l’elettronica ha evidenziato<br />
una caduta dei livelli di<br />
attività del 10,4%. Più<br />
contenuta <strong>la</strong> flessione per<br />
l’elettrotecnica (-1,7%).<br />
Nel confronto europeo<br />
l’industria elettrotecnica<br />
ed elettronica <strong>italiana</strong> ha<br />
mostrato un andamento<br />
del profilo produttivo<br />
disallineato con <strong>la</strong> media<br />
dell’Unione, in partico<strong>la</strong>re<br />
con <strong>la</strong> Germania, che ha al<br />
contrario messo a segno un<br />
recupero a due cifre.<br />
Guidalberto Guidi,<br />
presidente di Confindustria Anie<br />
“Nel primo trimestre<br />
2011 i settori Anie<br />
continuano a esprimere<br />
andamenti differenziati e<br />
discontinui mese per mese<br />
nel ritmo di recupero dei<br />
principali indicatori”, ha<br />
commentato il Presidente<br />
di Confindustria Anie,<br />
Guidalberto Guidi.<br />
“Ca<strong>la</strong>no bruscamente i<br />
livelli di attività industriale,<br />
mentre segnali positivi<br />
vengono dal recupero del<br />
volume d’affari. Occorre<br />
però considerare che <strong>sui</strong><br />
dati a valori correnti si<br />
riflette in molti comparti<br />
il rialzo dei prezzi delle<br />
materie prime impiegate<br />
nei cicli produttivi,<br />
che amplifica i tassi di<br />
variazione. I dati dei primi<br />
mesi del 2011 mostrano<br />
risultati non univoci,<br />
che non muovono nel<strong>la</strong><br />
direzione di una crescita<br />
diffusa e continuativa”.<br />
“Si mantiene una<br />
forte dicotomia fra<br />
consolidamento del<strong>la</strong><br />
ripresa internazionale in<br />
alcuni mercati e ritardo<br />
nel recupero italiano”,<br />
ha proseguito Guidi.<br />
“Guardiamo ancora una<br />
volta al<strong>la</strong> Germania, nostro<br />
principale competitor<br />
in ambito europeo nei<br />
comparti high-tech. Le<br />
stime preliminari del<br />
primo trimestre 2011<br />
indicano una crescita del<br />
prodotto interno lordo<br />
tedesco vicina al 5%,<br />
cinque volte in più di<br />
quello italiano che stenta a<br />
superare un modesto 1%.<br />
Questi andamenti macro si<br />
ripercuotono direttamente<br />
sull’evoluzione del<strong>la</strong><br />
domanda interna nei<br />
settori Anie. Se nel<br />
primo trimestre 2011 le<br />
imprese elettrotecniche<br />
ed elettroniche tedesche<br />
hanno messo a segno<br />
un incremento del<strong>la</strong><br />
produzione industriale<br />
vicino ai 20 punti<br />
percentuali, nello stesso<br />
periodo quelle italiane<br />
non hanno mantenuto<br />
i livelli di attività<br />
conseguiti, entrando in<br />
territorio negativo. Una<br />
discordanza che, a fronte<br />
di una comune proiezione<br />
all’estero, continua a<br />
trovare spiegazione nel<strong>la</strong><br />
debolezza del<strong>la</strong> domanda<br />
espressa dal mercato<br />
nazionale per le imprese<br />
Anie”.
18 PCB giugno 2011<br />
La presenza di Sip<strong>la</strong>ce al<strong>la</strong> fiera di Norimberga<br />
Sip<strong>la</strong>ce presenta un nuovo concetto di set-up<br />
Buone notizie in arrivo<br />
per gli stabilimenti<br />
di produzione elettronica<br />
con frequenti cambi di<br />
prodotto di dimensioni<br />
molto piccole. Con<br />
l’introduzione di Random<br />
Setup, Sip<strong>la</strong>ce propone<br />
un concetto di setup che<br />
ne semplifica e accelera<br />
in modo significativo<br />
VJ Electronix vince l’Npi Award 2011<br />
VJ Electronix si<br />
è aggiudicata<br />
l’Npi (New product<br />
introduction) Award 2011<br />
per <strong>la</strong> sua piattaforma<br />
SRT Micra Rework. La<br />
Micra SRT si presenta in<br />
un formato da banco ed è<br />
specificamente progettata<br />
per <strong>la</strong> ri<strong>la</strong>vorazione di<br />
prodotti mobili contenenti<br />
dispositivi di piccole<br />
dimensioni e ad alta<br />
densità elettronica, quali<br />
smartphone, netbook, Gps<br />
e altri prodotti handheld.<br />
Oltre a presentarsi<br />
come una piattaforma<br />
ideale per applicazioni<br />
le procedure. “Random<br />
Setup – ha sottolineato<br />
Hubert Egger, Marketing<br />
Manager Sip<strong>la</strong>ce<br />
Software – si basa su un<br />
concetto di instal<strong>la</strong>zione<br />
che è stato progettato<br />
specificamente per le<br />
esigenze dei moderni<br />
ambienti high-mix”.<br />
Grazie a Random Setup,<br />
di <strong>la</strong>rgo consumo, SRT<br />
Micra Rework aumenta<br />
e ottimizza i tempi di<br />
produttività anche in<br />
tutte quelle applicazioni<br />
in cui è richiesta alta<br />
proprio come suggerisce<br />
il nome, gli operatori<br />
possono posizionare<br />
gli alimentatori e i<br />
componenti in qualsiasi<br />
punto del<strong>la</strong> linea o del<br />
tavolo di alimentazione<br />
anziché in specifiche<br />
posizioni. I produttori di<br />
elettronica possono così<br />
di beneficiare di setup<br />
affidabilità e alto valore.<br />
In questo senso, Micra<br />
assicura elevate garanzie<br />
anche in applicazioni<br />
tipiche del settore<br />
aerospaziale, dispositivi<br />
molto più veloci e, di<br />
conseguenza, migliore <strong>la</strong><br />
produttività del<strong>la</strong> linea.<br />
Allo stesso tempo, si riduce<br />
significativamente sia <strong>la</strong><br />
quantità di alimentatori<br />
necessari sia <strong>la</strong> possibilità<br />
di errore.<br />
Sip<strong>la</strong>ce (ASM)<br />
www.sip<strong>la</strong>ce.com<br />
medici, automotive,<br />
l’ambiente marino con le<br />
sue condizioni estreme.<br />
Più in generale, Micra<br />
soddisfa l’ampia gamma<br />
di applicazioni industriali<br />
e commerciali. Gli assi<br />
nel<strong>la</strong> manica di Micra,<br />
per garantire <strong>la</strong> massima<br />
efficienza, sono <strong>la</strong><br />
funzionalità Auto-Run,<br />
una nuova concezione<br />
di automatizzazione dei<br />
processi e un ingegnere di<br />
processo virtuale.<br />
VJ Electronix<br />
www.vjelectronix.com<br />
www.lifeprojecsrl.com
20 PCB giugno 2011<br />
Pcb, <strong>la</strong> necessità di un prezzo congruo<br />
Le problematiche re<strong>la</strong>tive agli aumenti dei costi dei pcb sono argomento di estrema<br />
attualità. Ecco quanto comunicato in questi giorni dal gruppo PCB Italy, che<br />
comprende <strong>24</strong> aziende specializzate in produzione e/o commercializzazione di c.s.<br />
opo <strong>la</strong> crisi<br />
“Dglobale, <strong>la</strong> ripresa<br />
del comparto elettronico,<br />
che sembra anticipare <strong>la</strong><br />
ripresa degli altri settori,<br />
vede una forte crescita del<br />
mercato interno cinese,<br />
con <strong>la</strong> conseguenza di<br />
forte richiesta di materie<br />
prime quali <strong>la</strong>minati, rame,<br />
stagno, oro e argento.<br />
Purtroppo, <strong>la</strong> capacità<br />
produttiva di queste<br />
materie prime non può<br />
essere incrementata<br />
tempestivamente, pertanto<br />
ne conseguirà <strong>la</strong> di coltà<br />
di approvvigionamento.<br />
È il caso del tessuto<br />
di vetro e delle resine<br />
epossidiche per <strong>la</strong><br />
produzione dei <strong>la</strong>minati<br />
che, oltre ad aumentare<br />
di prezzo per e etto<br />
dell’aumento del prezzo<br />
del petrolio e delle altre<br />
materie prime, non<br />
potranno essere prodotti<br />
in quantità su ciente al<br />
fabbisogno. Occorrono<br />
infatti almeno due<br />
anni per avviare uno<br />
stabilimento per <strong>la</strong><br />
produzione del tessuto; <strong>la</strong><br />
corsa all’accaparramento<br />
è infatti già iniziata, con<br />
conseguenti maggiori costi<br />
dovuti all’investimento e<br />
al<strong>la</strong> ridotta rotazione del<br />
magazzino.<br />
Se si considera inoltre<br />
lo scarso interesse che<br />
hanno gli asiatici a vendere<br />
<strong>la</strong>minato all’Europa, ne<br />
consegue un’ulteriore<br />
inevitabile aumento del<br />
prezzo del <strong>la</strong>minato FR4.<br />
Tutti i fornitori di <strong>la</strong>minato<br />
hanno già applicato un<br />
aumento indiscutibile del<br />
15% preannunciando una<br />
serie di ulteriori aumenti<br />
no a oltre il 40% entro <strong>la</strong><br />
ne 2011.<br />
Che dire poi delle<br />
altre materie prime? Si<br />
osservino in Tabel<strong>la</strong> 1 le<br />
variazioni di prezzo degli<br />
ultimi 3 anni.<br />
Considerando che<br />
l’incidenza delle<br />
materie prime sul costo<br />
<strong>Il</strong> Gruppo PCB Italy<br />
complessivo del pcb è del<br />
20/50% in funzione del<strong>la</strong><br />
tipologia di prodotto,<br />
ne consegue <strong>la</strong> necessità<br />
di applicare aumenti<br />
signi cativi che riportino<br />
<strong>la</strong> giusta marginalità<br />
ai costruttori di pcb, i<br />
quali sono comunque<br />
costretti a fare importanti<br />
investimenti tecnologici<br />
per adeguare i loro impianti<br />
al<strong>la</strong> sempre crescente<br />
complessità dei prodotti<br />
richiesti dal mercato.<br />
Tabel<strong>la</strong> 1 – Variazione dei prezzi delle materie prime 2009-2011<br />
2009 2010 2011 % ’11 su ‘10<br />
Rame 3,8 $/Kg 7,6 $/kg 10,8 $/kg +40%<br />
Stagno 10 $/kg 17 $/kg 30 $/kg +70%<br />
Oro 600 $/Oz 1.200 $/Oz 1.540 $/Oz +27%<br />
Petrolio 36 $/barile 70 $/barile 130 $/barile +80%<br />
Aab.Tech Esseti Circuiti P.C.S.<br />
Acel Esseti Elettronica Piciesse<br />
Agm Fonover Ramidia<br />
Alba Elettronica Ierre S.I.T.El<br />
Arel Lopar Silga<br />
Baselectron Millenium Dataware Techboard<br />
Ciste<strong>la</strong>ier O&B Tecnomaster<br />
Corona. Omr Italia Tecnometal<br />
Ermes P2s Elettronica Teknit<br />
Questo era però lo<br />
scenario antecedente le<br />
note vicende del nord<br />
Africa che hanno fatto<br />
ulteriormente impennare<br />
il prezzo del petrolio e dei<br />
suoi derivati.<br />
Ora le certezze<br />
diminuiscono, ma<br />
sicuramente non i prezzi.<br />
Al<strong>la</strong> luce di queste<br />
considerazioni gli aumenti<br />
che si stanno veri cando<br />
nel mercato pcb risultano<br />
più che giusti cati e<br />
probabilmente non<br />
si tratterà di un una<br />
tantum, ma di un trend<br />
di incremento che avrà<br />
termine solo quando il<br />
mercato delle materie<br />
prime non si sarà<br />
stabilizzato”.<br />
Gruppo PCB Italy
22 PCB giugno 2011<br />
▶ ANGOLO DI COPERTINA - AZIENDE E SOLUZIONI<br />
I giganti del<strong>la</strong><br />
miniaturizzazione<br />
Soluzioni per <strong>la</strong> connessione di potenza<br />
e per il mercato dei LED<br />
a cura di Antonel<strong>la</strong> Galimberti<br />
<strong>Il</strong> settore delle connessioni rappresenta<br />
storicamente il campo di<br />
eccellenza dell’azienda: nessuna<br />
sorpresa, quindi, che in concomitanza<br />
con <strong>la</strong> sua riorganizzazione in divisioni,<br />
Phoenix Contact abbia deciso<br />
di creare una struttura appositamente<br />
dedicata a supportare l’ambito dei<br />
dispositivi di connessione per circuito<br />
stampato e delle custodie per elettronica.<br />
Si tratta del<strong>la</strong> Divisione Device<br />
Connection, operante sull’intero<br />
territorio nazionale sotto <strong>la</strong> guida di<br />
Roberto Fa<strong>la</strong>schi.<br />
“L’obiettivo del<strong>la</strong> nostra struttura<br />
è quello di confermare il ruolo<br />
di leader tecnologico che<br />
Phoenix Contact riveste nel<br />
mondo dei sistemi di connessione<br />
per il circuito<br />
stampato, attraverso<br />
una conoscenza del<br />
mercato che permetta<br />
di captare<br />
i trend<br />
tecnologici<br />
e rispondervi in tempi brevi, con una<br />
proposta dalle performance superiori<br />
al<strong>la</strong> media e un supporto competente”<br />
spiega Fa<strong>la</strong>schi. Phoenix Contact<br />
rivolge quindi una costante attenzione<br />
alle dinamiche tecniche e tecnologiche<br />
dell’industria. “In partico<strong>la</strong>re, gli<br />
ultimi anni hanno visto lo svilupparsi<br />
di trend tecnologici ben precisi: mi<br />
riferisco ad esempio al<strong>la</strong> costante richiesta<br />
di miniaturizzazione delle connessioni<br />
e di incremento del<strong>la</strong> densità<br />
di cab<strong>la</strong>ggio, al<strong>la</strong> ricerca di metodi di<br />
connessione ergonomici ma a dabili,<br />
all’esigenza di portare correnti sempre<br />
più elevate alle schede. Si è inoltre assistito<br />
al<strong>la</strong> massiccia di usione di tecnologie<br />
speci che come Ethernet o come<br />
i processi di saldatura re ow, entrambi<br />
richiedenti sistemi di connessione<br />
adeguati.<br />
Ricerca & Sviluppo<br />
La competenza maturata nel settore<br />
e i continui investimenti in ricerca<br />
e sviluppo, permettono a Phoenix<br />
Contact di giocare un ruolo da leader<br />
nel settore, con una gamma di morsetti<br />
e connettori per <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong> che<br />
garantisce performance di eccellenza e<br />
risposte ad ogni esigenza: ad esempio,<br />
i morsetti e connettori di potenza con<br />
portata in corrente no a 125 A o con<br />
portata in tensione no ai 1000 Volt<br />
(omologazione VDE) permettono di<br />
portare correnti sempre più elevate alle<br />
schede, mentre <strong>la</strong> vasta gamma di connessioni<br />
a mol<strong>la</strong> (di tipo c<strong>la</strong>ssico, pushin<br />
e a leva) garantisce un collegamento<br />
facile ed e cace alle schede da circuito<br />
stampato, con ingombri estremamente<br />
ridotti”.<br />
Una delle tecnologie emergenti a<br />
cui Phoenix Contact guarda con partico<strong>la</strong>re<br />
interesse è attualmente quel<strong>la</strong><br />
del<strong>la</strong> luce a LED, in rapida ascesa<br />
nel mercato anche grazie al<strong>la</strong> sempre<br />
maggiore attenzione che gli utilizzatori<br />
nali ripongono sul tema<br />
di risparmio energetico e del consumo<br />
orientato all’e cienza. “Phoenix<br />
Contact si è aperta a questo mondo<br />
introducendo dap<strong>prima</strong> <strong>la</strong> famiglia di<br />
morsetti e connettori serie PT, comprendente<br />
il più piccolo morsetto a<br />
mol<strong>la</strong> del mondo. Da allora, <strong>la</strong> gamma<br />
di prodotti dedicata al mondo dei<br />
LED si è rapidamente ampliata”.<br />
<strong>Il</strong> riferimento è quindi anzitutto<br />
ai miniconnettori a mol<strong>la</strong> per circuito<br />
stampato PTSM, disponibili nel<strong>la</strong><br />
versione SMT per il montaggio verticale<br />
super ciale, o THR per tecnologie<br />
di saldatura re ow. “Questi miniconnettori,<br />
partico<strong>la</strong>rmente utili nel<strong>la</strong><br />
connessione di strisce LED, sono<br />
in grado di gestire correnti no a 6A<br />
con un passo di soli 2,5 mm e 5,0 mm<br />
di altezza” continua Fa<strong>la</strong>schi. “Grazie<br />
a tali dimensioni, si adattano in modo<br />
ottimale all’impiego con schede per<br />
<strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong> metal core rivestite<br />
su un <strong>la</strong>to, come quelle normalmente
in uso tra i produttori di sistemi LED.<br />
A complemento al morsetto PTSM,<br />
<strong>la</strong> gamma Combicon di Phoenix<br />
Contact comprende poi prese base<br />
adatte al processo di saldatura SMT<br />
o THR e disponibili in versione orizzontale<br />
e verticale. Per una maggiore<br />
praticità, tutti i morsetti e connettori<br />
delle serie PTSM sono inoltre confezionati<br />
in bobine ed equipaggiati per<br />
l’impiego in linee di saldatura automatizzate.<br />
<strong>Il</strong> cab<strong>la</strong>ggio di conduttori<br />
rigidi e flessibili fino a 0,75 mm2 si realizza<br />
con un operazione di inserzione<br />
diretta grazie all’utilizzo del<strong>la</strong> recente<br />
tecnologia PIT (Push In Technology)<br />
a mol<strong>la</strong>, senza che si rendano necessarie<br />
preparazioni preventive o l’utilizzo<br />
di utensili partico<strong>la</strong>ri”.<br />
Tutto per i LED<br />
Un’altra novità di prodotto utilizzabile<br />
nel mondo LED, ma non solo, è il<br />
morsetto per circuito stampato PTQ<br />
a due poli. “Si tratta di un componente<br />
estremamente piccolo, con un’altezza<br />
complessiva di soli 8 mm, sviluppato<br />
appositamente per l’impiego<br />
in processi di saldatura THR automatizzati.<br />
Grazie ad esso, il collegamento<br />
dei conduttori a coppie è realizzabile<br />
in modo partico<strong>la</strong>rmente agevole<br />
e sicuro, grazie al<strong>la</strong> tecnica a perforazione<br />
di iso<strong>la</strong>nte: l’operazione di collegamento<br />
non richiede quindi l’impiego<br />
di alcun utensile specifico, così<br />
come quel<strong>la</strong> di sblocco del conduttore<br />
cab<strong>la</strong>to, attuabile mendiante un’apposita<br />
leva.<br />
Confezionati anch’essi in bobine e<br />
perfettamente adeguati all’impiego in<br />
processi di assemb<strong>la</strong>ggio completamente<br />
automatizzati, i morsetti PTQ<br />
consentono all’utilizzatore notevoli<br />
risparmi in termini di tempo ed una<br />
maggiore efficienza di produzione”.<br />
L’attenzione all’esigenza di rendere<br />
più rapidi, pratici ed automatici i<br />
processi è quindi una costante delle<br />
proposte Phoenix Contact, sia nelle<br />
fasi di produzione che in quelle di<br />
instal<strong>la</strong>zione. “Per far fronte alle esigenze<br />
di semplificazione dei processi<br />
di cab<strong>la</strong>ggio, nel campo dei LED<br />
ed in partico<strong>la</strong>re per <strong>la</strong> connessione<br />
di faretti LED può trovare un utile<br />
impiego il sistema Quickon QPD.<br />
Questo dispositivo di connessione rapida<br />
è disponibile in versione “passaparete”,<br />
per montaggio diretto sul faretto,<br />
oppure in versione “giunto” per<br />
<strong>la</strong> realizzazione di connessioni vo<strong>la</strong>nti.<br />
Grazie al<strong>la</strong> tecnologia di connessione<br />
Quickon, basata sul principio<br />
del<strong>la</strong> perforazione d’iso<strong>la</strong>nte, si riduce<br />
il numero di operazioni da effettuare<br />
per procedere al cab<strong>la</strong>ggio di conduttori<br />
e si ottiene un cab<strong>la</strong>ggio rapido<br />
e senza utensili. Per realizzare il contatto<br />
diviene quindi sufficiente inserire<br />
il conduttore a scatto nell’alloggiamento<br />
predisposto, tagliarlo e avvitare<br />
<strong>la</strong> custodia: durante il serraggio<br />
del dado, <strong>la</strong> <strong>la</strong>ma perfora l’iso<strong>la</strong>mento<br />
del cavo e crea un collegamento e<strong>la</strong>stico,<br />
resistente alle vibrazioni e a tenuta<br />
di gas”.<br />
Ovviamente <strong>la</strong> nuova organizzazione<br />
in divisioni non pregiudica il<br />
saldo rapporto con i partner del<strong>la</strong> distribuzione<br />
specializzata che da tempo<br />
caratterizza l’operato di Phoenix<br />
Contact. Anzi, come sottolinea<br />
Fa<strong>la</strong>schi, “<strong>la</strong> distribuzione specializzata<br />
è fondamentale per questo mercato:<br />
<strong>la</strong> sua rete è a fianco del cliente,<br />
ovunque egli si trovi, fornendo consulenza<br />
ed assistenza altamente qualificate.<br />
Grazie al<strong>la</strong> sinergia forte e continuativa<br />
con questi partner, i nostri<br />
clienti possono sempre contare su un<br />
servizio di livello elevato, in grado di<br />
soddisfare, o talvolta anticipare, ogni<br />
loro esigenza”.<br />
Phoenix Contact S.p.A.<br />
Tel. 02/660591<br />
Fax 02/66059500<br />
www.phoenixcontact.it<br />
PCB giugno 2011<br />
23
<strong>24</strong> PCB giugno 2011<br />
▶ speciale - TecnoloGie Di packaGinG<br />
Lo sviluppo<br />
nel packaging<br />
e nelle interconnessioni<br />
Innumerevoli sono le soluzioni che hanno permesso<br />
progressi verso miniaturizzazioni sempre più spinte e che hanno<br />
saputo migliorare le prestazioni circuitali dei componenti ampliando<br />
notevolmente gli orizzonti del<strong>la</strong> tecnologia elettronica<br />
di Dario Gozzi<br />
<strong>Il</strong> trend nello sviluppo dei semiconduttori<br />
e più ancora alcuni<br />
partico<strong>la</strong>ri segmenti di mercato,<br />
guidano lo sviluppo del packaging che<br />
a sua volta coinvolge <strong>la</strong> tecnologia dei<br />
substrati, sia rigidi che flessibili.<br />
L’evoluzione attuale non si discosta<br />
da quanto già osservato da Moore nel<br />
lontano 1965, ovvero che ogni 18 mesi<br />
si registra un aumento tanto nel<strong>la</strong> potenzialità<br />
dei <strong>circuiti</strong> elettronici (a livello<br />
di componente) quanto nel numero<br />
di terminali (input/output).<br />
Uno studio dell’ITRS ha individuato<br />
sei principali segmenti di mercato<br />
capaci di trainare l’evoluzione dei semiconduttori<br />
e del re<strong>la</strong>tivo packaging:<br />
- prodotti low cost, dove convergono<br />
microcontrollori, disp<strong>la</strong>y, disk drive<br />
e prodotti di consumo in generale;<br />
- prodotti portatili, telefoni cellu<strong>la</strong>ri in<br />
testa, ma anche tutto quello che funziona<br />
a batteria ed è trasportabile;<br />
- prodotti di fascia media per costi<br />
e prestazioni, come i notebook, i<br />
personal computer desktop, i dispositivi<br />
per telecomunicazione;<br />
- prodotti ad alte prestazioni per il<br />
settore avionico, i supercomputer, le<br />
workstation di alto profilo;<br />
- memorie, DRAM e SRAM;<br />
- prodotti per automotive, in partico<strong>la</strong>re<br />
sottocofano e per estensione<br />
tutti i prodotti che devono <strong>la</strong>vorare<br />
in ambienti ostili.<br />
In partico<strong>la</strong>re due sono le aree che<br />
danno con maggiore enfasi <strong>la</strong> propulsione<br />
all’evoluzione del packaging, i prodotti<br />
portatili e quelli di fascia media. I primi<br />
sono basati su una tecnologia elettronica<br />
mista, hanno dimensioni contenute,<br />
sono realizzati in grandi volumi e non<br />
godendo di prestazioni partico<strong>la</strong>rmente<br />
elevate sono rivolti a una fascia di mercato<br />
sensibile al costo. I prodotti di fascia<br />
media hanno maggiori prestazioni<br />
dei precedenti e si rivolgono a chi ricerca<br />
una tecnologia più sofisticata ed è disposto<br />
a una maggiore spesa.<br />
Le aree maggiormente coinvolte sotto<br />
il profilo tecnologico nello sviluppo<br />
del packaging e delle interconnessioni<br />
sono:<br />
- fine line multi<strong>la</strong>yer flex;<br />
- thin film passives;<br />
- multichip modules;<br />
- 3D electronic assembly;<br />
- chip scale packaging;<br />
- led packaging;<br />
- power packaging;<br />
- power over<strong>la</strong>y packaging;<br />
- WBG (Wide Bandgap Technology)<br />
packaging;<br />
- nano interconnects;<br />
- mems packaging;<br />
- photonics packaging.<br />
L’evoluzione tra<br />
prestazioni e packaging<br />
Quel<strong>la</strong> che è ormai riconosciuta<br />
universalmente come legge di<br />
Moore, descrive l’evoluzione elettronica<br />
non solo e non tanto in termini di
Wide Bandgap Technology<br />
La tecnologia wide bandgap si basa sull’utilizzo del carburo<br />
di silicio (SiC). <strong>Il</strong> SiC puro è incolore, <strong>la</strong> lucentezza dei cristalli,<br />
capaci di scomporre <strong>la</strong> luce nei colori dell’arcobaleno,<br />
è dovuta all’autopassivazione del materiale che si ricopre di<br />
un sottile strato di SiO2. Tra tutte le sue forme cristalline, l’alfa<br />
è <strong>la</strong> più comune (SiC-α), si forma a temperature superiori<br />
ai 2000 °C e ha un struttura cristallina esagonale. È inerte<br />
dal punto di vista chimico, ha un bassissimo coefficiente<br />
di di<strong>la</strong>tazione termica, ma possiede un’elevata conducibilità<br />
termica. In partico<strong>la</strong>re quest’ultima sua caratteristica, unitamente<br />
all’alta densità di corrente che è capace di sopportare,<br />
lo rendono attualmente un materiale molto interessante<br />
come semiconduttore, sicuramente più promettente del silicio<br />
per gli utilizzi nell’alta potenza, nell’alta frequenza e alle<br />
alte temperature (fino a 500 – 600 °C).<br />
L’attuale limite è dettato dal<strong>la</strong> qualità del materiale di partenza,<br />
i substrati da <strong>la</strong>vorare per ottenere il dispositivo finale.<br />
Gli attuali wafer di silicio arrivano a diametri superiori ai 12”<br />
(30,48 cm), sono di elevata purezza e ottima qualità cristallografica.<br />
La difettosità è ritenuta ormai insignificante.<br />
I wafer di SiC oggi disponibili hanno diametri attorno ai 4”<br />
(10 cm), ma in partico<strong>la</strong>re <strong>la</strong> presenza dei difetti (micropipe,<br />
stacking fault, dislocation) è ancora troppo elevata per ottenere<br />
dispositivi con il livello di affidabilità richiesto dall’elettronica<br />
di ultima generazione. Esiste inoltre il problema dei<br />
costi. Per il substrato di silicio l’incidenza sul dispositivo finale<br />
(componente) è inferiore al 5%, mentre nel caso del SiC<br />
è ancora attestata attorno al 50%.<br />
I substrati di carburo di silicio sono ottenuti mediante il processo<br />
di crescita epitassiale di tipo HTCVD (High Temperature<br />
Chemical Vapour Deposition). In pratica gli strati epitassiali di<br />
SiC sono ottenuti da vapori contenenti silicio e carbonio in<br />
reattori ad alta temperatura.<br />
È in atto una forte sperimentazione per arrivare a un utilizzo<br />
estensivo di questo materiale nel<strong>la</strong> costruzione di sensori<br />
e vari altri componenti elettronici; attualmente si producono<br />
solo i diodi schottky.<br />
La tecnologia di crescita epitassiale consente di accrescere<br />
strati di silicio monocristallino su di un substrato, anch’esso<br />
di silicio monocristallino che ne indirizza <strong>la</strong> crescita e ne determina<br />
le proprietà strutturali. È comunque possibile ottenere<br />
<strong>la</strong> deposizione di altri materiali metallici al fine di realizzare<br />
le connessioni tra i vari dispositivi di un chip. Lo spessore<br />
dello strato epitassiale può variare dal<strong>la</strong> frazione di un nanometro<br />
a centinaia di micron, con controllo dello spessore dei<br />
materiali dell’ordine del singolo strato atomico.<br />
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miniaturizzazione, ma partico<strong>la</strong>rmente<br />
come l’innovazione strutturale dei dispositivi,<br />
ivi inclusa <strong>la</strong> riduzione delle<br />
tensioni di alimentazione<br />
Le caratteristiche siche dei semiconduttori<br />
stanno passando dal submicroscopico<br />
(0,1 – 0,5 µm) al nanometrico<br />
(10 – 100 nm) con il pin count<br />
che va evolvendo dai 100 I/O verso il<br />
migliaio di I/O. Le frequenze da intervalli<br />
di <strong>la</strong>voro compresi tra 1 e 3 GHz si<br />
portano verso i 3 – 10 GHz, le tensioni<br />
di alimentazione vanno decrementando<br />
il loro attuale range di 1,5 – 2,5 V<br />
a meno di 1 V, mentre le potenze sviluppate<br />
subiscono una migrazione che<br />
dagli attuali 1-10 W/cm2 si sposta verso<br />
i 50 W/cm2 . Questo trend dei semiconduttori<br />
ha una signi cativa ricaduta<br />
su ogni aspetto che riguarda il packaging<br />
e l’interconnessione. L’aumento<br />
nel numero degli<br />
I/O a livello di<br />
chip ricade direttamente<br />
sul pin<br />
count del componenteinnescando<br />
il processo<br />
che ha portato<br />
al trasferimento<br />
dei contatti dai<br />
bordi <strong>la</strong>terali a<br />
sotto il corpo con<br />
tecnologia area<br />
array (per esempio<br />
LGA, BGA).<br />
<strong>Il</strong> secondo passo<br />
consiste nel<br />
trovare soluzioni<br />
percorribili e<br />
a dabili per costringernequanto<br />
più possibile<br />
<strong>la</strong> dimensione<br />
del passo (I/O<br />
pitch).<br />
A questo punto le problematiche si<br />
al<strong>la</strong>rgano al<strong>la</strong> tecnologia dei substrati e<br />
delle interconnessioni, tanto a livello di<br />
componente che a livello di pcb , chiamando<br />
in causa <strong>la</strong> tecnologia HDI e di<br />
conseguenza lo sviluppo di piste e iso<strong>la</strong>menti<br />
con dimensioni in nitesimali, interconnessioni<br />
a livello di pad e problemi<br />
di dissipazione termica. Sotto il pro-<br />
lo elettrico sono da considerare le proprietà<br />
dielettriche e le impedenze che<br />
più di <strong>prima</strong> possono alterare il funzionamento<br />
circuitale alle alte frequenze<br />
di <strong>la</strong>voro; di conseguenza una maggiore<br />
cura deve essere posta nel<strong>la</strong> scelta dei<br />
materiali che costituiscono il substrato,<br />
degli iso<strong>la</strong>menti e per le vie di dissipazione<br />
termica.<br />
Riassumendo ci sono alcuni elementi<br />
di base che de niscono <strong>la</strong> struttura di<br />
un package in microelettronica:<br />
- <strong>la</strong> connessione elettrica del die al<br />
package mediante tecnologia die e<br />
wire bonding, TAB o solder bump;<br />
- l’incapsu<strong>la</strong>mento con under ll e<br />
molding (overmolding, transfer o<br />
injection molding);<br />
- il materiale del substrato, ceramico o<br />
organico;<br />
- <strong>la</strong> connessione del package al pcb,<br />
thru-hole, SMT lead, area array.<br />
Dal<strong>la</strong> preistoria<br />
ai giorni nostri<br />
Parte dagli anni 60’ e 70’ (se non <strong>la</strong><br />
preistoria, sicuramente <strong>la</strong> storia antica<br />
dell’elettronica) l’evoluzione dei package<br />
che ha portato agli attuali SiP e SoS.<br />
Agli albori lo standard era costituito<br />
dai Dual-in-Line P<strong>la</strong>ted- rough-<br />
Hole, poco costosi e strutturalmente<br />
robusti, ma dal limitato numero di I/O<br />
(64) e con passo di 100 mil. L’avvento<br />
del montaggio super ciale negli anni<br />
80’ e 90’ ha portato all’introduzione dei<br />
terminali <strong>sui</strong> quattro <strong>la</strong>ti, aumentando il<br />
numero degli I/O su valori superiori ai<br />
200 pin; il passo ha subito riduzioni no<br />
a scendere a livello di 25 -20 mil dando
28 PCB giugno 2011<br />
il via al<strong>la</strong> vera corsa verso <strong>la</strong><br />
miniaturizzazione più spinta,<br />
ma introducendo i primi pesanti<br />
problemi di processo.<br />
L’aumento dei terminali comporta<br />
seri problemi nel dimensionamento dei<br />
package perché a ogni raddoppio del<br />
numero dei pin corrisponde grosso modo<br />
una quadruplicazione dell’area del<br />
corpo. I componenti diventano costosi,<br />
con le dimensioni in controtendenza<br />
agli obiettivi desiderati di miniaturizzazione<br />
e con gravi pregiudiziali sul processo<br />
di assemb<strong>la</strong>ggio e sull’a dabilità<br />
dei pcb che ne risultano.<br />
Si passa di conseguenza a formu<strong>la</strong>re<br />
nuovi package che abbiano i terminali<br />
di contattazione sotto il corpo del componente,<br />
nasce <strong>la</strong> generazione area array,<br />
di cui fanno parte i BGA, i LGA,<br />
i ip-chip (in carrier e su scheda); una<br />
svolta tecnologica che approderà agli<br />
ancor più so sticati multichip module,<br />
ai system-in-package e ai sistemi 3D<br />
(chip-on-chip, stacked die).<br />
Considerando un package area array<br />
a 50 mil, l’aumento di un fattore 4 dei<br />
suoi terminali, comporta un quadruplicamento<br />
dell’area del corpo del componente.<br />
Visto da un’altra ango<strong>la</strong>zione, ovvero<br />
mantenendo ssa <strong>la</strong> dimensione del<br />
corpo, diminuendo del<strong>la</strong> metà il passo<br />
dei terminali, si ottiene come bene-<br />
cio di quadruplicare il loro numero.<br />
Considerando un area array di 49 mm 2<br />
si potrà disporre di 25 terminali con<br />
passo 1,2 mm oppure di 100 terminali<br />
a passo 0,6 mm.<br />
Un numero di I/O attorno ai 300 è<br />
considerato di fascia media e normalmente<br />
ha un passo di 0,4 mm, un die di<br />
10x10 mm, piste e iso<strong>la</strong>menti di 35 µm e<br />
via hole di 90 µm. La connessione elettrica<br />
tra il die e il substrato al<strong>la</strong> base del<br />
componente viene fatta con tecnologia<br />
wire bonding. La stessa impiegata nel<br />
caso di componenti ad elevato pin count<br />
(tra 500 e 1000 I/O); in questo caso il<br />
passo tra le piazzole di bonding, eseguito<br />
con lo in oro, è di 60 µm o meno.<br />
Proseguendo nell’opera di miniaturizzazione,<br />
i limiti posti dal<strong>la</strong> connessione<br />
wire bonding (eseguito a livello perimetrale)<br />
sono identiche a quelle riscontrate<br />
ponendo i terminali <strong>sui</strong> quattro <strong>la</strong>ti del<br />
corpo dei componenti (leaded carrier).<br />
Una diminuzione del passo introdurrebbe<br />
grossi problemi di produttività e<br />
di a dabilità.<br />
<strong>Il</strong> ricorso al<strong>la</strong> tecnologia ip chip ha<br />
consentito di utilizzare l’intera super cie<br />
del die per posizionare le piazzole di interconnessione<br />
e di eliminare tutta una<br />
serie di di coltà (leggi potenziali difettosità)<br />
dovute al wire bonding, come parassitismo<br />
dei segnali, CTE, formazione<br />
di microcricche… La storia dei ip chip<br />
è per <strong>la</strong> verità iniziata in IBM negli anni<br />
’60 (si potrebbe par<strong>la</strong>re di evoluzione<br />
paralle<strong>la</strong> o convergenza evolutiva) con<br />
<strong>la</strong> tecnologia C4 e poi ripresa da molti<br />
e con molte di erenze o semplici sfumature,<br />
no ai giorni nostri.<br />
Tecnologia multi chip<br />
La tecnologia multichip è un altro<br />
approccio sviluppato per ottenere<br />
buone prestazioni a costi contenuti.<br />
A di erenza del<strong>la</strong> tecnologia single<br />
chip che vede un singolo IC posizionato<br />
all’interno del package, <strong>la</strong> tecnologia<br />
multichip prevede duo o più<br />
IC alloggiati all’interno di un<br />
package comune:<br />
- MultiChip Modules (MCM), contenente<br />
no a 10 IC con <strong>la</strong> possibile<br />
presenza di componenti discreti;<br />
- MultiChip Packages (MCP), è una<br />
versione ridotta del precedente, contiene<br />
da 2 a 6 IC;<br />
- System-in-Package (SiP), si tratta di<br />
un multichip in cui c’è <strong>la</strong> presenza,<br />
in funzione dell’utilizzo, di digitale e<br />
analogica, potenza e radiofrequenza,<br />
su un substrato dal costo contenuto;<br />
- System-on-Package (SOP), pone<br />
un intero sistema sul singolo chipsize<br />
package.<br />
Quando <strong>la</strong> soluzione a singolo chip<br />
non consente di ottenere le prestazioni<br />
desiderate, il ricorso allo stacked package<br />
permette di risparmiare spazio sul<br />
substrato. Questa soluzione ha dimostrato<br />
un miglior comportamento sotto<br />
il pro lo elettrico rispetto alle soluzioni<br />
multichip bidimensionali, ma risente<br />
del problema del<strong>la</strong> dissipazione termica,<br />
ragion per cui l’utilizzo predominante è<br />
a livello di memorie.<br />
Anche in questo caso sono state sviluppate<br />
diverse soluzioni, per esempio<br />
nel package QFP sono stati inseriti die<br />
in con gurazione stacked ponendone<br />
uno sul <strong>la</strong>to top del leadframe e uno sul<br />
<strong>la</strong>to bottom. Nei package BGA si possono<br />
racchiudere due o più dice posizionati<br />
uno sull’altro e collegati tra loro o con<br />
il substrato intermedio (interposer). In<br />
alternativa <strong>la</strong> connessione può avvenire<br />
con tecnica ip chip o essere un misto<br />
col wire bonding.<br />
Utilizzata per addensare un mix di <strong>circuiti</strong><br />
logici e di memoria, <strong>la</strong> Folded Stack<br />
Chip Scale Package è <strong>la</strong> tecnologia che<br />
permette di realizzare lo stacking dei dice<br />
su substrato essibile, ripiegando il<br />
tutto su se stesso anche più volte, ricavandone<br />
una soluzione che consente di<br />
impacchettare in poco spazio una notevole<br />
quantità di logica e di memoria.
30 PCB giugno 2011<br />
▶ speciale - TecnOlOgie Di packaging<br />
Land Grid Array (LGA)<br />
package<br />
<strong>Il</strong> package LGA riduce l’altezza del componente perché elimina<br />
lo stand-off associato alle ball proprie delle configurazioni BGA.<br />
I giunti di saldatura che ne conseguono sono quindi molto più sottili<br />
e questo favorisce anche <strong>la</strong> dissipazione termica del componente<br />
di Davide Oltolina<br />
I<br />
componenti LGA appartengono<br />
al<strong>la</strong> famiglia degli area array le<br />
cui connessioni di secondo livello,<br />
dal package al pcb, sono costituite da<br />
una griglia di superfici saldabili il cui<br />
<strong>la</strong>yout è del tutto simile a quello dei<br />
BGA, ma senza <strong>la</strong> presenza delle c<strong>la</strong>ssiche<br />
sfere di interconnessione.<br />
Le superfici saldabili si trovano sul<br />
<strong>la</strong>to bottom del componente e <strong>la</strong> loro<br />
geometria spesso include, accanto<br />
alle piazzole per <strong>la</strong> trasmissione del<br />
segnale, un’area di grande dimensione<br />
dedicata al<strong>la</strong> connessione di ground o<br />
al<strong>la</strong> dissipazione termica.<br />
I substrati utilizzati per ospitare<br />
il circuito in silicio possono essere<br />
in ceramica o in <strong>la</strong>minato organico<br />
caratterizzato da un alto Tg e capace<br />
di ospitare connessioni ad alta densità<br />
(HDI).<br />
I componenti LGA, almeno quanto<br />
i BGA, hanno mostrato un buon grado<br />
di tolleranza nei confronti del disallineamento<br />
delle piazzole; durante<br />
<strong>la</strong> rifusione ambedue i package mostrano<br />
una capacità di autoallineamento<br />
sia in X che in Y, ma anche nel<br />
caso del<strong>la</strong> rotazione.<br />
Se le migliori prestazioni di autoallineamento<br />
sono state riscontrate con<br />
<strong>la</strong> presenza del<strong>la</strong> griglia di piazzole,<br />
<strong>la</strong> situazione peggiora con quei componenti<br />
che hanno griglie irrego<strong>la</strong>ri e<br />
grosse aree di ground, dove necessita<br />
ritornare al<strong>la</strong> tradizionale attenzione e<br />
precisione di piazzamento.<br />
Confrontando il package LGA col<br />
c<strong>la</strong>ssico BGA emergono i seguenti<br />
benefici:<br />
- viene eliminato il rischio di ricevere<br />
componenti a cui manchino<br />
alcune sfere o che queste possano<br />
essere danneggiate;<br />
- lo stand-off è minore mancando le<br />
ball, questo consente un più ampio<br />
margine operativo nell’adottare<br />
soluzioni di dissipazione termica<br />
(heat sink), ma è anche un’ottima<br />
soluzione quando lo spazio nel<br />
dispositivo finale è ridotto;
32 PCB giugno 2011<br />
- <strong>la</strong> connessione è semplificata, dando<br />
una maggiore affidabilità nei<br />
confronti del risultato ottenuto<br />
al termine del processo di assemb<strong>la</strong>ggio;<br />
- <strong>la</strong> durata e l’affidabilità meccanica<br />
del package LGA è superiore a<br />
quel<strong>la</strong> del BGA che normalmente<br />
non è sottoposto all’underfilling;<br />
- i componenti LGA possono essere<br />
utilizzati sia nei processi in cui<br />
si usano leghe contenenti piombo<br />
che in processi con leghe LF; sottostanno<br />
inoltre alle stesse regole<br />
di assemb<strong>la</strong>ggio dei BGA.<br />
<strong>Il</strong> componente deve comunque essere<br />
gestito in accordo con le migliori<br />
procedure ESD e MSD per evitare di<br />
causare problemi sia durante le comuni<br />
operazioni di handling che in fase<br />
di rifusione.<br />
Dentro e fuori<br />
dal package<br />
Fisicamente <strong>la</strong> struttura è comunemente<br />
costituita da un substrato organico<br />
su cui è presente il pattern circuitale.<br />
<strong>Il</strong> semiconduttore è montato sul<br />
substrato con cui è connesso con tecnologia<br />
flip chip o wire bonding.<br />
<strong>Il</strong> substrato può ospitare anche<br />
componenti passivi come resistenze,<br />
capacità, induttanze e filtri. <strong>Il</strong> tutto<br />
è poi incapsu<strong>la</strong>to con l’operazione di<br />
molding (ad esempio in resina epossidica)<br />
per fornire al semiconduttore<br />
<strong>la</strong> necessaria protezione meccanica e<br />
ambientale.<br />
<strong>Il</strong> coefficiente di espansione termica<br />
del substrato del componente è di<br />
circa 16 ppm/°C e risulta molto prossimo<br />
a quello dei pcb che normalmente<br />
spazia da 16 a 22 ppm/°C.<br />
<strong>Il</strong> CTE del<strong>la</strong> resina di incapsu<strong>la</strong>mento<br />
è intorno ai 9 ppm/°C mentre<br />
il suo Tg si aggira <strong>sui</strong> 150 °C.<br />
Le interconnessioni a livello di<br />
scheda sono realizzate con giunti di<br />
saldatura generati dall’applicazione<br />
del<strong>la</strong> pasta saldante <strong>sui</strong> pad del pcb,<br />
in corrispondenza dei quali si trovano<br />
poi le piazzole del componente LGA.<br />
<strong>Il</strong> risultato è quello di un basso profilo<br />
di stand-off, approssimativamente<br />
compreso tra 0,06 e 0,1 mm, in funzione<br />
del volume depositato in fase di<br />
serigrafia.<br />
La finitura delle piazzole sul componente<br />
è di 0,1 μm e fino a 0,9 μm<br />
di rivestimento d’oro electroless sopra<br />
nickel electroless.<br />
Al primo livello d’interconnessione<br />
(die to package), nel caso che si utilizzi<br />
<strong>la</strong> tecnologia flip chip lo spessore<br />
del rivestimento dei pad in oro arriva<br />
al massimo a 0,15 μm per passare<br />
a valori compresi tra 0,5 e 0,9 μm con<br />
<strong>la</strong> connessione wire bonding.<br />
Le piazzole del package, quelle per<br />
<strong>la</strong> connessione di secondo livello, hanno<br />
geometria rotonda, rettango<strong>la</strong>re o<br />
quadrata.<br />
Note di processo<br />
Lo stess che affligge i giunti di saldatura<br />
è influenzato dalle dimensioni<br />
degli spessori del package e del pcb.<br />
La raccomandazione dei costruttori<br />
di LGA è che lo spessore del pcb sia<br />
come minimo di 1 mm, valore al di<br />
sotto del quale aumenta notevolmente<br />
lo stress dei giunti.<br />
Nel<strong>la</strong> pratica è stato notato che <strong>la</strong><br />
presenza di micro-via non riempiti<br />
tanto sul pcb quanto sul package<br />
generano void nei giunti di saldatura.<br />
A livello di progettazione è bene<br />
tener presente che buoni risultati<br />
si ottengono quando il rapporto tra<br />
le piazzole del package e quelle del<br />
pcb rispettano <strong>la</strong> proporzione di 1:1.<br />
Non sembra, ai fini del processo di assemb<strong>la</strong>ggio,<br />
così imperativa <strong>la</strong> scelta<br />
di una rego<strong>la</strong>re per <strong>la</strong> deposizione<br />
del solder mask, che dipende dagli<br />
spazi disponibili o piuttosto è demandata<br />
alle aspettative di affidabilità<br />
del prodotto.<br />
L’utilizzo delle piazzole Solder<br />
Mask Defined (SMD) è consigliata<br />
quando l’affidabilità meccanica del<strong>la</strong><br />
piazzo<strong>la</strong> concorre a salvaguardare il<br />
bene da cadute o colpi accidentali.<br />
Piazzole Non-Solder Mask<br />
Defined (NSMD) sono adatte nel caso<br />
in cui i giunti siano sottoposti ad<br />
affaticamento, dovuto per esempio a<br />
cicli termici; in questo caso si aumenta<br />
l’affidabilità delle saldature. L’area<br />
saldabile può essere indifferentemente<br />
rivestita con le comuni finiture superficiali<br />
tipo OSP, NiAu, etc.<br />
<strong>Il</strong> basso profilo di stand-off richiede<br />
che sia utilizzata una pasta noclean,<br />
appunto per evitare il <strong>la</strong>vaggio<br />
che potrebbe rive<strong>la</strong>rsi non efficace.<br />
In ogni caso al termine del processo<br />
di rifusione, del flussante non deve<br />
rimanere residuo, questo potrebbe<br />
voler dire un tempo di rifusione<br />
più lungo o una temperatura di picco<br />
più vicina al limite superiore del<strong>la</strong> finestra<br />
di processo di quanto non sia<br />
normalmente.<br />
Presenza e ammontare di eventuali<br />
residui di flussante possono essere<br />
rilevati so<strong>la</strong>mente con <strong>la</strong> rimozione<br />
meccanica del componente LGA. Nel<br />
controllo e messa a punto del processo<br />
di rifusione potrebbe essere di aiuto<br />
eseguire delle sezioni del componente<br />
che metterebbero a fuoco non<br />
solo l’eventuale presenza di residui,<br />
ma soprattutto <strong>la</strong> geometria dei giunti<br />
di saldatura.
34 PCB giugno 2011<br />
▶ speciale - TecnoloGie Di packaGinG<br />
Quad f<strong>la</strong>tpack no lead<br />
Quad f<strong>la</strong>tpack no lead (QFN) e Small Outline No lead (SON o DFN:<br />
Dual side No Lead) sono package leadless le cui connessioni elettriche<br />
di I/O sono costituite da piazzole disposte perimetralmente<br />
sul <strong>la</strong>to bottom del componente<br />
di Dario Gozzi<br />
QFN e SON sono dispositivi<br />
in package p<strong>la</strong>stico<br />
con caratteristiche di dissipazione<br />
termica partico<strong>la</strong>rmente<br />
buone. Utilizzando <strong>la</strong> convenzionale<br />
tecnologia del leadframe in rame; <strong>la</strong><br />
loro caratteristica costruttiva li rende<br />
competitivi rispetto ai tradizionali<br />
componenti a pin, per il minor spazio<br />
richiesto sul pcb, per le migliori caratteristiche<br />
elettriche e di dissipazione<br />
termica e non ultimo sotto il profilo<br />
del costo.<br />
<strong>Il</strong> QFN ha le terminazioni disposte<br />
lungo i quattro <strong>la</strong>ti del package,<br />
il SON (o DFN) le ha distribuite<br />
lungo due <strong>la</strong>ti. Possiedono una piazzo<strong>la</strong><br />
di maggiori dimensioni (die<br />
pad) il cui compito è quello di convogliare<br />
sul pcb il calore da dissipare.<br />
<strong>Il</strong> valore medio dell’impedenza termica<br />
di questa famiglia di componenti<br />
è circa <strong>la</strong> metà rispetto ai normali<br />
componenti provvisti di pin, prerogativa<br />
che li rende partico<strong>la</strong>rmente adatti<br />
per le applicazioni ad alta potenza e<br />
ad alta frequenza (20–25 GHz). Sono<br />
disponibili in numerosi formati, che<br />
dipendono sostanzialmente dal<strong>la</strong> dimensione<br />
del die e dal numero degli<br />
I/O.<br />
La struttura<br />
<strong>Il</strong> lead frame è realizzato in rame,<br />
con l’adesivo vi si fissa il die che con<br />
tecnologia wire bonding (filo in oro<br />
dal diametro di 1 o 2 mil) è collegato<br />
elettricamente ai terminali di I/O del<br />
componente.<br />
Ci sono principalmente due tecniche<br />
per produrli: punch singu<strong>la</strong>tion<br />
e saw singu<strong>la</strong>tion.<br />
Nel primo caso sono singo<strong>la</strong>rizzati<br />
da una sequenza lineare di dispositivi<br />
e nel secondo da una matrice.<br />
Al <strong>la</strong>to pratico <strong>la</strong> maggiore differenza<br />
che si può avere tra due package<br />
risiede nell’esposizione dei terminali,<br />
che possono essere liberi solo sul<strong>la</strong> superficie<br />
bottom del componente o essere<br />
esposti anche per lo spessore lungo<br />
i fianchi del componente.<br />
Pro e contro<br />
Tra i benefici funzionali offerti da<br />
questo package c’è <strong>la</strong> riduzione del<br />
fattore induttivo, <strong>la</strong> già citata dissipazione<br />
termica e il miglioramento<br />
delle caratteristiche elettriche delle<br />
interconnessioni. Strutturalmente occupa<br />
un’area ridotta e gode di un sottile<br />
profilo e di un bassissimo peso.<br />
Di contro alcuni plus costituiscono<br />
anche una difficoltà per quanto
iguarda il processo di assemb<strong>la</strong>ggio.<br />
La differenza tra <strong>la</strong> picco<strong>la</strong> area dei<br />
contatti e <strong>la</strong> più grande dimensione<br />
del<strong>la</strong> piazzo<strong>la</strong> termica, nei componenti<br />
di picco<strong>la</strong> dimensione come ad esempio<br />
per i DFN 3x3 mm, può provocare<br />
il galleggiamento del pad termico<br />
durante <strong>la</strong> rifusione e terminare<br />
con <strong>la</strong> mancanza di contatto <strong>sui</strong> pad<br />
di I/O a fine ciclo di saldatura. Per via<br />
delle buone caratteristiche di conduzione<br />
termica di questo package diventa<br />
difficile <strong>la</strong> sua ri<strong>la</strong>vorazione; il flusso<br />
di aria calda può non essere sufficiente<br />
a rifondere <strong>la</strong> lega sottostante<br />
il thermal pad, ma può benissimo<br />
causare problemi all’intorno del componente.<br />
Non c’è spazio per <strong>la</strong> punta<br />
del saldatore per <strong>la</strong>vorare sulle aree<br />
di contatto, se non nel caso in cui ci<br />
sia l’esposizione del<strong>la</strong> piazzo<strong>la</strong> sul fianco<br />
del componente, ma comunque<br />
il giunto non sarebbe affidabile.<br />
La geometria<br />
del solder mask<br />
Uno dei fattori principali da considerare<br />
nel loro utilizzo è costituito<br />
dal<strong>la</strong> geometria delle piazzole sul<br />
pcb. Premesso che a livello di processo<br />
sottostanno alle normali pratiche<br />
di serigrafia e rifusione utilizzate<br />
comunemente nei processi SMT, <strong>la</strong><br />
bontà del<strong>la</strong> tenuta meccanica e del<strong>la</strong><br />
dissipazione termica è in funzione dei<br />
giunti di saldatura realizzati.<br />
Ci sono due tipi di geometria per<br />
le piazzole:<br />
- Solder Mask Defined (SMD) in<br />
cui le aperture nel solder mask sono<br />
più piccole delle piazzole;<br />
- Non-Solder Masl Defined<br />
(NSMD) in cui le aperture nel<br />
solder mask sono di dimensione<br />
maggiore rispetto alle piazzole.<br />
Sebbene ci sia chi propende per <strong>la</strong><br />
<strong>prima</strong> e chi per <strong>la</strong> seconda, di massima<br />
sono ambedue accettate per l’utilizzo<br />
dei QFN. Tendenzialmente <strong>la</strong> soluzione<br />
NSMD è preferita in quanto <strong>la</strong><br />
definizione del rame è più control<strong>la</strong>bile<br />
rispetto a quel<strong>la</strong> del solder; inoltre<br />
in questo caso il solder mask favorisce<br />
il contenimento del deposito di pasta<br />
all’interno del<strong>la</strong> sua apertura. Ultimo,<br />
ma non meno importante, durante <strong>la</strong><br />
rifusione <strong>la</strong> lega ha modo di ancorarsi<br />
anche <strong>sui</strong> bordi del<strong>la</strong> piazzo<strong>la</strong>, fattore<br />
che, ampliando l’area di bagnabilità,<br />
irrobustisce ulteriormente il giunto di<br />
saldatura.<br />
La soluzione SMD è invece utilizzata<br />
senza problemi sul thermal <strong>la</strong>nd,<br />
<strong>la</strong> piazzo<strong>la</strong> di maggiori dimensioni<br />
adibita al<strong>la</strong> trasmissione del calore.<br />
Nel<strong>la</strong> geometria NSMD le aperture<br />
nel solder mask dovrebbero essere da<br />
120 a 150 µm maggiori rispetto al<strong>la</strong><br />
dimensione del<strong>la</strong> piazzo<strong>la</strong>, designando<br />
da 60 a 75 µm di libertà tra <strong>la</strong> fine<br />
del primo e l’inizio del<strong>la</strong> seconda.<br />
<strong>Il</strong> problema si pone con i componenti<br />
fine pitch. Nel caso di piazzole<br />
da 0,25 mm con passo 0,4 mm, diventa<br />
difficile non solo mantenere uno<br />
spazio tra solder e piazzo<strong>la</strong>, ma addirittura<br />
inserire del solder mask di iso<strong>la</strong>mento<br />
tra una piazzo<strong>la</strong> e l’altra. In<br />
questo caso si utilizza una singo<strong>la</strong> apertura<br />
che abbraccia l’intera sequenza<br />
di pin su ogni <strong>la</strong>to.<br />
Serigrafia e giunti<br />
di saldatura<br />
La <strong>prima</strong> considerazione riguarda<br />
<strong>la</strong> p<strong>la</strong>narità del pcb, che va attentamente<br />
tenuta sotto controllo perché<br />
potrebbe inficiare sul<strong>la</strong> formazione<br />
dei giunti sotto il QFN. I giunti<br />
di rifusione perimetrali al componente<br />
dovrebbero avere un’altezza compresa<br />
tra 50 e 75 µm e <strong>la</strong> loro corretta<br />
realizzazione è demandata al<strong>la</strong> buona<br />
costruzione dello stecil.<br />
Per passi di 0,5mm lo spessore dello<br />
stecil dovrebbe essere di 0,125 mm<br />
e le aperture dovrebbero essere in rapporto<br />
1:1 con <strong>la</strong> dimensione delle piazzole.<br />
Scendendo con <strong>la</strong> dimensione<br />
del passo (ad esempio con passo 0,4<br />
mm) le aperture devono essere leggermente<br />
ridotte per evitare <strong>la</strong> formazione<br />
dei corti.<br />
È consigliato l’utilizzo di pasta saldante<br />
no-clean di tipo 3 e dove possibile<br />
l’atmosfera inerte o il processo<br />
con vapor phase.<br />
Per questi giunti di saldatura <strong>la</strong> normativa<br />
non richiede partico<strong>la</strong>ri forme<br />
del filetto, ma solo il rispetto delle dimensioni<br />
di lunghezza, <strong>la</strong>rghezza e<br />
dello spessore. Per <strong>la</strong> loro posizione<br />
e per <strong>la</strong> loro conformazione, questi<br />
giunti non sono facilmente ispezionabili<br />
se non col ricorso all’ispezione<br />
con raggi x.<br />
PCB giugno 2011<br />
35
36 PCB giugno 2011<br />
▶ Tecnologie - RiCeRCa avanzata<br />
Soluzioni<br />
alternative<br />
Potenziali processi “low cost” in alternativa<br />
all’utilizzo del pal<strong>la</strong>dio come agente attivante<br />
nel processo di deposizione di rame electroless<br />
di L. Brandt, C. Jakob, L. Stam e D. Steinhäuser<br />
<strong>Il</strong> processo di deposizione del rame<br />
electroless in fori passanti rappresenta<br />
il passaggio più critico e<br />
importante nel<strong>la</strong> finitura del circuito<br />
stampato. Le soluzioni basate su<br />
processi convenzionali contengono<br />
formaldeide come agente riducente<br />
standard. A causa del<strong>la</strong> natura tossica<br />
del<strong>la</strong> formaldeide si rende necessario<br />
l’utilizzo di un agente riducente a<br />
minor impatto ambientale che offra<br />
nello stesso tempo una maggiore sicu-<br />
rezza operativa. Molti composti con<br />
caratterristiche riducenti sono stati<br />
proposti quali possibili sostituti del<strong>la</strong><br />
formaldeide; tra questi di partico<strong>la</strong>re<br />
interesse, come si evince dal<strong>la</strong> letteratura<br />
specifica, sembra essere l’acido<br />
gliossilico in virtù del<strong>la</strong> sua re<strong>la</strong>tiva<br />
sicurezza d’utilizzo.<br />
Un cambio dell’agente riducente<br />
può portare però ad un peggioramento<br />
nel rendimento del processo di<br />
attivazione, in quanto nessun metallo<br />
mostra buone caratterristiche catalizzanti<br />
durante l’ossidazione di tutti i<br />
possibili agenti riducenti coinvolti nel<br />
processo di deposizione electroless.<br />
In generale, i substrati vengono<br />
abitualmente catalizzati mediante assorbimento<br />
di pal<strong>la</strong>dio <strong>prima</strong> del<strong>la</strong> finitura<br />
electroless.<br />
Nel presente articolo misure elettrochimiche<br />
sono state condotte allo<br />
scopo di ottenere informazioni circa<br />
l’attività catalitica del rame, dell’argento,<br />
del nickel e del pal<strong>la</strong>dio durante<br />
<strong>la</strong> reazione di ossidazione sia<br />
del<strong>la</strong> formaldeide che dell’acidio<br />
gliossilico.<br />
La voltammetria ciclica offre a tal<br />
riguardo un ottimo strumento per <strong>la</strong><br />
caratterizzazione del<strong>la</strong> minore o maggiore<br />
attività catalitica dei suddetti<br />
metalli durante il processo ossidativo<br />
delle specie riducenti in esame.<br />
Metalli a maggior attività catalitica<br />
risultano ideali per una più effettiva<br />
attivazione del processo di finitura in<br />
rame electroless. Misure elettrochimiche<br />
hanno evidenziato come il pal<strong>la</strong>dio,<br />
tra tutti i metalli esaminati, non<br />
mostri <strong>la</strong> maggiore attività catalitica, il<br />
che rende lecito <strong>la</strong> ricerca di soluzioni<br />
economicamente più vantaggiose.<br />
Introduzione<br />
La finitura in rame electroless su<br />
substrati polimerici è uno dei processi<br />
chiave nel<strong>la</strong> produzione di schede<br />
circuitali stampate. <strong>Il</strong> bagno standard<br />
per <strong>la</strong> deposizione di rame electroless<br />
è un processo stabile e autocatalitico<br />
che utilizza <strong>la</strong> formaldeide come
38 PCB giugno 2011<br />
agente riducente. Poiché <strong>la</strong><br />
formaldeide è una sostanza<br />
cancerogena vo<strong>la</strong>tile, nuove<br />
soluzioni, come ad esempio<br />
l’acido gliossilico [3, 5], sono<br />
oggetto di studio e ricerca.<br />
Una modi ca dell’agente<br />
riducente potrebbe altresì richiedere<br />
una modi ca del processo<br />
di attivazione.<br />
In generale il pre-trattamento<br />
del substrato che precede<br />
il processo di nitura<br />
in rame electroless basato<br />
sull’uso di formaldeide utilizza<br />
un catalizzatore in pal<strong>la</strong>dio.<br />
Quest’ultimo non necessariamente<br />
rappresenta <strong>la</strong> migliore<br />
soluzione nei riguardi di tutti i<br />
possibili agenti riducenti.<br />
Durante il processo di deposizione<br />
di rame electroless<br />
riveste un’importanza <strong>prima</strong>ria<br />
quale combinazione tra catalizzatore<br />
e agente riducente risulti<br />
e cace per <strong>la</strong> reazione di riduzione<br />
degli ioni rameici Cu +2 a rame metallico<br />
Cu 0 .<br />
<strong>Il</strong> catalizzatore attivo dovrebbe essere<br />
idealmente un metallo prezioso<br />
in modo da prevenire e etti di passivazione.<br />
<strong>Il</strong> catalizzatore agisce infatti<br />
nel senso del trasferimento di elettroni<br />
dall’agente riducente agli ioni<br />
rame.<br />
Per un sistema di attivazione e cace<br />
vengono richiesti sia <strong>la</strong> capacità di<br />
trasferimento degli elettroni che l’abilità<br />
nell’assorbimento dei reagenti.<br />
<strong>Il</strong> trasferimento di elettroni<br />
dall’agente riducente agli ioni rame<br />
deve avvenire sul<strong>la</strong> super cie, altrimenti<br />
<strong>la</strong> deposizione del rame non ha<br />
luogo. Diversi metalli possono agire<br />
come catalizzatori/attivatori nel processo<br />
di deposizione del rame electroless.<br />
In ogni caso, <strong>la</strong> scelta dell’attivatore<br />
dovrebbe sempre essere e ettuata<br />
in re<strong>la</strong>zione all’agente riducente utilizzato.<br />
Fig. 1 - “Volcano plot” per <strong>la</strong> reazione di sviluppo<br />
di idrogeno<br />
L’attività catalitica del metallo ha<br />
un inpatto sull’ossidazione delle specie<br />
riducenti e, di conseguenza, sul<strong>la</strong><br />
deposizione dello strato di rame electroless.<br />
L’adeguamento del process di<br />
attivazione al<strong>la</strong> natura e proprità<br />
dell’agente riducente é di <strong>prima</strong>ria<br />
importanza per una resa ottimale del<strong>la</strong><br />
reazioni ossidative che hanno luogo<br />
sul substrato cataliticamente attivato.<br />
Scopo del presente articolo è stato<br />
quello di caratterizzare e determinare<br />
l’attività catalitica di vari metalli<br />
nell’ossidazione delle specie riducenti<br />
presenti nel bagno. I risultati conseguiti<br />
dagli esperimenti e ettuati possono<br />
o rire un ottimo strumento per<br />
lo sviluppo e l’ottimizzazione dei processi<br />
di attivazione durante <strong>la</strong> deposizione<br />
di rame electroless.<br />
Al ne delle misurazioni, sono stati<br />
presi in esame <strong>la</strong> formaldeide e l’acido<br />
gliossilico, il primo come agente standard<br />
di riduzione, il secondo come<br />
agente riducente alternativo.<br />
Aspetti catalitici<br />
Dal punto di vista del<strong>la</strong> catalizzazione,<br />
<strong>la</strong> reazione critica<br />
per <strong>la</strong> deposizione electroless è<br />
l’ossidazione dell’agente riducente<br />
sul materiale di base catalizzato.<br />
Durante il processo<br />
di ossidazione i colloidi attivi<br />
vengono assorbiti sul<strong>la</strong> super-<br />
cie del substrato e agiscono<br />
come catalizzatori. Essi funzionano<br />
garantendo un percorso<br />
di reazione alternativo a<br />
bassa energia di attivazione.<br />
Nelle fasi iniziali del processo<br />
di deposizione il catalizzatore<br />
funge da sito anodico,<br />
sul quale il riducente può<br />
venire assorbito ed ossidato.<br />
Gli elettroni ri<strong>la</strong>sciati a seguito<br />
dellàossidazione del riducente<br />
si muovono attraverso<br />
il metallo e permettono <strong>la</strong> riduzione<br />
degli ioni rame. Le particelle<br />
catalitiche agiscono dunque come sistemi<br />
per il trasferimento di elettroni<br />
dall’agente riducente agli ioni metallo.<br />
Struttura e composizione del catalizzatore<br />
possono dunque in uenzare il<br />
grado di deposizione e <strong>la</strong> cineticha di<br />
reazione [1].<br />
La funzione di un catalizzatore<br />
eterogeneo è quel<strong>la</strong> di assorbire il reagente<br />
o l’intermediario e di trasformarlo<br />
in una specie che possa più facilmente<br />
reagire nel modo desiderato;<br />
In tal senso l’ossidazione dell’agente<br />
riducente dipende dal<strong>la</strong> fase di attivazione.<br />
La re<strong>la</strong>zione tra ossidazione del riducente<br />
ed assorbimento catalitico<br />
dell’attivatore viene descritta dai cosiddetti<br />
“Volcano plots” (vedi Fig. 1).<br />
Nel diagramma “Volcano plots” rappresentato<br />
in Fig. 1 <strong>la</strong> densità di corrente<br />
di scambio j 0 per <strong>la</strong> reazione di<br />
sviluppo di idrogeno é riportata in funzione<br />
dell’energia di legame metalloidrogeno<br />
su di erenti elettrodi.
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40 PCB giugno 2011<br />
Fig. 2 - Curve di po<strong>la</strong>rizzazione dell’acido gliossilico su differenti metalli<br />
<strong>Il</strong> grado di reversibilità delle reazioni<br />
chimiche rappresentate aumenta<br />
all’aumentare del<strong>la</strong> corrente di scambio.<br />
Inoltre l’intensità dell’energia dei legami<br />
metallo-idrogeno può in uenzare il<br />
grado di reazione. Se tale livello energetico<br />
è molto basso il grado di assorbimento<br />
sarà molto basso; l’entità del<br />
legame tra le molecole assorbite e <strong>la</strong> super<br />
cie cataliticamente attiva risulterà<br />
quindi debole. All’aumentare dell’energia<br />
di legame le specie assorbite subiscono<br />
una modi ca e vengono attivate.<br />
L’assorbimento super ciale si avvicina<br />
così al<strong>la</strong> saturazione. Se l’energia<br />
di legame diviene troppo alta le<br />
specie assorbite aderiscono al<strong>la</strong> super-<br />
cie avvelenando<strong>la</strong>; quindi il grado di<br />
reazione non é una funzione lineare<br />
dell’energia di assorbimento.<br />
L’energia di assorbimento deve essere<br />
su ciente per attrarre il reagente<br />
verso <strong>la</strong> super cie ma, nel contempo,<br />
di entità non eccessiva a nché il prodotto<br />
di reazione possa essere desorbito<br />
nel<strong>la</strong> soluzione. <strong>Il</strong> miglior catalizzatore<br />
è quello che garantisce un<br />
aumento intermedio del valore energetico<br />
di assorbimento: in questo modo<br />
ha luogo una rilevante attività catalitica<br />
del metallo insieme ad un’alta<br />
densità di corrente di scambio.<br />
Fig. 3 - Curve di po<strong>la</strong>rizzazione del<strong>la</strong> formaldeide su differenti metalli<br />
<strong>Il</strong> diagramma in Fig.1 indica quale<br />
metallo assicura una migliore attività<br />
catalitica in re<strong>la</strong>zione al<strong>la</strong> reazione<br />
del reagente. La deposizione di rame<br />
electroless richiede l’ossidazione<br />
dell’agente riducente sul catalizzatore<br />
a nché gli elettroni ri<strong>la</strong>sciati possano<br />
essere utilizzati nel<strong>la</strong> riduzione del<br />
rame.<br />
La sperimentazione<br />
<strong>Il</strong> processo di attivazione basato<br />
sull’utilizzo del pal<strong>la</strong>dio quale catalizzatore<br />
costituisce lo stato dell’arte nei<br />
bagni di rame electroless contenenti<br />
formaldeide.<br />
Allo scopo di vautare l’attività catalitica<br />
dei vari metalli, l’ossidazione degli<br />
agenti riducenti è oggetto di studio<br />
tramite tecniche elettrochimiche partico<strong>la</strong>ri.<br />
In tal modo si rende possibile<br />
valutare, ad esempio, se il pal<strong>la</strong>dio sia<br />
il catalizzatore ideale per l’ossidazione<br />
del<strong>la</strong> formaldeide e quali metalli<br />
possano presentare e cienti caratteristiche<br />
catalizzanti per l’ossidazione<br />
dell’acido gliossilico.<br />
Metalli come il rame (Cu), il nickel<br />
(Ni), l’argento (Ag) ed il pal<strong>la</strong>dio (Pd)<br />
sono materiali idonei come elettrodi.<br />
Ogni metallo presenta una sua speci<br />
ca attività catalitica in re<strong>la</strong>zione<br />
all’ossidazione dell’agente riducente<br />
presente nel bagno di rame.<br />
La reazione di ossidazione delle<br />
specie riducenti - formaldeide e acido<br />
gliossilico - è stata esaminata per mezzo<br />
del<strong>la</strong> voltammetria ciclica (CV).<br />
La voltammetria ciclica rappresenta<br />
un tipo di misurazione elettrochimica<br />
potenziodinamica. Si tratta di un metodo<br />
diagnostico atto a determinare<br />
grado e meccanismo di una reazione<br />
chimica inplicante una fase di trasferimento<br />
elettronico.<br />
<strong>Il</strong> risultato delle misurazioni viene<br />
espresso sotto forma di curve potenziale-corrente<br />
dell’agente riducente<br />
(voltammogrammi ciclici).
42 PCB giugno 2011<br />
Gli esperimenti sono stati<br />
condotti in una cel<strong>la</strong> elettrochimica<br />
a tre elettrodi, di cui<br />
l’elettrodo di <strong>la</strong>voro è costituito<br />
da metalli come il Cu, l’Ag,<br />
il Ni e il Pd, l’elettrodo ausiliario<br />
dal Pd mentre l’elettrodo di<br />
riferimento da Ag/AgCl. Tutti<br />
gli esperimenti sono stati eseguiti<br />
in atmosfera protettiva di<br />
azoto a temperatura ambiente.<br />
Le curve corrente/potenziale<br />
sono state registrate a 5 mV/s<br />
e 50 mV/s (scan rate) grazie<br />
all’utilizzo di un potenziostato<br />
del tipo Auto<strong>la</strong>b PG Stat 30<br />
(Eco Chemie). La concentrazione<br />
del<strong>la</strong> soluzione dell’agente<br />
riducente è stata ssata a<br />
0,3 mol/l e il pH delle soluzioni<br />
è stato tamponato a 13,0<br />
con idrossido di sodio.<br />
Risultati e discussioni<br />
Curve voltammetriche sono state<br />
registrate per <strong>la</strong> reazione anodica<br />
delle soluzioni di formaldeide ed acido<br />
gliossilico su diversi metalli (vedi<br />
Figg. 2 e 3). Tali curve di po<strong>la</strong>rizzazione<br />
indicano un di erente grado di<br />
ossidazione dei due agenti riducenti<br />
su ogni elettrodo.<br />
La massima ossidazione dell’agente<br />
riducente può essere messa in re<strong>la</strong>zione<br />
al<strong>la</strong> massima densità di corrente j<br />
registrata. L’ossidazione dell’acido<br />
gliossilico sull’elettrodo di Ag è avvenuta<br />
ad una massima densità di<br />
corrente di 0,008 A/cm 2 , mentre l’ossidazione<br />
del<strong>la</strong> formaldeide, sempre<br />
su tale elettrodo, a 0,016 A/cm 2 ; ne<br />
consegue che <strong>la</strong> densità di corrente<br />
durante l’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide<br />
risulta il doppio rispetto a quel<strong>la</strong><br />
dell’acido gliossilico in identiche condizioni<br />
di test.<br />
Inoltre si può notare come entrambi<br />
gli agenti riducenti reagiscano in<br />
maniera di erente <strong>sui</strong> vari metalli e<br />
Fig. 4 - “Volcano plot”: valori di corrente<br />
di ossidazione di HCHO<br />
come il valore di densità di corrente<br />
decresca nel seguente ordine:<br />
Ag, Cu, Pd, Ni (per l’acido gliossilico)<br />
e<br />
Ag, Pd, Cu, Ni (per <strong>la</strong> formaldeide).<br />
In letteratura esiste un numero rilevante<br />
di dati circa l’attività elettroca-<br />
talitica dei vari metalli durante<br />
l’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide<br />
(vedi Fig. 4 e 5) [5].<br />
Esiste una corre<strong>la</strong>zione fra<br />
le attività catalitiche riportate<br />
nel diagramma “Volcano<br />
plot” e quelle derivanti dalle<br />
curve di po<strong>la</strong>rizzazione. Nel<br />
diagramma “Volcano plot” di<br />
Fig. 4, il valore normalizzato<br />
del picco di corrente durante<br />
ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide<br />
è riportato in funzione dell’entalpia<br />
di formazione del sale<br />
metallico dell’acido formico<br />
(formiato).<br />
L’argento e il pal<strong>la</strong>dio risultano<br />
essere i migliori catalizzatori<br />
per l’alta densità<br />
di corrente di scambio e per<br />
l’elevata cinetica del processo<br />
di assorbimento. Metalli con<br />
tali caratteristiche si collocano<br />
nel<strong>la</strong> parte superiore del<br />
diagramma “Volcano plot”. <strong>Il</strong> rame e<br />
il nickel si trovano invece nel<strong>la</strong> parte<br />
inferiore del diagramma esibendo<br />
una bassa densità di corrente ed<br />
un’alta entalpia di assorbimento.<br />
Durante l’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide<br />
viene formato il formiato<br />
metallico come prodotto di reazione<br />
intermedio, il quale viene fortemente<br />
Fig. 5 - Attività catalitica di vari metalli per l’ossidazione di differenti riducenti<br />
(misure di potenziale a 10 -4 A/cm²)
Linee automatiche<br />
per <strong>la</strong> produzione<br />
di sensori, <strong>circuiti</strong><br />
microelettronici,<br />
so<strong>la</strong>r cell.<br />
Carico automatico,<br />
serigrafi ca con<br />
allineamento ottico,<br />
ispezione post-print,<br />
forno, scarico<br />
automatico.<br />
Linea <strong>la</strong>ser<br />
Lasers<br />
per il trimming,<br />
marking e taglio.<br />
Serigrafi che<br />
Screen/stencil<br />
printer per SMT,<br />
fi lm spesso, LTCC e<br />
celle so<strong>la</strong>ri.<br />
Allineamento<br />
ottico, meccanica<br />
di altissima<br />
precisione,<br />
risoluzione di<br />
2 microns.<br />
Linea sensori<br />
Linea Xcel<br />
Cel<strong>la</strong> di <strong>la</strong>voro per<br />
dispensazione,<br />
ink-jet, spraying,<br />
assemb<strong>la</strong>ggi,<br />
ispezione ottica,<br />
conformal coating<br />
e altre applicazioni<br />
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44 PCB giugno 2011<br />
assorbito sul<strong>la</strong> super cie del rame o<br />
del nickel e non può essere desorbito.<br />
<strong>Il</strong> risultato è una inibizione del<strong>la</strong> super<br />
cie catalitica nei confronti dell’ulteriore<br />
ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide.<br />
L’analisi del diagramma “Volcano<br />
plot” mostra lo stesso ordine di metalli<br />
evinto dai voltagrammi ciclici per<br />
l’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide, e cioè<br />
nell’ordine decrescente: argento, pal<strong>la</strong>dio,<br />
rame e nickel.<br />
Nel<strong>la</strong> scelta di un sistema di attivazione<br />
ideale per <strong>la</strong> deposizione del<br />
rame electroless devono essere tenute<br />
in considerazione densità di corrente<br />
estremamente basse. La reazione di<br />
ossidazione dell’agente riducente sul<strong>la</strong><br />
super cie catalitica non procede al<br />
massimo picco di corrente bensì nei<br />
pressi del potenziale misto.<br />
<strong>Il</strong> potenziale misto, determinato da<br />
due curve di po<strong>la</strong>rizzazione associate<br />
rispettivamente ai processi anodici e<br />
catodici, può essere associato a basse<br />
densità di corrente, quali ad esempio<br />
j = 10 -4 A/cm 2 .<br />
Nel campo delle basse densità di<br />
corrente l’ordine dei metalli cataliticamente<br />
attivi può cambiare rispetto<br />
all’ordine che considera il massimo<br />
picco di densità di corrente. Questo è<br />
il motivo per cui <strong>la</strong> reazione che determina<br />
il grado di reazione complessivo<br />
può essere di erente.<br />
Nel<strong>la</strong> letteratura [5] il comportamento<br />
di po<strong>la</strong>rizzazione di un certo<br />
numero di agenti riducenti su una varietà<br />
di elettrodi solidi è stato oggetto<br />
di studio.<br />
La Fig. 5 mostra i potenziali di vari<br />
metalli durante l’ossidazione di diverse<br />
specie riducenti ad una densità di corrente<br />
constante di 10 -4 A/cm 2 . I potenziali<br />
sono messi in re<strong>la</strong>zione al potenziale<br />
E r di ossidoriduzione standard di<br />
ogni agente riducente. E r ha un valore<br />
molto negativo, spesso più negativo del<br />
potenziale misto. L’attività catalitica<br />
aumenta in genere passando da valori<br />
di potenziale alti a valori bassi.<br />
Fig. 6 - Curva di po<strong>la</strong>rizzazione forma aldeide<br />
Di conseguenza, un metallo possiede<br />
una maggiore attività catalitica quanto<br />
più il valore del suo potenziale si avvicina<br />
al valore di E r . Considerando <strong>la</strong><br />
termodinamica del processo di deposizione<br />
del rame, esso viene favorito da<br />
valori negativi di potenziale.<br />
Come si può notare in Fig. 5, il rame,<br />
a basse densità di corrente, è il più<br />
attivo nel catalitzzare l’ossidazione<br />
del<strong>la</strong> formaldeide, seguito dall’argento,<br />
dal pal<strong>la</strong>dio e dal nickel. Quest’ordine<br />
è diverso da quello stabilito in base<br />
al diagramma “volcano plot” che ri-<br />
Fig. 7 - Curva di po<strong>la</strong>rizzazione dell’acido gliossilico<br />
guarda le alte densità di corrente. Dal<br />
punto di vista elettrochimico il rame<br />
dovrebbe essere un eccellente attivatore<br />
per il suo potenziale negativo, il<br />
quale si avvicina al valore dell’E r del<strong>la</strong><br />
formaldeide.<br />
Per poter paragonare l’attività catalitica<br />
dei metalli secondo l’ordine trovato<br />
in letteratura (Fig. 5) con quel<strong>la</strong> sperimentalmente<br />
determinata nel presente<br />
<strong>la</strong>voro tramite i voltammogrammi ciclici,<br />
i potenziali devono essere considerati<br />
al<strong>la</strong> medesima densità di corrente<br />
di j = 10 -4 A/cm 2 (vedi Fig. 6).
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Note<br />
[1] Lee, “Synthesis of Highly Active Ag/Pd<br />
Nanorings for Activating Electroless Cu<br />
Deposition”, in Journal of the Electronic<br />
Society, 156, (9), 2009.<br />
[2] Holze, Leitfaden der Elektrochemie,<br />
Teubner, 1998.<br />
[3] Christensen, Techniques and Mechanisms<br />
in Electrochemistry, B<strong>la</strong>ckhie Acad., 1994.<br />
[4] Bard, Electrochemical Methods, 1980.<br />
[5] Mallory, Electroless P<strong>la</strong>ting, 1985.<br />
[6] Inoue, “Evaluation of Tin-Copper Mixed<br />
Catalyst for Rep<strong>la</strong>cement of Tin-Pal<strong>la</strong>dium<br />
Mixed Catalyst for Electroless P<strong>la</strong>ting”, in<br />
Surface Technologies, Vol. 59 (9), 2008.<br />
46 PCB giugno 2011<br />
Tabel<strong>la</strong> 1 - Ordine delle attività catalitiche a diverse densità<br />
di corrente<br />
Letteratura (teoria) Curve di po<strong>la</strong>rizzazione (dati sperimentali)<br />
formaldeide formaldeide acido gliossilico<br />
j max Ag, Pd, Cu, Ni Ag, Pd, Cu, Ni Ag, Cu Pd, Ni<br />
j low Cu, Ag, Pd, Ni Cu, Ag, Pd, Ni Cu, Ni, Ag, Pd<br />
Re<strong>la</strong>tivamente all’ossidazione del<strong>la</strong><br />
formaldeide, a basse densità di corrente<br />
l’ordine dei metalli osservato nei<br />
voltammogrammi è identico a quello<br />
descritto nel<strong>la</strong> letteratura: il rame<br />
possiede <strong>la</strong> maggiore attività catalitica<br />
seguito da argento, pal<strong>la</strong>dio e nickel.<br />
<strong>Il</strong> potenziale del rame è più prossimo<br />
al livello del potenziale redox del<strong>la</strong><br />
formaldeide, così come già descritto<br />
in letteratura. Ciò signi ca che il rame<br />
è un potenziale catalizzatore per <strong>la</strong><br />
deposizione del rame electroless.<br />
A dispetto delle aspettative il pal<strong>la</strong>dio<br />
non mostra un’alta attività catalizzante,<br />
così come sarebbe da aspettarsi da un<br />
buon attivatore durante <strong>la</strong> deposizione<br />
di rame electroless in bagni contenenti<br />
formaldeide come agente riducente. La<br />
stessa procedura di analisi dei voltammogrammi<br />
ciclici è stata eseguita per il<br />
meno di uso acido gliossilico.<br />
A basse densità di corrente, l’ordine<br />
delle attività catalitiche dei metalli<br />
è praticamente lo stesso di quello per<br />
l’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide: rame,<br />
nickel, argento e pal<strong>la</strong>dio (vedi Fig. 7;<br />
Tabel<strong>la</strong> 1). A densità di corrente di j<br />
= 10 -4 A/cm 2 il valore del potenziale<br />
per l’ossidazione dell’acido gliossilico<br />
sul rame è in assoluto il più negativo.<br />
Ciò indica che il rame è il metallo<br />
più attivo nell’ossidazione catalitica<br />
dell’acido gliossilico.<br />
Così come per le soluzioni di rame<br />
electroless basate sull’uso di formaldeide,<br />
il rame è anche un potenziale<br />
catalizzatore per le soluzioni basate<br />
sull’uso di acido gliossilico, e ciò a<br />
causa del<strong>la</strong> sua alta attività catalitica.<br />
<strong>Il</strong> nickel e l’argento lo seguono a<br />
distanza ravvicinata. Sul<strong>la</strong> base delle<br />
prove e ettuate e dei dati raccolti<br />
il pal<strong>la</strong>dio presenta l’attività catalitica<br />
più bassa. In ogni caso il valore<br />
di potenziale di -0,48 V misurato<br />
sull’electrodo di riferimento Ag/AgCl<br />
nel momento in cui ha inizio l’ossidazione<br />
dell’acido gliossilico sull’elettrodo<br />
di pal<strong>la</strong>dio, può essere considerato<br />
ancora accettabile per una buona attivazione.<br />
Anche l’esperienza pratica<br />
dimostra come l’attività del pal<strong>la</strong>dio<br />
sia abbastanza alta per <strong>la</strong> deposizione<br />
del rame electroless in bagni contenenti<br />
acido gliossilico come agente<br />
riducente.<br />
Conclusioni<br />
La ciclovoltammetria costituisce<br />
un metodo appropriato nel<strong>la</strong> determinazione<br />
dell’attività catalitica dei<br />
metalli nei confronti del<strong>la</strong> reazione<br />
di ossidazione di diversi agenti riducenti.<br />
I dati disponibili in letteratura<br />
sull’ossidazione del<strong>la</strong> formaldeide<br />
possono essere facilmente riprodotti<br />
tramite <strong>la</strong> misura delle curve di po<strong>la</strong>rizzazione.<br />
Applicando questa procedura<br />
d’analisi ad agenti riducenti non<br />
propiamente convenzionali, quali, ad<br />
esempio, l’acido gliossilico, è possibile<br />
determinare l’attività catalitica di<br />
vari metalli per l’ossidazione di agenti<br />
riducenti di erenti.<br />
<strong>Il</strong> presente studio dimostra come<br />
ulteriori miglioramenti nei processi<br />
di deposizione di rame electroless<br />
possano essere resi possibili con una<br />
procedura di attivazione alternativa<br />
al pal<strong>la</strong>dio che possieda una più alta<br />
attività catalitica. L’attività catalitica<br />
del rame, dell’argento od anche del<br />
nickel in presenza di acido gliossilico<br />
utilizzato come agente riducente<br />
è più alta di quel<strong>la</strong> del pal<strong>la</strong>dio; pertanto<br />
questi materiali sono da considerare,<br />
almeno dal punto di vista<br />
elettrochimico, potenziali catalizzatori<br />
per <strong>la</strong> deposizione del rame<br />
electroless.<br />
Nell’ottica del<strong>la</strong> valutazione devono<br />
comunque essere considerati diversi<br />
aspetti. Un attivatore a base di rame<br />
presenta scarse performance a causa<br />
di fenomeni di ossidazione ed instabilità.<br />
Nel<strong>la</strong> pratica, ad oggi, sistemi<br />
d’attivazione a base di rame non hanno<br />
trovato partico<strong>la</strong>re riscontro tecnico<br />
e commerciale [6].<br />
Sebbene il pal<strong>la</strong>dio non sia cataliticamente<br />
il metallo più attivo, al momento<br />
rappresenta <strong>la</strong> scelta universale<br />
ed obbligata come catalizzatore per<br />
<strong>la</strong> fase di iniziazione del processo di<br />
deposizione del rame electroless, e ciò<br />
per <strong>la</strong> sua resistenza al<strong>la</strong> dissoluzione<br />
e all’ossidazione. In ogni caso molto<br />
<strong>la</strong>voro di ricerca e sviluppo deve essere<br />
ancora e ettuato al ne di stabilire un<br />
nuovo sistema attivante come alternativa<br />
al pal<strong>la</strong>dio.
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di dean Wiltshire, Mentor Graphics seconda e ultima parte<br />
Abbiamo osservato come<br />
avvenga anzitutto una <strong>prima</strong><br />
pianificazione intorno ai<br />
componenti già disposti. Successivamente,<br />
questo stadio di pianificazione<br />
può richiedere un livello di intervento<br />
più minuzioso, al fine di assicurare le<br />
priorità necessarie per altri segnali.<br />
L’esempio mostrato in Fig. 8 si riferisce<br />
ad una pianificazione già condotta<br />
successivamente al<strong>la</strong> disposizione<br />
dei componenti. Per questo bus, è<br />
necessario pianificare nel dettaglio i<br />
percorsi di diciassette bit, il cui flusso<br />
è strutturato secondo uno schema<br />
abbastanza ordinato.<br />
Per pianificare questo bus, il progettista<br />
del pcb tiene in considerazione<br />
l’ostacolo presente, le regole dei diversi<br />
strati e tutti gli altri vincoli significativi.<br />
Sul<strong>la</strong> base di questi input, egli decide di<br />
pianificare <strong>la</strong> seguente soluzione topologica,<br />
illustrata in Fig. 9.<br />
Nel<strong>la</strong> Fig. 9, l’area di dettaglio “1”<br />
specifica <strong>la</strong> pianificazione definita<br />
per raccogliere, sullo strato superiore<br />
“rosso”, i segnali dai piedini del componente<br />
e convogliarli sul percorso topologico<br />
illustrato nel dettaglio “2”. Ciò<br />
viene effettuato mediante un’area ”non<br />
impacchettata” per <strong>la</strong> quale viene però<br />
imposto uno sbroglio comp<strong>la</strong>nare, che<br />
utilizzi solo lo strato 1. Questa scelta,<br />
che può sembrare ovvia in questa situazione<br />
di progetto, imporrà all’algoritmo<br />
di sbroglio di utilizzare lo strato superficiale<br />
per connettere al percorso topologico<br />
rosso.<br />
Tuttavia, in altre situazioni, <strong>la</strong> presenza<br />
di ostacoli potrebbe suggerire di<br />
imporre all’algoritmo differenti vincoli<br />
di uso degli strati per procedere allo<br />
sbroglio di una partico<strong>la</strong>re sezione di<br />
bus. Dopo aver riunito le tracce in un<br />
percorso a pacchetto sullo strato 1, il<br />
progettista pianifica (v. dettaglio “3”)<br />
una transizione verso lo strato 3, sul<br />
quale far coprire al bus il lungo percorso<br />
per attraversare il pcb. Si può notare<br />
come questo percorso topologico sullo<br />
strato 3 sia più <strong>la</strong>rgo di quello sullo<br />
strato superiore – viene infatti tenuto<br />
debito conto dello maggiori esigenze di<br />
spazio necessarie per control<strong>la</strong>re l’impedenza.<br />
Inoltre, il progetto ha anche<br />
identificato l’esatta posizione dei passaggi<br />
di strato – le 17 via.
<strong>Il</strong> percorso topologico scende quindi<br />
lungo il <strong>la</strong>to destro del<strong>la</strong> Fig. 9, dopodiché,<br />
in corrispondenza del dettaglio “4”,<br />
si rendono necessarie numerose giunzioni<br />
a T, ciascuna di un singolo bit, per<br />
estrarre dal percorso principale le connessioni<br />
verso i diversi piedini del componente.<br />
<strong>Il</strong> progettista in questo caso ha<br />
preferito mantenere <strong>la</strong> maggior parte<br />
del flusso di connessione sullo strato 3,<br />
operando man mano delle fughe verso<br />
altri strati per le connessioni ai pin del<br />
componente. Per fare ciò, ha disegnato<br />
un’area topologica in cui sono indicate<br />
le connessioni che abbandonano il percorso<br />
principale per lo strato 4 (rosa), sul<br />
quale vengono effettuate le giunzioni a<br />
T dei singoli bit verso lo strato 2, dal<br />
quale infine tramite ulteriori via vanno<br />
a connettersi ai piedini del dispositivo.<br />
Successivamente il percorso topologico<br />
continua, sempre sullo strato 3,<br />
fino all’area del dettaglio “5”, utilizzata<br />
per collegarsi al componente attivo.<br />
Queste connessioni, dopo aver raggiunto<br />
i piedini del dispositivo, proseguono<br />
fino a delle resistenze di pulldown<br />
disposte appena sotto al componente.<br />
<strong>Il</strong> progettista utilizza un’altra area<br />
topologica per specificare le connessioni<br />
dallo strato 3 allo strato 1, sul quale<br />
giacciono i pin sia del dispositivo attivo<br />
che delle resistenze di pull-down.<br />
Per effettuare <strong>la</strong> pianificazione di<br />
dettaglio appena descritta sono necessari<br />
circa 30 secondi. Dopo aver acquisito<br />
il piano corrispondente, il progettista<br />
può procedere immediatamente con<br />
il suo sbroglio, oppure può scegliere di<br />
continuare con <strong>la</strong> creazione di ulteriori<br />
panificazioni topologiche e successivamente<br />
effettuare lo sbroglio automatico<br />
di tutti i piani in un’unica passata.<br />
L’esecuzione dello sbroglio automatico<br />
di questo piano impiega meno<br />
di 10 secondi. Tuttavia questa velocità<br />
non sarebbe affatto significativa, ed<br />
anzi rappresenterebbe solo uno spreco<br />
di tempo, se i risultati non fossero di<br />
buona qualità, ovvero non rispec-<br />
Fig. 8 - Le net line di questo bus<br />
derivano da una pianificazione<br />
topologica di priorità superiore,<br />
subordinata al<strong>la</strong> disposizione dei<br />
componenti. Per disporre di questo<br />
bus verrà quindi creato un piano<br />
topologico che non comporti modifiche<br />
nel<strong>la</strong> posizione dei componenti<br />
chiassero pienamente l’intento del progettista.<br />
Lo verificheremo mediante le<br />
figure seguenti, che illustrano i risultati<br />
dell’attività di sbroglio automatico.<br />
Routing Topologico<br />
Partendo da sinistra, si può verificare<br />
come tutte le connessioni create a partire<br />
dai pin del componente rispettino<br />
l’intento espresso dal progettista, rimanendo<br />
sullo strato 1 e raggruppandosi<br />
in una struttura compatta di bus a pacchetto,<br />
come mostrato nel<strong>la</strong> Fig. 10,<br />
dettagli “1” e “2”. <strong>Il</strong> dettaglio “3” mostra<br />
invece come è stata realizzata <strong>la</strong> transizione<br />
dallo strato 1 allo strato 3, utilizzando<br />
una disposizione compatta ed<br />
efficiente delle via.<br />
Come già evidenziato, le problematiche<br />
di impedenza sono state evitate realizzando<br />
tracce più <strong>la</strong>rghe e maggiormente<br />
separate, chiaramente distinguibili<br />
grazie al<strong>la</strong> visualizzazione dei percorsi<br />
con le loro <strong>la</strong>rghezze reali.<br />
In Fig. 11, il dettaglio “4” mostra<br />
come il percorso topologico si al<strong>la</strong>rghi<br />
<strong>la</strong>ddove è necessario realizzare delle via<br />
per poter effettuare le giunzioni a T<br />
dei singoli bit. Anche in questo caso il<br />
piano è stato implementato nel rispetto<br />
dell’intento del progettista, con le giunzioni<br />
a T di singoli bit che escono dal<br />
flusso principale saltando dallo strato 3<br />
allo strato 4. Inoltre, si può anche notare<br />
Fig. 9 - <strong>Il</strong> risultato del<strong>la</strong> pianificazione<br />
del bus<br />
come sullo strato 3 le tracce rimangano<br />
il più compatte possibile, riavvicinandosi<br />
rapidamente subito dopo essersi<br />
aperte per aggirare una via.<br />
La Fig. 12, infine, mostra il risultato<br />
dello sbroglio automatico per il dettaglio<br />
“5”. Le connessioni al componente<br />
attivo richiedono una transizione dallo<br />
strato 3 allo strato 1. Le via sono state<br />
disposte ben allineate al di sopra dei pin<br />
del componente, mentre sullo strato 1 le<br />
tracce si connettono <strong>prima</strong> ai piedini del<br />
componente per poi proseguire fino alle<br />
resistenze di pull-down.<br />
Riepilogando, in questo esempio è<br />
stato pianificato in dettaglio il percorso<br />
di 17 bit per connettere 4 distinte tipologie<br />
di componenti, nel rispetto dell’intento<br />
del progettista in termini di strati<br />
e di flusso. <strong>Il</strong> tutto è stato definito in<br />
circa 30 secondi e seguito da uno sbroglio<br />
automatico di elevata qualità, per<br />
l’esecuzione del quale sono stati necessari<br />
10 ulteriori secondi.<br />
Elevando il livello di astrazione dal<strong>la</strong><br />
disposizione delle tracce al<strong>la</strong> pianificazione<br />
topologica, il tempo totale di realizzazione<br />
delle interconnessioni è stato<br />
drasticamente ridotto, ma non solo:<br />
ancor <strong>prima</strong> che venga avviata <strong>la</strong> disposizione<br />
delle interconnessioni, c’è già<br />
una chiara e reale comprensione delle<br />
densità in gioco e delle probabilità di<br />
realizzazione del progetto. Forti di questa<br />
consapevolezza, è lecito chiedersi:<br />
PCB giugno 2011<br />
49
50 PCB giugno 2011<br />
Fig. 10 - <strong>Il</strong> risultato dello sbroglio topologico, con i dettagli 1,<br />
2 e 3 spiegati di seguito<br />
perché continuare a disporre le tracce<br />
in questa fase del progetto? Perché non<br />
continuare invece a pianificare i percorsi,<br />
e risolvere le tracce più avanti, dopo aver<br />
completato una pianificazione topologica<br />
completa? Se si considera l’esempio<br />
appena descritto, l’astrazione del<strong>la</strong><br />
pianificazione consente di <strong>la</strong>vorare con<br />
un singolo piano invece che con 17 net<br />
distinte, ognuna composta di numerosi<br />
segmenti e svariate via.<br />
Valorizzare <strong>la</strong> IP<br />
(Intellectual Property) del<strong>la</strong><br />
pianificazione topologica<br />
Oggi, quindi, i progettisti riescono a<br />
individuare, mettere a punto e catturare,<br />
formalizzandoli, i principali schemi di<br />
disposizione dei componenti e le principali<br />
topologie delle strutture di bus.<br />
Possono determinare che tali tipologie<br />
di bus rispettano i criteri per applicazioni<br />
a elevata velocità, utilizzano<br />
gli strati nel modo corretto, hanno le<br />
dimensioni fisiche che ne permettano il<br />
routing, ecc. <strong>Il</strong> piano che le definisce fa<br />
ora parte del database di progetto, sotto<br />
forma di IP acquisita. Abbiamo dunque<br />
ora l’opportunità di trarre pieno vantaggio<br />
dal<strong>la</strong> velocità di un router auto-<br />
matico, e sollevare il progettista da una<br />
parte tediosa del proprio <strong>la</strong>voro, <strong>la</strong>sciandogli<br />
quindi più tempo da dedicare ad<br />
attività maggiormente creative.<br />
Mentor Graphics ha implementato<br />
<strong>la</strong> seconda parte di questo processo<br />
mediante un router topologico,<br />
denominato per l’appunto Topology<br />
Router, capace di seguire le direttive del<br />
piano acquisito, realizzando comunque<br />
lo sbroglio con <strong>la</strong> velocità di un router<br />
automatico. La Fig. 13b mostra il risultato<br />
dell’attività del Topology Router<br />
nello sbroglio di un piano acquisito<br />
mediante il Topology P<strong>la</strong>nner (Fig. 13a).<br />
Sia il piano che l’effettivo sbroglio vengono<br />
memorizzati, sotto forma di PI,<br />
all’interno del database di progetto.<br />
<strong>Il</strong> famigerato ECO<br />
Immaginiamo ora di aver terminato<br />
il nostro pcb, perfettamente funzionante:<br />
inevitabilmente, ecco che arriva<br />
il temuto ECO (Engineering Change<br />
Order), <strong>la</strong> modifica di progetto. Ma ora,<br />
siccome sia il piano topologico che lo<br />
sbroglio effettivo sono memorizzati nel<br />
database di progetto, il progettista può<br />
semplicemente cancel<strong>la</strong>re il bus modificato,<br />
correggere il piano e rieseguire lo<br />
Fig. 11 - <strong>Il</strong> risultato dello sbroglio topologico, con il dettaglio<br />
4 spiegato di seguito<br />
Fig. 12 - <strong>Il</strong><br />
risultato<br />
dello sbroglio<br />
topologico,<br />
con il dettaglio<br />
5 spiegato<br />
di seguito<br />
sbroglio automatico del bus ritoccato.<br />
Viene quindi completamente eliminata<br />
<strong>la</strong> necessità di “ritracciare” manualmente<br />
il bus, con un prezioso risparmio<br />
di tempo nel ciclo di sviluppo e con un<br />
netto miglioramento del<strong>la</strong> produttività<br />
del progettista. Consideriamo ad esempio<br />
il caso di un progetto contenente<br />
un FPGA il cui pin-out non sia stato<br />
ancora finalizzato. L’ingegnere progettista<br />
ha comunicato questo impedimento<br />
ai progettisti del pcb ma, a causa<br />
dei comuni vincoli di tempo per le scadenze<br />
ravvicinate, questi ultimi hanno <strong>la</strong><br />
necessità di sviluppare comunque il progetto<br />
il più possibile, anche <strong>prima</strong> del<strong>la</strong><br />
finalizzazione del pin-out dell’FPGA.<br />
Intanto che l’ingegnere progettista<br />
procede al completamento del proprio<br />
piano, i progettisti del pcb, <strong>la</strong>vorando<br />
sul<strong>la</strong> scorta del<strong>la</strong> piedinatura non definitiva<br />
già nota, iniziano comunque<br />
a pianificare <strong>la</strong> gestione dello spazio<br />
intorno all’FPGA, ponendo partico<strong>la</strong>re<br />
attenzione alle vie di fuga dagli altri<br />
componenti verso l’FPGA.<br />
<strong>Il</strong> piano iniziale prevedeva che l’IO<br />
fosse disposto lungo il <strong>la</strong>to destro<br />
dell’FPGA, ma nel<strong>la</strong> soluzione definitiva<br />
esso è invece posizionato sul <strong>la</strong>to<br />
sinistro. <strong>Il</strong> pin-out si è quindi rive<strong>la</strong>to<br />
completamente diverso da quanto inizialmente<br />
pianificato. Tuttavia, <strong>la</strong>vorando<br />
ad un livello superiore di astrazione,<br />
il progettista ha potuto evitare il<br />
costo legato allo spostamento manuale,<br />
una per una, di tutte le altre tracce che<br />
correvano in prossimità dell’FGPA,<br />
per far posto alle necessarie modifiche<br />
locali. Ha potuto invece modificare i<br />
percorsi topologici nel loro insieme.
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52 PCB giugno 2011<br />
Tuttavia, l’impatto del<strong>la</strong> modifica<br />
non ricade solo intorno all’FPGA; il<br />
nuovo pin-out produce un effetto anche<br />
sulle vie di accesso ai singoli piedini del<br />
componente stesso. Per riuscire a ridisporre<br />
il ventaglio di tracce comp<strong>la</strong>nari<br />
che fanno confluire i segnali verso il bus,<br />
è stato necessario spostare anche l’estremità<br />
del percorso topologico; diversamente,<br />
si sarebbe reso indispensabile<br />
un accaval<strong>la</strong>mento di alcune tracce, con<br />
uno spreco di prezioso spazio su un pcb<br />
piuttosto denso. L’inversione dei bit<br />
avrebbe richiesto dello spazio addizionale<br />
per delle tracce ed alcune via, una<br />
esigenza complicata da soddisfare nelle<br />
fasi finali del progetto. Se i tempi stringono,<br />
il <strong>la</strong>voro necessario per apportare<br />
le dovute correzioni a tutte le tracce<br />
coinvolte potrebbe essere inaccettabile.<br />
In sostanza: <strong>la</strong>vorando ad un livello<br />
di astrazione superiore, come permesso<br />
dal<strong>la</strong> pianificazione topologica, è molto<br />
più semplice gestire e soddisfare gli<br />
onnipresenti ECO. Un algoritmo di<br />
sbroglio automatico pensato per seguire<br />
l’intento del progettista sa inoltre privilegiare<br />
<strong>la</strong> qualità del risultato rispetto<br />
al<strong>la</strong> quantità. Se viene identificato un<br />
problema qualitativo, piuttosto che creare<br />
uno sbroglio di qualità scadente, è<br />
meglio fallire una delle connessioni.<br />
Questo per due motivi. Anzitutto,<br />
perché è più semplice trovare una soluzione<br />
manuale per rial<strong>la</strong>cciare una sin-<br />
Fig. 13a - Esempio di un piano topologico completo<br />
per un pcb<br />
go<strong>la</strong> connessione fallita piuttosto che<br />
ripulire numerosi percorsi di bassa<br />
qualità di tracce generate dallo sbroglio<br />
automatico. In secondo luogo,<br />
perché così viene comunque rispettato<br />
l’intento del progettista, rappresentato<br />
soprattutto dal<strong>la</strong> qualità del<strong>la</strong><br />
connessione da esso stabilita. Non va<br />
comunque negato che queste considerazioni<br />
sono valide fintantoché <strong>la</strong><br />
ricongiunzione delle tracce fallite è<br />
ragionevolmente semplice e localizzata.<br />
Un buon esempio è rappresentato da<br />
uno sbroglio che non riesce a raggiungere<br />
il 100% di connessione del piano.<br />
Piuttosto che forzare il risultato, sacrificandone<br />
<strong>la</strong> qualità, è meglio <strong>la</strong>sciare<br />
parzialmente insoddisfatto il piano, tollerando<br />
una traccia non connessa. In tal<br />
modo, tutte le tracce saranno instradate<br />
nel rispetto del piano, anche se non tutte<br />
in modo completo fino al piedino del<br />
componente. Ciò però garantirà <strong>la</strong> presenza<br />
di sufficiente spazio residuo per<br />
aggiustare <strong>la</strong> connessione fallita e per<br />
farlo in modo ragionevolmente semplice.<br />
L’intelligenza del progettista<br />
e <strong>la</strong> velocità del routing<br />
automatico<br />
La progettazione dei bus di un<br />
pcb “al<strong>la</strong> vecchia maniera”, vale a dire<br />
mediante un piano di sintesi disegnato<br />
su un pezzo di carta, seguito da<br />
un minuzioso tracciamento manuale<br />
delle singole interconnessioni, è un processo<br />
spesso lungo e tedioso. Mentor<br />
Graphics offre ora una nuova tecnologia<br />
in grado di combinare l’intelligenza<br />
di un progettista esperto con <strong>la</strong> velocità<br />
di un sistema automatico di sbroglio,<br />
migliorando così significativamente<br />
sia <strong>la</strong> produttività del progettista che i<br />
tempi del ciclo di sviluppo.<br />
Lo strumento Topology P<strong>la</strong>nner<br />
consente al progettista di acquisire le<br />
strutture e le topologie dei bus, assicurando<br />
nel contempo che il piano generato<br />
sarà sbrogliabile e che soddisferà,<br />
nelle lunghezze e nei ritardi, i vincoli<br />
di qualità dei segnali. <strong>Il</strong> piano entra a<br />
far parte del database di progetto sotto<br />
forma di PI, per poter essere corretto ed<br />
utilizzato nelle fasi successive. Lo strumento<br />
Topology Router implementa<br />
le direttive contenute nel piano con <strong>la</strong><br />
velocità tipica di un router automatico,<br />
producendo risultati di elevata qualità e<br />
sollevando il progettista da un compito<br />
lungo e tedioso. Al<strong>la</strong> fine, ne risultano sia<br />
un processo molto più efficiente che una<br />
significativa quantità di tempo risparmiato<br />
per i progettisti, i quali potranno<br />
dedicarlo al<strong>la</strong> soluzione di altre sfide più<br />
impegnative, che richiedono tutta <strong>la</strong> loro<br />
sofisticata esperienza.<br />
Mentor Graphics<br />
www.mentor.com<br />
Fig. 13b - In tempi dell’ordine dei minuti, il Topology Router<br />
può sbrogliare automaticamente le re<strong>la</strong>tive strutture di bus,<br />
nel rispetto del piano topologico
54 PCB giugno 2011<br />
▶ Produzione - MiglioraMento del<strong>la</strong> gestione<br />
L’automazione<br />
dei processi<br />
Nel<strong>la</strong> moderna visione industriale<br />
l’automazione è insieme un obiettivo e un<br />
risultato. Attraverso l’automazione si mira a<br />
raggiungere contemporaneamente tanto il<br />
miglioramento nel<strong>la</strong> gestione di fabbrica quanto<br />
il miglioramento continuo dei processi produttivi<br />
di Piero Bianchi <strong>prima</strong> parte<br />
Decidere di automatizzare e<br />
dove automatizzare non è<br />
facile. Per ottenere dei risultati<br />
validi è necessario analizzare il<br />
problema sotto i diversi aspetti tecnici,<br />
economici e logistici. <strong>Il</strong> principale<br />
obiettivo - nell’introduzione dei processi<br />
automatizzati - risiede, secondo<br />
Per eseguire <strong>la</strong>vorazioni in automatico i sistemi che compongono le linee devono<br />
spesso essere equipaggiati con un elevato numero di utensili<br />
l’opinione comune, nel<strong>la</strong> riduzione del<br />
costo diretto del<strong>la</strong> manodopera, nel<br />
raggiungimento e mantenimento di<br />
elevati standard qualitativi e nell’aumento<br />
del<strong>la</strong> produttività.<br />
<strong>Il</strong> termine automazione è usato<br />
per identificare un insieme di fasi di<br />
processo che conducono al<strong>la</strong> realizzazione<br />
di un dispositivo col minimo<br />
contributo dell’intervento umano.<br />
In questo contesto rientra anche<br />
l’utilizzo di programmi che mirano<br />
al<strong>la</strong> gestione computerizzata<br />
dell’intero ciclo produttivo, capaci<br />
di migliorarne l’efficienza e <strong>la</strong> redditività.<br />
La crescita e <strong>la</strong> diffusione dell’automazione<br />
è stata possibile anche grazie<br />
al<strong>la</strong> crescita delle tecniche informatiche<br />
sviluppate a sostegno delle decisioni<br />
e al diffondersi dei sistemi di comunicazione.<br />
Si pensi ad esempio ai<br />
vari settori del<strong>la</strong> vita pubblica e privata:<br />
dal<strong>la</strong> fabbrica agli uffici, l’automazione<br />
si è poi estesa alle abitazioni attraverso<br />
<strong>la</strong> domotica.<br />
Ogni azienda opera ormai, che lo<br />
voglia o meno, in un mercato al<strong>la</strong>rgato<br />
che richiede risposte in tempo reale;<br />
un mercato analitico che sembra<br />
<strong>la</strong>sciare sempre meno spazio al fiuto e<br />
all’inventiva imprenditoriale.<br />
L’impiego delle tecnologie informatiche<br />
e di processo comporta un<br />
ripensamento del<strong>la</strong> struttura organizzativa<br />
e di conseguenza un cambiamento<br />
negli schemi mentali, in<br />
direzione di una maggiore semplificazione<br />
che trova il suo apice attuale<br />
nel<strong>la</strong> fabbrica snel<strong>la</strong> (lean manufacturing).
Dal CAD agli strumenti<br />
di knowledge performance<br />
Per capire il perché dell’automazione<br />
vanno fatte alcune considerazioni.<br />
La tecnologia elettronica, indipendentemente<br />
dalle crisi attraversate,<br />
non ha mai cessato il suo trend<br />
di crescita; al costante miglioramento<br />
delle prestazioni corrisponde <strong>la</strong> continua<br />
ascesa nel<strong>la</strong> complessità dei componenti<br />
e dei <strong>circuiti</strong>.<br />
In Europa l’era delle produzioni<br />
di massa si è praticamente spenta <strong>la</strong>sciando<br />
spazio a un modo di produrre<br />
che assomiglia al “just in time”, ma<br />
che in realtà, almeno in Italia, è solo<br />
un caotico “subito, bene e possibilmente<br />
che non costi nul<strong>la</strong>”. La caduta<br />
delle frontiere e il ridimensionamento<br />
delle distanze dovuto al<strong>la</strong> tecnologia<br />
e le varie crisi economiche hanno accentuato<br />
<strong>la</strong> pressione competitiva riducendo<br />
drasticamente i margini di<br />
contribuzione.<br />
Come conseguenza <strong>la</strong> necessità di<br />
automazione, nel<strong>la</strong> sua accezione più<br />
ampia, consiglia i costruttori di sfruttare<br />
maggiormente le potenzialità degli<br />
strumenti CAD/ CAM e di knowledge<br />
performance. Strumenti sempre<br />
più potenti, capaci sia di accorciare i<br />
tempi di progetto sia di ridisegnare i<br />
processi di produttivi, nel<strong>la</strong> ricerca di<br />
soluzioni che consentano di ritagliare<br />
quei margini che <strong>la</strong> tradizionale concezione<br />
produttiva non consente più.<br />
Se è re<strong>la</strong>tivamente facile scegliere<br />
e acquistare una nuova linea di assemb<strong>la</strong>ggio<br />
dei pcb, lo è meno <strong>la</strong> valutazione<br />
di un pacchetto di strumenti<br />
software con cui control<strong>la</strong>re e gestire<br />
le informazioni e i processi aziendali.<br />
La stesura di un piano strategico,<br />
propedeutico a ogni investimento,<br />
deve essere il risultato di una serie<br />
di valutazioni interne che tengano<br />
conto del<strong>la</strong> forza di competitività<br />
propria dell’impresa, del<strong>la</strong> scelta<br />
di cosa realizzare all’interno e cosa in<br />
outsourcing, di cosa automatizzare e<br />
con quali obiettivi, del grado di integrazione<br />
dei processi e dell’eventuale<br />
loro sviluppo nel tempo, espresso come<br />
fattore di sca<strong>la</strong>bility.<br />
La voce “riduzione dei costi” deve<br />
costituire <strong>la</strong> costante di ogni progetto,<br />
così come quel<strong>la</strong> di “aumento del<strong>la</strong><br />
competitività”; sono obiettivi perseguibili<br />
mediante il costante miglioramento<br />
qualitativo del prodotto realizzato,<br />
<strong>la</strong> riduzione del time-to-market<br />
e l’ottimizzazione di ogni fase dei processi<br />
presenti in azienda.<br />
L’organizzazione che sovrintende i<br />
processi aziendali dovrà essere ripensata<br />
nel<strong>la</strong> sua interezza per consentire<br />
di raggiungere agevolmente gli obiettivi<br />
che stanno al<strong>la</strong> base del<strong>la</strong> trasformazione<br />
desiderata, inclusi i criteri di<br />
valutazione degli investimenti.<br />
In un sistema di mercato aperto in<br />
cui <strong>la</strong> sopravvivenza dell’azienda è dipendente<br />
dal<strong>la</strong> sua capacità di reperire<br />
il capitale per poterlo reinvestire
56 PCB giugno 2011<br />
e accrescere, <strong>la</strong> valutazione deve basarsi<br />
sul valore attualizzato dei flussi<br />
di cassa e sul tasso di redditività degli<br />
investimenti. Operazione possibile<br />
e consolidata per gli investimenti<br />
tradizionali, ma meno quantificabile<br />
nel caso di investimenti in tool software<br />
di manufacturing e controllo,<br />
dove <strong>la</strong> tangibilità dei vantaggi è meno<br />
palpabile nel medio e breve periodo.<br />
La valutazione deve quindi assumere<br />
ampiezza e forme diverse, funzionalmente<br />
all’importanza strategica<br />
dell’investimento. I risultati ipotizzati<br />
saranno però raggiungibili solo a<br />
condizione che ci sia un elevato livello<br />
di partecipazione da parte di manager<br />
e staff. Adeguamento a cui potrebbe<br />
corrisponde un appiattimento<br />
del<strong>la</strong> struttura gerarchica e un aumento<br />
delle mansioni interfunzionali; trasformazione<br />
che richiede ovviamente<br />
un sensibile investimento in formazione.<br />
L’aumento di efficienza come<br />
leva sul<strong>la</strong> redditività<br />
Disporre di strumenti per <strong>la</strong> gestione<br />
del<strong>la</strong> produzione di facile e immediato<br />
utilizzo, arricchisce le capacità<br />
operative e costituisce un sicuro<br />
vantaggio in termini di competizione.<br />
Molte aziende elettroniche che gravitano<br />
nel panorama delle PMI sono<br />
caratterizzate da una gestione orientata<br />
a <strong>la</strong>vorare per ordine cliente o per<br />
commessa, modo di operare che richiede<br />
un elevato grado di flessibilità,<br />
presupposto indispensabile per saper<br />
rispondere alle singole richieste di<br />
ogni cliente.<br />
La gestione basata su un sistema di<br />
tipo MRP risulta insufficiente e obsoleta,<br />
perché si limita al<strong>la</strong> individuazione<br />
dei materiali nel<strong>la</strong> quantità e nei<br />
tempi necessari al<strong>la</strong> produzione. La<br />
sua evoluzione in MRP II al<strong>la</strong>rga gli<br />
orizzonti al cosa fare, al come e quando<br />
farlo. Si tratta di modelli razionali<br />
Le linee di produzione, benchè altamente automatizzate, possono essere<br />
configurate in isole di <strong>la</strong>voro che <strong>la</strong>vorano in cascata su di un singolo codice o in<br />
parallelo su più codici contemporaneamente<br />
del processo produttivo, strumenti di<br />
pianificazione e di sostegno alle decisioni<br />
gestionali; strumenti che comunque<br />
non sempre si prestano a essere<br />
applicati operativamente a causa<br />
delle difficoltà di ricondurre <strong>la</strong> complessità<br />
di un sistema produttivo a un<br />
più semplice modello quantitativo.<br />
Tra i limiti che condizionano<br />
l’MRP c’è <strong>la</strong> difficoltà di modificare il<br />
piano di produzione una volta <strong>la</strong>nciato,<br />
<strong>la</strong> necessità di mantenere un livello<br />
medio-alto delle scorte di sicurezza<br />
e <strong>la</strong> difficoltà di gestione al crescere<br />
dei livelli di complessità dell’assemb<strong>la</strong>ggio.<br />
Un’azienda che <strong>la</strong>vora per commessa,<br />
deve poter modificare gli ordini<br />
di produzione in corso a fronte<br />
di modifiche richieste dal cliente, sincronizzare<br />
i tempi delle proprie attività<br />
con quelle del cliente, senza penalizzare<br />
<strong>la</strong> programmazione di tutte<br />
le altre risorse. Queste caratteristiche<br />
richiedono <strong>la</strong> capacità di configurare<br />
le linee per una produzione snel<strong>la</strong><br />
(lean manufacturing) e di effettuare<br />
acquisti direttamente collegati all’ordine<br />
cliente.<br />
Oggi per soddisfare in un’ottica di<br />
efficienza e di redditività le esigenze<br />
delle aziende elettroniche serve<br />
un sistema capace di coordinare e ottimizzare<br />
l’utilizzo di tutte le risorse<br />
aziendali, sincronizzando le attività<br />
interne con quelle esterne, gli acquisti<br />
con le vendite e <strong>la</strong> logistica, <strong>la</strong> progettazione<br />
con <strong>la</strong> produzione e il magazzino.<br />
L’obiettivo prioritario è quello<br />
di ridurre le inefficienze e gli sprechi,<br />
massimizzando di conseguenza <strong>la</strong><br />
produttività.<br />
A sostegno di queste esigenze intervengono<br />
le soluzioni ERP, capaci<br />
di dare una totale visibilità sugli<br />
eventi che si verificano in produzione;<br />
questo significa avere visibilità per<br />
ogni loro aspetto economico, per valutarne<br />
in tempo reale <strong>la</strong> ricaduta finanziaria<br />
sull’azienda.<br />
ERP e flusso decisionale<br />
L’ERP si colloca nello scenario organizzativo<br />
dell’azienda con l’obiettivo<br />
del miglioramento continuo dei<br />
processi e dei prodotti. <strong>Il</strong> concetto di<br />
miglioramento di un processo produttivo<br />
parte dal presupposto che il processo<br />
stesso sia misurabile ed esprimibile<br />
numericamente; in seguito a determinati<br />
interventi correttivi <strong>la</strong> nuova<br />
misura deve esprimere un miglioramento<br />
rispetto a quel<strong>la</strong> precedente.<br />
Se ben utilizzato il sistema ERP<br />
è uno strumento capace di enfatizzare<br />
il valore delle risorse, sia umane<br />
che strumentali. Le risorse umane<br />
Cortesia: Euro Circuiti
il depaneling senza contatto,<br />
accessibile a tutti<br />
Innovative Solutions for Electronic Manufacturing<br />
<strong>Il</strong> taglio Laser basato sull’innovativa<br />
Tecnologia Laser Cut Osai è capace di<br />
eseguire separazioni pulite e sicure,<br />
senza formazione di polveri e senza<br />
stress meccanici <strong>sui</strong> componenti<br />
elettronici.<br />
L’utilizzo del processo di Laser<br />
depaneling rappresenta il metodo<br />
migliore per ottenere un taglio veloce<br />
(riduce fino al 70% i tempi di separazione<br />
rispetto ai metodi tradizionali) e flessibile<br />
(capace di separare tagliando i testimoni o o<br />
in pieno i PCB fino a 3 mm di spessore per <strong>la</strong><br />
versione base).<br />
Problema: Connettore Sotto al teStimone<br />
Soluzione: Pre-taglio <strong>la</strong>Ser del teStimone<br />
RISoluzIonE dI caSI pRatIcI<br />
Problema: V-Cut SoPra al F<strong>la</strong>t<br />
Soluzione: Pre-taglio <strong>la</strong>Ser del V-Cut<br />
www.osai-as.it<br />
Problema: Forme di PCb PartiCo<strong>la</strong>ri<br />
Soluzione: SemPliCe Piano di taglio
Cortesia: EL.MA.<br />
58 PCB giugno 2011<br />
in partico<strong>la</strong>re non sono più viste come<br />
pura forza <strong>la</strong>voro, ma come un patrimonio<br />
reale al pari dei beni tangibili.<br />
Conoscenza e competenza, pur<br />
non essendo valori inseribili in bi<strong>la</strong>ncio,<br />
costituiscono <strong>la</strong> cultura aziendale<br />
senza <strong>la</strong> quale le pick and p<strong>la</strong>ce o forni<br />
possono fare ben poco, anche se di ultima<br />
generazione. Le capacità produttive<br />
del sistema azienda dipendono in<br />
<strong>la</strong>rga misura dalle prestazioni del personale<br />
che sono valutabili e misurabili.<br />
Per sua natura un sistema ERP si<br />
presta come strumento di autovalutazione,<br />
stimo<strong>la</strong>ndo <strong>la</strong> formazione e <strong>la</strong><br />
creatività.<br />
Un ERP, finalizzato a migliorare <strong>la</strong><br />
produttività nell’assemb<strong>la</strong>ggio dei pcb<br />
e control<strong>la</strong>rne i costi, è costituito da<br />
numerosi moduli, semplici da utilizzare<br />
per via delle interfacce grafiche,<br />
che permettono all’operatore di e<strong>la</strong>borare<br />
le scelte sul<strong>la</strong> base di un ampio<br />
spettro di dati e informazioni disponibili<br />
in tempo reale.<br />
È possibile control<strong>la</strong>re tutte le varie<br />
fasi che intervengono nel ciclo di<br />
trasformazione del prodotto, a partire<br />
dal<strong>la</strong> gestione del Bill Of Material al<strong>la</strong><br />
movimentazioni dei materiali e all’inventario.<br />
Si conosce lo stato di avanzamento<br />
di una commessa, <strong>la</strong> quantità<br />
di schede prodotte e <strong>la</strong> redditività<br />
generata, ricalco<strong>la</strong>ndo<strong>la</strong> ogniqualvolta<br />
intervenga un cambiamento significativo.<br />
La pianificazione del<strong>la</strong> produzione<br />
viene costantemente aggiornata<br />
e rie<strong>la</strong>borata in funzione dello stato<br />
del<strong>la</strong> commessa, del<strong>la</strong> disponibilità<br />
delle risorse e dei componenti.<br />
I dati di produzione sono raccolti<br />
e gestiti da ogni reparto (SMT,<br />
PTH, test, etc) o linea di assemb<strong>la</strong>ggio<br />
in modo autonomo e in tempo reale.<br />
L’invio automatico dei dati avviene<br />
da postazioni presidiate dall’operatore<br />
mediante terminali in rete, così<br />
come direttamente dalle macchine<br />
di produzione. Gli operatori o i reparti<br />
hanno un proprio codice identificativo,<br />
allo stesso modo di ogni singo<strong>la</strong><br />
fase di <strong>la</strong>vorazione o di ogni prodotto<br />
in esecuzione ( o commessa).<br />
La procedura consente <strong>la</strong> piena<br />
tracciabilità nei confronti delle singole<br />
schede di ogni lotto, permettendo<br />
di conseguenza <strong>la</strong> misura dettagliata<br />
dei tempi di realizzazione, quantificandone<br />
l’efficienza. Inoltre è possibile<br />
associare a ogni centro di <strong>la</strong>vorazione<br />
un costo orario e verificare, mediante<br />
i dati raccolti, <strong>la</strong> corrispondenza<br />
col target desiderato per evidenziare<br />
il grado di reale redditività.<br />
Un punto di forza dei sistemi ERP<br />
è <strong>la</strong> centralizzazione del controllo, che<br />
Partico<strong>la</strong>re di una cel<strong>la</strong> di <strong>la</strong>voro dove coesistono differenti livelli di automazione<br />
può avvenire anche lontano dall’ambiente<br />
di produzione. Tramite password<br />
è consentito l’accesso diretto<br />
da parte del cliente per <strong>la</strong> verifica dello<br />
stato di avanzamento del<strong>la</strong> propria<br />
commessa. L’analisi delle informazioni<br />
e<strong>la</strong>borate dal sistema in termini di<br />
tempi e costi evidenzia in modo chiaro<br />
e preciso le variazioni delle singole<br />
fasi rispetto ai dati di preventivo.<br />
Questo strumento software si rive<strong>la</strong><br />
quindi polivalente; può esistere autonomamente<br />
o essere complementare<br />
ad altri pacchetti (es CAD/CAM)<br />
con cui dialogare proficuamente, semplificando<br />
<strong>la</strong> comunicazione ed evitando<br />
<strong>la</strong> gestione di dati tra di loro ridondanti.<br />
La capacità di raccogliere<br />
automaticamente e in piena autonomia<br />
i dati elimina una grossa quantità<br />
di documentazione cartacea e di <strong>la</strong>voro<br />
di inserimento a computer.<br />
Rientra nel<strong>la</strong> normalità del<strong>la</strong> gestione<br />
che un’azienda si ponga degli<br />
obiettivi (strano sarebbe il non farlo)<br />
cui seguono azioni che mirano a realizzarli.<br />
I risultati ottenuti in <strong>prima</strong><br />
battuta difficilmente coincideranno<br />
al 100% con l’obiettivo, diventa allora<br />
necessario analizzare i risultati per<br />
poter attuare azioni più incisive. Più è<br />
veloce l’acquisizione e l’analisi dei dati<br />
e <strong>prima</strong> si arriva al risultato desiderato.<br />
Misurare in tempo reale le prestazioni<br />
delle soluzioni tecnologiche<br />
adottate permette di conoscere tempestivamente<br />
il loro razionale apporto<br />
e quindi il grado di risposta alle aspettative<br />
che hanno condotto all’acquisto.<br />
Di prassi ogni azienda traccia delle<br />
linee guida precise che le consentano<br />
un miglioramento continuo del<br />
proprio livello qualitativo; possedere<br />
uno strumento che faciliti <strong>la</strong> raccolta<br />
e l’interpretazione delle informazioni,<br />
permette di velocizzare qualsiasi processo<br />
di miglioramento, abbattendo i<br />
costi del<strong>la</strong> non qualità.<br />
Fine <strong>prima</strong> parte
60 PCB giugno 2011<br />
▶ PRODUZIONE - SOLUZIONI ANTISTATICHE<br />
Meno problemi<br />
con più ESD<br />
L’elettrostatica è un tema che, a dispetto<br />
delle sue possibili pesanti ripercussioni, è ancora<br />
piuttosto sottovalutato nel<strong>la</strong> considerazione<br />
di molte aziende EMS e OEM. Oggi più<br />
di ieri, con <strong>la</strong> presenza sempre più massiccia<br />
di componenti sensibili, serve sicuramente<br />
una maggiore consapevolezza in materia di ESD<br />
di Dario Gozzi<br />
Guanti<br />
antistatici per <strong>la</strong><br />
manipo<strong>la</strong>zione<br />
dei pcb<br />
statica si crea per<br />
<strong>la</strong> presenza di un eccesso o di<br />
L’elettricità<br />
una carenza di elettroni sul<strong>la</strong><br />
super cie di un corpo.<br />
Questo fenomeno prende il nome<br />
di e etto triboelettrico e consiste nel<br />
trasferimento di cariche elettriche – e<br />
quindi nel<strong>la</strong> generazione di una tensione<br />
potenziale – tra due super ci<br />
che vengono separate. <strong>Il</strong> termine deriva<br />
dal greco tribos, che signi ca “stro-<br />
nio”. La po<strong>la</strong>rità e l’intensità del<strong>la</strong><br />
carica dipendono sicuramente dal<br />
materiale costituente i corpi, ma anche<br />
dalle caratteristiche delle super -<br />
ci a contatto, dal<strong>la</strong> loro ampiezza, dal<strong>la</strong><br />
pressione di contatto e dall’intensità<br />
dello sfregamento, dalle condizioni<br />
ambientali (umidità re<strong>la</strong>tiva) e dal<strong>la</strong><br />
rapidità con cui si allontanano le super<br />
ci <strong>prima</strong> a contatto.<br />
La condizione di normalità di un<br />
corpo si ha quando le cariche positive<br />
bi<strong>la</strong>nciano quelle negative, ovvero<br />
quando è elettrostaticamente neutro.<br />
L’eccesso di elettroni produce una<br />
carica negativa, il loro difetto una carica<br />
positiva. L’avvicinamento di due<br />
corpi caricati inversamente crea un<br />
campo elettrico che provoca <strong>la</strong> nascita<br />
di una corrente di scarica tendente a<br />
ripristinare <strong>la</strong> neutralità elettrica.<br />
A parità di condizioni, l’umidità re<strong>la</strong>tiva<br />
svolge un ruolo determinante<br />
perché <strong>la</strong> quantità di cariche accumu<strong>la</strong>te<br />
è sempre inversamente proporzionale<br />
al valore di umidità re<strong>la</strong>tiva<br />
presente nel momento in cui si scatena<br />
il fenomeno. L’in uenza dell’umidità<br />
re<strong>la</strong>tiva sul fenomeno si spiega<br />
con <strong>la</strong> tendenza igroscopica di molti
materiali; <strong>la</strong> conducibilità<br />
dell’acqua concorre infatti<br />
ad alterare <strong>la</strong> resistenza superper<br />
per ciale dei dei corpi, corpi, evidenziando<br />
quindi comportamenti comportamenti diversi.<br />
<strong>Il</strong> corpo umano avverte il fenomeno<br />
quando si supera supera <strong>la</strong> soglia di<br />
2-3000 Volt, al di sotto di questo valore<br />
di tensione l’evento è registrabiregistrabile solo per via strumentale; strumentale; si possono<br />
comunque raggiungere tensioni di didiverse decine di migliaia di volt.<br />
I danni che possono essere prodotti<br />
si suddividono in catastro ci e danni<br />
<strong>la</strong>tenti o degradazioni parziali. <strong>Il</strong> primo<br />
porta al<strong>la</strong> rottura de nitiva e immediata<br />
del componente e lo si rileva<br />
già coi test elettrici durante o a ne<br />
produzione. <strong>Il</strong> secondo danneggia in<br />
modo irreversibile, ma non de nitivo,<br />
il componente; un guasto <strong>la</strong>tente è un<br />
danneggiamento subdolo che manifesta<br />
i suoi e etti nel tempo (quando<br />
il prodotto è già arrivato sul mercato)<br />
riducendone l’a dabilità. In entrambi<br />
i casi il fenomeno provoca un danno,<br />
ma in presenza di un guasto <strong>la</strong>tente<br />
i costi diretti (intervento di riparazione)<br />
e indiretti (perdita di immagine)<br />
aumentano notevolmente.<br />
Suddivisione dei materiali<br />
in base al<strong>la</strong> resistenza<br />
superfi ciale<br />
Quando <strong>la</strong> carica è generata, <strong>la</strong> sua<br />
distribuzione non sempre è uniforme,<br />
dipende dal<strong>la</strong> resistenza super -<br />
ciale del materiale. I materiali si dividono<br />
in conduttivi, statico-dissipativi<br />
e iso<strong>la</strong>nti.<br />
I materiali iso<strong>la</strong>nti, con resistenza<br />
super ciale superiore a 1012, evidenziano<br />
una distribuzione di carica non<br />
omogenea; anche se collegati a terra<br />
mantengono <strong>la</strong> loro carica per ore.<br />
La condizione di neutralità si può<br />
raggiungere impiegando dei sistemi<br />
di protezione attiva come gli apparati<br />
ionizzanti, in questo caso i tempi<br />
Braccialetto per <strong>la</strong> connessione a terra<br />
dell’operatore<br />
si accorciano considerevolmente,<br />
con un decadimento dell’ordine di<br />
10-20 secondi.<br />
I materiali conduttivi, come dice<br />
il nome stesso, favoriscono una veloce<br />
dissipazione delle cariche elettriche<br />
verso terra; <strong>la</strong> loro resistenza super<br />
ciale è inferiore a 105 ohm, ed è<br />
il motivo del tempo di dissipazione<br />
delle cariche troppo veloce. Agli effetti<br />
del fenomeno ESD si considerano<br />
i materiali con resistenza super-<br />
ciale compresa tra 104 e 105 ohm,<br />
sono impiegati negli imballi secondari<br />
e per allestire postazioni di <strong>la</strong>voro.<br />
Si sconsiglia il diretto contatto con i<br />
dispositivi da proteggere, in partico<strong>la</strong>re<br />
se sono presenti componenti di alimentazione<br />
come le batterie.<br />
Nel mezzo, con valori di resistenza<br />
super ciale che variano nel range<br />
da 105 a 1012 ohm, ci sono i materiali<br />
de niti statico-dissipativi. Possono<br />
essere impiegati per <strong>la</strong> protezione<br />
Buste<br />
antistatiche<br />
Packaging ESD<br />
ESD senza ulteriori e partico<strong>la</strong>ri<br />
accorgimenti se non<br />
l’opportuna connessione<br />
verso terra. Sono i più<br />
utilizzati nel<strong>la</strong> protezione<br />
contro i feno-<br />
meni elettrostatici nell’allestimento<br />
delle aree EPA sebbene <strong>la</strong><br />
normativa di riferimento ponga del- del- delle<br />
restrizioni nel<strong>la</strong> destinazione d’uso<br />
(super (super ci di <strong>la</strong>voro, sca sca ali e carrelli<br />
devono avere valori compresi tra e un<br />
massimo di 1010).<br />
Un quarto stato è de nito dai materiali<br />
“shielding” o schermanti. Sono<br />
normalmente formati da almeno tre<br />
strati, di cui quello intermedio di tipo<br />
metallico. Operano come gabbia di<br />
Faraday con una resistenza super ciale<br />
inferiore a 103.<br />
ESD Protected Area<br />
L’area EPA è una zona protetta<br />
dalle cariche elettrostatiche tramite<br />
un’adeguata connessione verso terra<br />
di cose e persone presenti al suo interno<br />
e che provvede anche all’eliminazione<br />
delle cariche accumu<strong>la</strong>te <strong>sui</strong><br />
materiali non conduttori. Da questo<br />
deriva che Epa può essere tanto un<br />
intero reparto quanto una singo<strong>la</strong> postazione<br />
di <strong>la</strong>voro.<br />
Per l’allestimento servono poche,<br />
ma precise regole. Come attrezzatura<br />
bisogna disporre di un tappeto da<br />
PCB giugno 2011<br />
61
62 PCB giugno 2011<br />
banco e uno da pavimento,<br />
entrambi con <strong>la</strong> connessione<br />
verso terra, il bracciale,<br />
<strong>la</strong> sedia, il camice e le scarpe.<br />
Dall’area, di cui va curata<br />
<strong>la</strong> pulizia, va tenuto<br />
fuori tutto quello che le è<br />
estraneo, come ad esempio<br />
bottiglie e bicchieri di p<strong>la</strong>stica,<br />
cibo e oggetti personali.<br />
<strong>Il</strong> comfort dell’operatore<br />
prevede che vestiario e<br />
attrezzature ESD non affatichino<br />
o intralcino l’ordinaria<br />
operatività.<br />
<strong>Il</strong> bracciale è l’elemento <strong>prima</strong>rio di<br />
messa a terra dell’operatore e non può<br />
mancare in un’area EPA. La banda è<br />
a diretto contatto col polso, deve assicurare<br />
conducibilità lungo tutta <strong>la</strong> sua<br />
lunghezza; essendo indossato per ore<br />
deve essere confortevole e ipoallergico,<br />
per evitare irritazioni cutanee. La<br />
parte esterna deve essere a bassa conducibilità<br />
per evitare, nei contatti accidentali<br />
con dispositivi alimentati su<br />
cui si sta <strong>la</strong>vorando, di metterli in corto<br />
verso terra. <strong>Il</strong> cavo a spirale di collegamento<br />
a terra deve mantenere <strong>la</strong> sua<br />
caratteristica e<strong>la</strong>stica per evitare che,<br />
ri<strong>la</strong>ssandosi, possa intralciare le operazioni<br />
al banco, mentre l’attacco deve<br />
facilitare le operazioni di inserzione.<br />
I camici e le casacche sono in puro<br />
cotone o in misto con poliestere, resi<br />
conduttivi tramite una griglia intessuta<br />
in fibra di carbonio. I camici di ultima<br />
generazione garantiscono anche <strong>la</strong><br />
conduzione da manica a manica e, per<br />
partico<strong>la</strong>ri esigenze di sicurezza, alcuni<br />
modelli sono dotati di chiusura a scomparsa.<br />
La leggerezza del tessuto influenza<br />
direttamente il comfort mentre il numero<br />
di cicli di <strong>la</strong>vaggio (minimo 40 e<br />
massimo 100, a secondo dei tessuti, eseguita<br />
a 40 °C senza l’utilizzo di prodotti<br />
con candeggina e ammorbidenti) a cui<br />
può essere sottoposto il capo senza perdere<br />
le sue caratteristiche elettriche, ne<br />
decretano <strong>la</strong> durata.<br />
Conseguenze di una scarica elettrostatica<br />
Necessità di igiene e di comfort<br />
hanno contribuito al<strong>la</strong> differenziazione<br />
delle calzature, dai c<strong>la</strong>ssici zoccoli,<br />
ai sandali, alle scarpe chiuse. Queste<br />
devono essere antiscivolo e devono<br />
poter consentire <strong>la</strong> pulizia interna ed<br />
esterna con metodi e detergenti idonei<br />
senza perdere le loro proprietà<br />
elettriche.<br />
I sovrascarpe sono l’alternativa economica<br />
alle calzature, ma sono considerati<br />
materiali di consumo e, comunque,<br />
devono sempre essere calzati<br />
su entrambe i piedi per non perdere<br />
di efficacia.<br />
Con <strong>la</strong> sedia, per un miglior rendimento,<br />
l’operatore deve trovarsi a<br />
suo agio, non solo come postura, ma<br />
anche nel<strong>la</strong> movimentazione dello<br />
schienale e negli spostamenti. <strong>Il</strong> tessuto<br />
deve essere robusto e facilitare<br />
<strong>la</strong> pulizia. La messa a terra dovrebbe<br />
avvenire attraverso tutte le ruote.<br />
A parità di caratteristiche elettriche<br />
col tappeto da banco, quello da<br />
pavimento (in vinile, gomma o polietilene)<br />
deve avere maggiori proprietà<br />
meccaniche perché deve resistere allo<br />
scorrimento del<strong>la</strong> sedia e al transito<br />
di eventuali carrelli senza frenarli,<br />
deve possedere una buona p<strong>la</strong>narità<br />
avere uno spessore che sia il compromesso<br />
tra resistenza meccanica (antisdrucciolo)<br />
e sicurezza (evitare l’effetto<br />
gradino).<br />
Per aree estese è richiesta<br />
<strong>la</strong> pavimentazione<br />
vera e propria, con<br />
<strong>la</strong> posa del<strong>la</strong> griglia conduttiva<br />
in rame.<br />
Caratteristica richiesta<br />
a questi pavimenti è<br />
non solo di dissipare le<br />
cariche accumu<strong>la</strong>te, ma<br />
anche di ridurre <strong>la</strong> generazione<br />
delle cariche<br />
triboelettriche conseguenti<br />
al calpestio da<br />
parte degli operatori e<br />
al<strong>la</strong> movimentazione di<br />
sedie, carrelli e quant’altro.<br />
I sistemi di ionizzazione<br />
Come non è possibile eliminare<br />
completamente i materiali con caratteristiche<br />
iso<strong>la</strong>nti dall’area EPA,<br />
così è anche difficile tenere sotto<br />
controllo il tasso di umidità re<strong>la</strong>tiva<br />
come contributo ad abbassare il<br />
rischio di formazione delle cariche<br />
elettrostatiche.<br />
L’alternativa è il ricorso ai sistemi<br />
di ionizzazione come aiuto a neutralizzare<br />
e a prevenire <strong>la</strong> formazione<br />
delle cariche elettrostatiche; il<br />
loro utilizzo prende il nome di protezione<br />
attiva.<br />
Tecnicamente si investe <strong>la</strong> postazione<br />
di <strong>la</strong>voro con aria contenente<br />
ioni positivi e ioni negativi, quando<br />
questo flusso ionizzato entra in contatto<br />
con <strong>la</strong> superficie caricata, questa<br />
attrae gli ioni di carica opposta<br />
neutralizzandosi elettricamente.<br />
Sebbene siano disponibili sistemi<br />
di protezione integrale per il controllo<br />
dell’intero ambiente, è più diffuso<br />
il ricorso all’utilizzo di ionizzatori<br />
locali come i dispostivi da banco o le<br />
barre ionizzanti.<br />
La quantità di ozono emessa non<br />
deve superare <strong>la</strong> soglia di 0,1 ppm e<br />
il flusso d’aria non deve disturbare per<br />
portata e temperatura l’operatore.
64 PCB giugno 2011<br />
▶ PRODUZIONE - TECNOLOGIA VAPOR PHASE<br />
Saldatura refl ow<br />
a condensazione<br />
<strong>Il</strong> processo di saldatura a condensazione di<br />
vapore, conosciuta anche come rifusione vapor<br />
phase, offre ottimi risultati in termini di effi cienza<br />
e qualità. Se viene abbinato anche l’utilizzo<br />
del vuoto si arriva all’eccellenza, eliminando i void<br />
e le evaporazioni esplosive di fl ussante<br />
di Davide Oltolina<br />
La continua ricerca del risultato<br />
qualitativamente ineccepibile,<br />
garanzia di un prodotto a dabile<br />
nel tempo, richiede un processo di<br />
saldatura a dabile in ogni sua parte.<br />
Rehm, rappresentata in Italia da DPI,<br />
ha riversato <strong>la</strong> sua lunga esperienza nel<br />
settore del<strong>la</strong> saldatura a rifusione nel<strong>la</strong><br />
nuova linea di forni vapor phase del<strong>la</strong><br />
serie CondensoX.<br />
Nel<strong>la</strong> realizzazione del<strong>la</strong> nuova linea<br />
sono stati privilegiati vari fattori quali<br />
sono stati privilegiati vari fattori quali sti di gestione.<br />
quello re<strong>la</strong>tivo al<strong>la</strong> precisione del pro lo<br />
termico, mantenendo all’interno di +2 °C<br />
<strong>la</strong> di erenza di temperatura misurabile<br />
tra i punti disseminati sull’intera super<br />
cie del pcb. La ricerca del risultato<br />
qualitativo trova <strong>la</strong> sua massima esasperazione<br />
con l’opzione del vuoto, che assicura<br />
<strong>la</strong> mancanza di void anche nelle<br />
saldatura con elevata massa termica,<br />
pur nel<strong>la</strong> semplicità di utilizzo e mantenendo<br />
quanto più bassi possibili i costi<br />
di gestione.<br />
Al centro del<strong>la</strong> fase di progetto del<br />
CondensoX sono stati pcb termicamente<br />
di cili da saldare, con componenti<br />
sensibili tanto al<strong>la</strong> temperatura<br />
quanto all’umidità (MSD), con masse<br />
termiche importanti posizionati accanto<br />
a componenti di picco<strong>la</strong> dimensione,<br />
con componenti partico<strong>la</strong>ri quali QFN<br />
e LGA o dispositivi MID (Molded<br />
Interconnected Device).<br />
<strong>Il</strong> processo in pratica<br />
Utilizzando una camera a vuoto<br />
totalmente ermetica, con il Vacuum<br />
System del forno Condenso è possibile<br />
raggiungere il valore di vuoto di 2 mbar<br />
durante il processo di riscaldamento,<br />
e senza che avvenga movimentazione<br />
delle schede durante il processo di saldatura,<br />
dal preriscaldo a tutto il processo<br />
completo, no al ra reddamento, il che<br />
signi ca che non vi è alcun rischio di<br />
scivo<strong>la</strong>mento, rotazione o sollevamento<br />
dei componenti.<br />
In aggiunta all’utilizzo del vuoto durante<br />
<strong>la</strong> fase di saldatura vera e propria<br />
è possibile impostare una fase di prevacuum<br />
che ha il bene co scopo di<br />
agevo<strong>la</strong>re <strong>la</strong> fuoriuscita dei vapori di<br />
ussante dai giunti in formazione e di<br />
agevo<strong>la</strong>re l’immissione del Galden nel<strong>la</strong><br />
realizzazione del pro lo termico.<br />
<strong>Il</strong> forno Condenso utilizza inoltre un<br />
sistema trasportatore orizzontale per<br />
introdurre le schede all’interno del sistema,<br />
nel<strong>la</strong> camera di rifusione dove<br />
verranno creati i vapori del liquido<br />
tecnico, usualmente il Galden.<br />
Avere <strong>la</strong> garanzia che le schede assemb<strong>la</strong>te<br />
siano ferme durante il processo
Senza vuoto Con vuoto<br />
di rifusione, anche durante <strong>la</strong> fase di stato<br />
liquido del<strong>la</strong> pasta saldante, assicura<br />
un risultato qualitativamente indiscutibile.<br />
In questo Rehm si è voluta di erenziare<br />
rispetto ai sistemi vapor phase<br />
tradizionali che richiedono un continuo<br />
movimento verticale delle schede<br />
durante l’esecuzione del pro lo, introducendo<br />
un plus di processo.<br />
Non movimentando il pcb tra <strong>la</strong> fase<br />
di saldatura e <strong>la</strong> creazione del vuoto,<br />
non c’è perdita di calore, garantendo così<br />
tempi brevi di stato liquido in presenza<br />
di vuoto, tempi che ricadono all’interno<br />
degli 80 secondi per temperature<br />
superiori ai 217 °C.<br />
Come risaputo i vuoti sono cavità che<br />
si creano all’interno del giunto di saldatura<br />
a causa dei gas che non riescono a<br />
fuoriuscire, una loro cospicua presenza<br />
indebolisce meccanicamente il giunto<br />
ed ostaco<strong>la</strong> <strong>la</strong> capacità di trasportare,<br />
per dissiparlo, il calore generato dal<br />
componente.<br />
Nei forni CondensoX il processo<br />
di vacuum può essere attivato direttamente<br />
nel punto in cui viene raggiunta<br />
<strong>la</strong> temperatura desiderata; inoltre i livelli<br />
di vuoto possono essere control<strong>la</strong>ti<br />
in qualsiasi momento voluto, ritenuto il<br />
Superfi cie di contatto<br />
a un massimo del 99%<br />
Capacità di riempimento<br />
migliorata di micro via<br />
e di giunti THD<br />
Limitazione dei void<br />
(partico<strong>la</strong>rmente importanti<br />
negli assemb<strong>la</strong>ti<br />
di potenza a semiconduttore)<br />
Bagnabilità migliorata<br />
Vantaggi del<strong>la</strong> tecnologia di processo con vuoto<br />
più idoneo nel raggiungere le necessarie<br />
condizioni operative capaci di evitare <strong>la</strong><br />
formazione sia dei void che delle evaporazioni<br />
esplosive del ussante.<br />
Un’ulteriore variabile di processo<br />
consiste nel<strong>la</strong> quantità di liquido inerte<br />
che viene vaporizzato durante <strong>la</strong> saldatura;<br />
modu<strong>la</strong>ndo <strong>la</strong> quantità di Galden<br />
immesso si control<strong>la</strong> <strong>la</strong> rampa di salita<br />
del pro lo termico, che raggiunge come<br />
valore massimo di temperatura quello<br />
del punto di ebollizione del liquido prescelto.<br />
Questo è uno dei capisaldi del<strong>la</strong><br />
tecnologia vapor phase, che permette<br />
di mettere al riparo scheda e componenti<br />
da problemi di sovratemperatura.<br />
L’operatore può rego<strong>la</strong>re <strong>la</strong> temperatura<br />
del pro lo di re ow con un livello eccezionalmente<br />
elevato di accuratezza, a<br />
step di 0,2 °C/sec.<br />
Quando il liquido raggiunge <strong>la</strong> sua<br />
temperatura di ebollizione, vaporizza,<br />
Questo porta a creare un ambiente in<br />
cui i vapori di Galden occupano l’intero<br />
volume del<strong>la</strong> camera di rifusione, eliminando<br />
l’aria e con questa l’ossigeno<br />
presente, creano paralle<strong>la</strong>mente <strong>la</strong> condizione<br />
di saldatura in atmosfera inerte.<br />
Quando il vapore avvolge il pcb gli si<br />
condensa sopra per via del<strong>la</strong> di erenza<br />
di temperatura esistente; durante il passaggio<br />
di stato dal<strong>la</strong> fase vapore al<strong>la</strong> fase<br />
liquida viene ceduto calore, lo stesso che<br />
porta in rifusione <strong>la</strong> pasta saldante.<br />
Garanzie qualitative elevate<br />
e costi di gestione moderati<br />
Grazie al totale blocco ermetico del<strong>la</strong><br />
camera di rifusione è e ettuato in modo<br />
e ciente il riciclo e <strong>la</strong> pulizia del liquido<br />
tecnico utilizzato in saldatura, con <strong>la</strong><br />
totale rimozione dei residui indesiderati<br />
( ussante, impurità, ecc.). Quando il vapore<br />
è estratto dal<strong>la</strong> camera viene rapidamente<br />
ra reddato; una volta condensato<br />
è poi ltrato, imprigionando le impurità<br />
in appositi ltri, operazione che<br />
rende il liquido pronto per essere riutilizzato<br />
nel successivo processo di saldatura.<br />
Le schede al termine del ciclo di<br />
saldatura <strong>la</strong>sciano <strong>la</strong> camera di processo<br />
completamente asciutte perché il calore<br />
accumu<strong>la</strong>to è su ciente a far evaporare<br />
il Galden che è condensato sul<br />
pcb, questo permette di realizzare un<br />
consumo medio veramente basso, che si<br />
traduce in un vantaggioso risparmio<br />
economico gestione. Quando il pcb è<br />
fuori dal<strong>la</strong> camera di rifusione è ra reddato<br />
da un getto d’aria, ma è possibile<br />
scegliere di ra reddarlo ulteriormente<br />
e uniformemente riducendo <strong>la</strong> temperatura<br />
dell’aria di ra reddamento mediante<br />
uno scambiatore ad acqua.<br />
La funzione di rilevamento<br />
wireless di temperatura consente<br />
all’utente di control<strong>la</strong>re in continua<br />
l’andamento del processo, per veri care<br />
in qualsiasi momento se il pro lo termico<br />
è rimasto all’interno del<strong>la</strong> speci -<br />
ca. <strong>Il</strong> CondensoX può essere equipaggiato<br />
anche con un sistema di telecamere,<br />
una funzionalità disponibile solo <strong>sui</strong><br />
forni vapor phase Rehm che consente<br />
all’operatore di visualizzare il processo<br />
di saldatura sul monitor del PC.<br />
DPI<br />
www.elettronicadpi.it<br />
PCB giugno 2011<br />
65
66 PCB giugno 2011<br />
▶ Produzione - Le BAsi deL LAVAggio<br />
<strong>Il</strong> cleaning dei pcb<br />
Continua con <strong>la</strong> serie dedicata a “Le basi del <strong>la</strong>vaggio”. Ci si occuperà<br />
in questo articolo del <strong>la</strong>vaggio dei pcb, con partico<strong>la</strong>re attenzione<br />
per le normative e le problematiche generali che stanno al<strong>la</strong> base<br />
di questo importante processo<br />
di Fernando Rueda, di Kyzen BVBA <strong>prima</strong> parte<br />
Definiremo il <strong>la</strong>vaggio di pcb<br />
(assemb<strong>la</strong>ti) come <strong>la</strong> rimozione<br />
di residui di flussante<br />
rifuso dalle schede elettroniche<br />
includendo, ma non limitandolo a,<br />
pcb (supporto stampato), pcba (schede<br />
assemb<strong>la</strong>te), ibridi, ceramici, ecc.<br />
In ogni caso, non si dimentichi <strong>la</strong><br />
necessità di rimuovere particelle, polvere,<br />
impronte digitali, ecc., <strong>prima</strong><br />
dell’applicazione del conformal coating<br />
(finitura protettiva). Quindi, chi<br />
ha bisogno di <strong>la</strong>vare i propri pcb? Si<br />
ricordi, il non <strong>la</strong>vare significa <strong>la</strong>sciare<br />
residui di flussante sul pcb e implica<br />
“qualche” rischio, che certi fabbricanti<br />
non possono permettersi di correre.<br />
Chi sono questi ultimi? La normativa<br />
IPC J-STD-001E ci fornisce una<br />
chiara guida:<br />
IPC J-STD-001E<br />
C<strong>la</strong>sse 1: Prodotti elettronici in generale.<br />
Include prodotti adatti per applicazioni<br />
dove il maggior requisito<br />
è una funzione del gruppo completo.<br />
C<strong>la</strong>sse 2: Prodotti elettronici a servizio<br />
dedicato.<br />
Include prodotti in cui è richiesta<br />
continuità di prestazione<br />
e di vita di servizio e per i<br />
quali è gradito, ma non critico,<br />
il funzionamento ininterrotto.<br />
Normalmente l’ambiente d’utilizzo<br />
finale non dovrebbe provocare<br />
guasti.<br />
C<strong>la</strong>sse 3: Prodotti elettronici ad alte<br />
prestazioni.<br />
Include prodotti in cui è critica <strong>la</strong><br />
continuità d’alta prestazione o di<br />
prestazione a richiesta, non può<br />
essere tollerato il mancato funzionamentodell’apparecchiatura,<br />
l’ambiente d’utilizzo finale può<br />
essere molto severo e l’apparecchiatura<br />
deve funzionare quando<br />
richiesto, come nei sistemi di supporto<br />
vitali o in altri casi critici.<br />
(Fonte: IPC J-STD-001E-2010 (2010,<br />
Aprile); IPC, Bannockburn, IL)<br />
Prodotti di C<strong>la</strong>sse 1 – Pur con<br />
qualche rara eccezione, questi prodotti<br />
non vengono “mai” <strong>la</strong>vati. I requisiti<br />
di prestazione e l’ambiente in cui essi<br />
funzionano non determinano generalmente<br />
il presentarsi di guasti entro<br />
<strong>la</strong> vita potenziale di questi prodotti.
Prodotti di C<strong>la</strong>sse 2 – Normalmente<br />
non viene richiesto il <strong>la</strong>vaggio<br />
per questi prodotti; oggigiorno,<br />
in ogni caso, sempre più fabbricanti<br />
ricorrono al cleaning. Perché? Oggi<br />
i consumatori richiedono prestazioni<br />
più elevate, maggiore funzionalità<br />
e dispositivi più piccoli, che<br />
forniscano un’affidabilità eccezionale.<br />
I giorni dell’elettronica di consumo<br />
usa e getta sono in calo. Queste<br />
schede più piccole e più dense hanno<br />
distanze ridotte fra le piazzole di saldatura;<br />
se restano residui ionici sul<strong>la</strong><br />
super cie o sotto i componenti si ha<br />
un aumento del “rischio” di incorrere<br />
in guasti.<br />
Prodotti di C<strong>la</strong>sse 3 – Questi prodotti<br />
hanno sempre richiesto un processo<br />
di cleaning.<br />
I prodotti di C<strong>la</strong>sse 3 hanno bisogno<br />
di funzionare con continuità e, in<br />
molti casi, in ambienti estremi come<br />
in presenza di temperature ambientali<br />
molto elevate e/o estremamente<br />
rigide, richiesta di prestazioni elevatissime,<br />
ecc.<br />
Riassumendo, i fabbricanti devono<br />
<strong>la</strong>vare i prodotti di C<strong>la</strong>sse 3, oltre<br />
a un crescente numero di prodotti di<br />
C<strong>la</strong>sse 2.<br />
Ora che si è chiarito chi abbia <strong>la</strong><br />
necessità di e ettuare il processo di<br />
cleaning, è bene focalizzarsi su come<br />
valutare il processo di fabbricazione<br />
per progettare l’appropriato processo<br />
di <strong>la</strong>vaggio. Si cominci con due<br />
domande chiave.<br />
Quali parametri dobbiamo considerare?<br />
Come facciamo ad essere certi che<br />
il nostro processo di <strong>la</strong>vaggio sia quello<br />
appropriato per soddisfare le nostre<br />
richieste?<br />
Per trovare le risposte, dobbiamo<br />
analizzare gli elementi chiave d’ogni<br />
processo di <strong>la</strong>vaggio.<br />
Tipi di sporco<br />
Si ricordi: si è focalizzati <strong>sui</strong> residui<br />
di ussante, sebbene verranno pulite<br />
anche impronte digitali, particelle<br />
e altri detriti.<br />
Lavare residui di ussante dal<strong>la</strong> super<br />
cie di un pcb un tempo poteva essere<br />
una s da; oggi non è più un problema,<br />
visto che <strong>la</strong> maggioranza dei<br />
processi di <strong>la</strong>vaggio standard e ettua<br />
un ottimo <strong>la</strong>voro di rimozione dei residui<br />
dal<strong>la</strong> super cie.<br />
I residui di ussante intrappo<strong>la</strong>ti<br />
sotto componenti a basso stando<br />
(cioè <strong>la</strong> distanza fra <strong>la</strong> base del componente<br />
e <strong>la</strong> super cie del pcb) e in<br />
spazi ristretti rappresentano <strong>la</strong> s da<br />
maggiore per qualsiasi processo di <strong>la</strong>vaggio.<br />
È possibile trovare materiali di <strong>la</strong>vaggio<br />
che presentino le proprietà -<br />
siche e l’aggressività necessaria per <strong>la</strong>vare<br />
questi residui sotto spazi molto<br />
ristretti? E ciò può essere fatto senza<br />
causare alcun danno col<strong>la</strong>terale? In<br />
quest’economia molto competitiva,<br />
è possibile e ettuare tali processi in<br />
modo economicamente e ciente?<br />
Perché i residui da <strong>la</strong>vare sono un<br />
elemento chiave nel processo di <strong>la</strong>vaggio<br />
pcb?<br />
Fig. 1 - Prodotti di C<strong>la</strong>sse 1<br />
Questi sono i punti essenziali su<br />
cui i fabbricanti di prodotti di <strong>la</strong>vaggio<br />
possono di erenziarsi dai concorrenti.<br />
Ovviamente, non tutti i ussanti<br />
sono uguali. È altrettanto ovvio che<br />
non tutte le schede passano attraverso<br />
gli stessi pro li di rifusione o di<br />
saldatura a onda. I residui di ussante<br />
normalmente riscontrati sono:<br />
Residui di ussante idrosolubili<br />
Storicamente, i residui idrosolubili<br />
sono facili da <strong>la</strong>vare con acqua.<br />
Siccome le schede sono diventate<br />
sempre più piccole, questo compito<br />
diventa sempre più di cile<br />
poiché l’acqua, a causa dell’elevata<br />
tensione super ciale, non è in grado<br />
di penetrare sotto gli spazi ristretti.<br />
Inoltre, arrivano contemporaneamente<br />
le leghe lead-free.<br />
Queste leghe richiedono temperature<br />
di rifusione più alte e tecnologia<br />
di ussaggio più aggressiva; se il <strong>la</strong>vaggio<br />
in questi spazi ristretti era problematico<br />
<strong>prima</strong>, si immagini quanto<br />
lo sia ora che i residui processi di baking<br />
molto più spinti.<br />
Mentre questi tipi di residui sono<br />
sempre stati <strong>la</strong>vati, <strong>la</strong> di erenza è<br />
che l’acqua da so<strong>la</strong> spesso non è più<br />
su ciente.<br />
PCB giugno 2011<br />
67
68 PCB giugno 2011<br />
È necessaria una picco<strong>la</strong> percentuale<br />
di additivo o di agente di <strong>la</strong>vaggio<br />
per ridurre <strong>la</strong> tensione superficiale<br />
dell’acqua usata per <strong>la</strong>vare queste<br />
schede, permettendo così <strong>la</strong> sua penetrazione<br />
sotto componenti a basso<br />
standoff.<br />
RA/RMA<br />
(residui <strong>la</strong>vabili di flussante)<br />
Questi tipi di residui non sono così<br />
comuni come lo erano una volta,<br />
ma si possono ancora ritrovare nel<strong>la</strong><br />
fabbricazione di alcune schede di<br />
vecchia generazione come ad esempio<br />
nei prodotti militari e aerospaziali.<br />
Fino all’arrivo delle leghe leadfree,<br />
non vi è stato molto sviluppo su<br />
questi tipi di prodotto, poiché <strong>la</strong> maggior<br />
parte degli sforzi è stata focalizzata<br />
sul<strong>la</strong> tecnologia lead-free no-clean<br />
(cioè senza <strong>la</strong>vaggio). Questi tipi di<br />
residui non presentano una vera sfida<br />
per <strong>la</strong> maggior parte dei processi di <strong>la</strong>vaggio<br />
standard.<br />
Residui di flussante no-clean<br />
I materiali di saldatura no-clean sono<br />
ora quelli più comunemente usati.<br />
Questo è il tipo di residuo che <strong>la</strong><br />
maggior parte dei fabbricanti di prodotti<br />
di <strong>la</strong>vaggio usa per valutare come<br />
i loro prodotti si comporteranno<br />
nel mercato.<br />
Fig. 2 - Residui<br />
<strong>la</strong>vabili<br />
di flussante<br />
Questi materiali di saldatura sono<br />
progettati per incapsu<strong>la</strong>re qualsiasi residuo,<br />
quindi non richiedono un processo<br />
di <strong>la</strong>vaggio.<br />
Naturalmente, <strong>la</strong> scelta di <strong>la</strong>vare<br />
quei residui incapsu<strong>la</strong>ti può essere a<br />
volte una sfida. Si aggiungano temperature<br />
più alte e una tecnologia di flussaggio<br />
più aggressiva come quel<strong>la</strong> comunemente<br />
usata con materiali leadfree<br />
e si capirà quali sono i veri problemi<br />
che emergono in un processo di<br />
cleaning. È possibile valutare in una<br />
percentuale dell’80-90% gli operatori<br />
che sottopongono a <strong>la</strong>vaggio i residui<br />
di flussanti no-clean. Ma perché<br />
<strong>la</strong>vare residui no-clean? Se l’incapsu<strong>la</strong>mento<br />
di queste piccole quantità di<br />
residui diventa compromettente possono<br />
infatti sorgere dei problemi.<br />
In partico<strong>la</strong>re, nel<strong>la</strong> vita molto lunga<br />
di alcuni dispositivi di C<strong>la</strong>sse 3, <strong>la</strong><br />
combinazione di residui ionici associata<br />
a fattori ambientali (umidità) e al<strong>la</strong><br />
tensione di po<strong>la</strong>rizzazione (bias) presente<br />
su un circuito vivo creano una<br />
situazione ideale per l’ECM (Electro<br />
Chemical Migration – Migrazione<br />
Elettrochimica) che causerà un guasto<br />
al circuito. Una comune scuo<strong>la</strong> di<br />
pensiero sostiene che il <strong>la</strong>vaggio <strong>prima</strong><br />
dell’applicazione di conformal coating<br />
è anche una buona ragione per<br />
<strong>la</strong>vare i residui no-clean.<br />
Substrati<br />
Le schede che vengono <strong>la</strong>vate<br />
sono anche un elemento chiave<br />
del processo stesso di <strong>la</strong>vaggio,<br />
perché?<br />
Qualità<br />
Oggi è difficile ridurre il costo<br />
dei materiali nel<strong>la</strong> maggior parte<br />
delle operazioni di fabbricazione.<br />
<strong>Il</strong> maggior numero dei fornitori<br />
di materiali tende a produrre<br />
pcb e componenti di alta quantità,<br />
ma vi sono casi in trovano delle<br />
soluzioni più convenienti oppure<br />
si effettuano scambi di materiale.<br />
Ciò dà luogo a componenti<br />
o a pcb che non soddisfano gli<br />
standard qualitativi per sopportare<br />
le condizioni presenti nel processo<br />
di fabbricazione, incluso il<br />
processo di <strong>la</strong>vaggio.<br />
Questa scarsa qualità apparirà<br />
come un problema di compatibilità,<br />
a causa del guasto inatteso.<br />
Compatibilità<br />
Anche quando gli standard di<br />
alta qualità vengono soddisfatti,<br />
vi sono sempre materiali che non<br />
possono tollerare certe condizioni<br />
o certi prodotti chimici presenti<br />
in un processo di <strong>la</strong>vaggio standard;<br />
pertanto, il test di compatibilità<br />
è un obbligo in qualsiasi<br />
processo di <strong>la</strong>vaggio nuovo o<br />
esistente.<br />
Progetto del substrato<br />
Anche il progetto del pcb svolge<br />
un ruolo importante. Fattori quali<br />
densità di componenti, standoff,<br />
ombreggiatura, intrappo<strong>la</strong>mento<br />
di fluido, ecc. devono essere tenuti<br />
in seria considerazione.<br />
www.kyzen.com<br />
www.packtronic.it<br />
Fine <strong>prima</strong> parte
Medical<br />
Technology Event<br />
le tecnologie elettroniche al servizio del<strong>la</strong> salute<br />
un evento unico rivolto al<strong>la</strong> “Medical Design Community”<br />
organizzato da Selezione di Elettronica<br />
e sviluppato in col<strong>la</strong>borazione con Farnell Italia<br />
<strong>Il</strong> convegno<br />
Una serie di interventi a cura di università, associazioni,<br />
istituti di ricerca, società di analisi di mercato e Oem internazionali<br />
attivi nel settore elettromedicale, che tratteranno<br />
tematiche di elevato valore scientifi co e tecnologico:<br />
le tendenze tecnologiche in atto nel medicale; le<br />
certifi cazioni e gli standard del settore; i dispositivi per<br />
il medicale e <strong>la</strong> direttiva Rohs; il ruolo dei Mems nei dispositivi<br />
indossabili; <strong>la</strong> realtà virtuale e <strong>la</strong> robotica per <strong>la</strong><br />
chirurgia; le tecnologie di identifi cazione e tracciabilità a<br />
supporto del paziente, ecc.<br />
I workshop<br />
Una serie di workshop tecnici, a cura delle aziende fornitrici<br />
di dispositivi microelettronici e di sistemi elettronici<br />
per applicazioni medicali, dedicati al<strong>la</strong> presentazione<br />
delle ultime tecnologie disponibili nell’ambito dei semiconduttori,<br />
del<strong>la</strong> connessione, dell’alimentazione, del<strong>la</strong><br />
visualizzazione, delle interfacce, ecc.<br />
L’esposizione<br />
Un’esposizione a cura delle aziende partecipanti in cui i<br />
visitatori potranno confrontare l’offerta disponibile e verifi<br />
care gli avanzamenti tecnologici. Saranno presentati<br />
casi applicativi reali nati dal<strong>la</strong> col<strong>la</strong>borazione tra le<br />
aziende fornitrici di microelettronica e i principali Oem<br />
attivi nel settore elettromedicale.<br />
Le aree dimostrative<br />
<strong>Il</strong> pubblico avrà <strong>la</strong> possibilità di accedere a sessioni dimostrative<br />
in cui sarà possibile “toccare con mano” gli<br />
strumenti e le apparecchiature, effettuare prove pratiche<br />
sul campo e confrontarsi con gli specialisti sulle problematiche<br />
applicative dei sistemi medicali per uso domestico,<br />
delle soluzioni di medical imaging, del<strong>la</strong> diagnostica,<br />
del monitoraggio e del<strong>la</strong> terapia.<br />
<strong>Il</strong> concorso<br />
Nel corso del<strong>la</strong> giornata saranno presentati e premiati<br />
i migliori progetti proposti da studenti o aziende che<br />
avranno partecipato precedentemente a un concorso<br />
di progettazione di applicazioni medicali organizzato e<br />
promosso da element-14, <strong>la</strong> comunità on-line di Farnell<br />
dedicata agli Electronic Design Engineer.<br />
I partecipanti<br />
L’evento si rivolge al<strong>la</strong> “Medical Design Community” e<br />
in partico<strong>la</strong>re ai progettisti e ai tecnici elettronici impegnati<br />
nello sviluppo di applicazioni medicali, ma anche ai<br />
responsabili delle tecnologie informative e mediche, ai<br />
tecnici sanitari, agli uffi ci acquisti, ai direttori sanitari e a<br />
tutti gli operatori interessati agli sviluppi delle tecnologie<br />
elettroniche all’interno del mondo medicale.<br />
Mi<strong>la</strong>no, Ottobre 2011<br />
Luogo<br />
Sa<strong>la</strong> Bramante, Pa<strong>la</strong>zzo delle Stelline,<br />
Corso Magenta 61 – Mi<strong>la</strong>no<br />
Orario<br />
09.00 – 17.00<br />
Registrazione<br />
http://www.formazione.ilsole<strong>24</strong>ore.com/<br />
Servizio Clienti<br />
Tel: 02/56601887<br />
Fax: 02/70048601<br />
info@formazione.ilsole<strong>24</strong>ore.com<br />
La partecipazione al convegno,<br />
al<strong>la</strong> mostra, ai workshop<br />
e alle sessioni dimostrative è gratuita.
70 PCB giugno 2011<br />
▶ Produzione - ProDotti<br />
La tecnologia jet printing<br />
e <strong>la</strong> lean manufacturing<br />
Un nuovo concetto di deposizione del<strong>la</strong> pasta saldante consente<br />
di processare pcb complessi con <strong>la</strong> presenza simultanea di package SMD<br />
tradizionali, QFN, PoP (package-on-package), componenti di potenza<br />
e componenti tradizionali saldabili con <strong>la</strong> tecnologia pin-in-paste<br />
di Dario Gozzi<br />
La difficoltà di gestire all’unisono<br />
package miniaturizzati e package<br />
di grosse dimensioni inseriti<br />
in un contesto di schede complesse e<br />
con crescente densità di componenti,<br />
è facilmente intuibile per varie ragioni,<br />
ma in partico<strong>la</strong>re se non si vuole<br />
incorrere nei comuni problemi dovuti<br />
al<strong>la</strong> serigrafia tradizionale.<br />
La JetPrinter<br />
MY500<br />
costituisce<br />
un’applicazione<br />
gestita da<br />
software e<br />
priva di te<strong>la</strong>io,<br />
che utilizza<br />
una tecnologia<br />
esclusiva<br />
brevettata<br />
La tecnologia serigrafica infatti<br />
raggiunge i suoi limiti quando si tratta<br />
di gestire componenti distanti tra<br />
loro solo poche centinaia di micron<br />
e che richiedono depositi dai volumi<br />
molto diversi.<br />
La soluzione che consente di affrontare<br />
con maggiore disinvoltura<br />
le problematiche di progettazione<br />
senza pesanti ripercussioni sulle successive<br />
fasi di assemb<strong>la</strong>ggio si chiama<br />
MY500 JETPRINTER. Realizzata<br />
da MYDATA, da anni brand indissolubilmente<br />
legato a Cabiotec, l’innovativa<br />
jet printer può aiutare gli assemb<strong>la</strong>tori<br />
ad aumentare il flusso produttivo<br />
attraverso una concreta flessibilità<br />
che si traduce in ridotti tempi<br />
di programmazione e veloci cambi di<br />
produzione. A livello di qualità assicura<br />
giunti di saldatura affidabili per<br />
tutte le tecnologie, dai componenti<br />
LGA ai PoP per finire con i pcb tridimensionali.<br />
Traiettorie balistiche<br />
per un deposito a 3G<br />
Con una velocità di 34.000 cph e<br />
un’accelerazione di 3 G il sistema deposita<br />
crema saldante su un pcb (dimensioni<br />
massime 508 x 508 mm da<br />
0,6 a 7,0 mm di spessore) comunque<br />
complesso e di qualsiasi tipo, indipendentemente<br />
dal mix di componenti<br />
presente, dal tipo di finitura superficiale<br />
e dal tipo di tecnologia applicata<br />
(SMT, PTH).
Lavorando sul principio delle<br />
stampanti a getto di inchiostro <strong>la</strong> testa<br />
viaggia a un’altezza dal piano scheda<br />
di 0,65 mm e con metodo balistico<br />
effettua depositi che raggiungono i<br />
350 µm di altezza.<br />
Non richiedendo <strong>la</strong> presenza di un<br />
te<strong>la</strong>io di serigrafia né di nessuna maschera<br />
(o fixture), in qualsiasi momento<br />
e senza tempi di attesa, consente un<br />
veloce changeover di produzione, non<br />
solo nei confronti di un cambio di codice<br />
prodotto, ma anche nel caso che<br />
sia richiesta una modifica circuitale in<br />
corso d’opera.<br />
La programmazione non richiede<br />
fermo macchina perché è fatta offline<br />
su di una stazione esterna da cui, una<br />
volta terminata, è trasferita direttamente<br />
in rete sul<strong>la</strong> JetPrinter.<br />
Essendo il sistema completamente<br />
software-driven e stencil-free, riduce<br />
drasticamente i tempi di attesa (si<br />
pensi solo ai giorni d’attesa dall’ordine<br />
al ricevimento dello stencil) e <strong>la</strong> possibilità<br />
di introdurre errori da parte<br />
dell’operatore. Per sua natura <strong>la</strong> macchina<br />
non richiede neppure il debug fisico<br />
del programma, essendo dotata di<br />
una serie di autocontrolli che prendono<br />
il via nel<strong>la</strong> fase di inizializzazione.<br />
Adottando questa tecnologia si otterrà<br />
un giunto di saldatura perfettamente<br />
calzante ad ogni package presente<br />
sul pcb, sia che si tratti di cavità<br />
o <strong>circuiti</strong> PoP, tanto in termini geometrici<br />
che volumetrici.<br />
Dal<strong>la</strong> flessibilità nascono<br />
qualità e risparmio<br />
La programmazione è semplice e<br />
immediata, inizia con l’importazione<br />
dei dati nei formati Cad o Gerber, come<br />
quelli utilizzati dal<strong>la</strong> pick & p<strong>la</strong>ce<br />
e il software di sistema s’incarica<br />
del<strong>la</strong> loro conversione nel programma<br />
di <strong>la</strong>voro. Per ogni componente il sistema<br />
conosce il volume di pasta idoneo,<br />
è possibile per l’operatore crearne<br />
Inserimento<br />
del<strong>la</strong> cartuccia<br />
nel<strong>la</strong> MY500<br />
di nuovi per dispositivi partico<strong>la</strong>ri o<br />
inusuali o modificare quelli esistenti<br />
in funzione delle necessità. Al termine<br />
dell’operazione MYCam genera il<br />
programma di stampa e lo invia al<strong>la</strong><br />
jet printer collegata in rete.<br />
Partico<strong>la</strong>rmente utile è <strong>la</strong> capacità<br />
del sistema di permettere <strong>la</strong> definizione<br />
dei depositi per singolo componente,<br />
stabilendone <strong>la</strong> posizione in<br />
re<strong>la</strong>zione al<strong>la</strong> geometria delle singole<br />
piazzole, consentendo di modificare<br />
l’altezza e il volume; funzione condivisa<br />
per tutti i componenti di una<br />
data famiglia o solo per una specifica<br />
necessità.<br />
Questa flessibilità si ripercuote favorevolmente<br />
anche sul<strong>la</strong> possibilità<br />
di apportare modifiche in tempo reale<br />
durante <strong>la</strong> produzione, per correggere<br />
o migliorare <strong>la</strong> formazione di quei<br />
giunti di saldatura che per loro natura<br />
presentano partico<strong>la</strong>ri criticità non<br />
sempre preventivabili.<br />
Nei casi in cui lo stesso circuito di<br />
base si presti al<strong>la</strong> produzione di più<br />
codici, si evita di realizzare stencil per<br />
buona parte ridondanti, o comunque<br />
di depositare su quel<strong>la</strong> parte di circuito<br />
che non richiede <strong>la</strong> presenza di<br />
componenti. In ogni caso si risparmia.<br />
Come d’altro canto si risparmia sul<strong>la</strong><br />
quantità di pasta utilizzata, perché<br />
non viene dispersa sullo stencil, non<br />
rimane sulle racle, né si corre il rischio<br />
di rimettere questa rimanenza nel<br />
contenitore dove c’è prodotto fresco, a<br />
beneficio del<strong>la</strong> qualità e dell’affidabilità<br />
di processo e di prodotto.<br />
Capita a volte che arrivi <strong>la</strong> richiesta<br />
di una revisione circuitale proprio<br />
mentre si è pronti a produrre;<br />
con MY500 non è più un problema,<br />
potendo graficamente ridisegnare il<br />
<strong>la</strong>yout di un deposito effettuando <strong>la</strong><br />
modifica in real time.<br />
Si elimina inoltre <strong>la</strong> pulizia dei te<strong>la</strong>i<br />
(indispensabile ai fini qualitativi sulle<br />
serigrafiche), non è neppure richiesto<br />
il posizionamento dei pin di contrasto<br />
sotto <strong>la</strong> scheda per sopperire ai problemi<br />
di imbarcamento, e diventa più<br />
facile il <strong>la</strong>voro nel caso di pcb doppia<br />
faccia.<br />
Tecnologie a confronto<br />
Chiunque percepisce quanto <strong>la</strong> tecnologia<br />
SMT sia in un continuo stato<br />
di transizione. Comunque sia composto<br />
il mix produttivo, in partico<strong>la</strong>re<br />
con <strong>la</strong> presenza di una accentuata<br />
complessità, ogni realtà che assemb<strong>la</strong><br />
necessita di dare risposte precise alle<br />
sfide <strong>la</strong>nciate dallo scenario mutevole.<br />
Risposte che si possono riassumere<br />
in un veloce time-to-market e in un<br />
crescente aumento dei livelli di qualità<br />
e di affidabilità dei giunti di saldatura.<br />
PCB giugno 2011<br />
71
72 PCB giugno 2011<br />
Nelle macchine di serigrafia tradizionali<br />
utilizzanti racle e stencil, ci<br />
sono diversi parametri e variabili che<br />
influenzano <strong>prima</strong> i risultati di stampa<br />
e poi il risultato del<strong>la</strong> saldatura:<br />
- velocità di stampa;<br />
- pressione delle racle;<br />
- angolo d’attacco;<br />
- gasketing ovvero distanza tra stencil<br />
e pcb;<br />
- velocità di separazione del pcb dallo<br />
stencil;<br />
- supporto del pcb, in partico<strong>la</strong>re<br />
quando si deve serigrafare il secondo<br />
<strong>la</strong>to di un doppia faccia;<br />
- spessore dello stencil e dimensione<br />
delle aperture.<br />
Ogni parametro influenza l’ammontare<br />
del deposito e di conseguenza<br />
<strong>la</strong> qualità del giunto di saldatura.<br />
L’ottimizzazione dei parametri richiede<br />
tempo ed esperienza; <strong>la</strong> loro corretta<br />
impostazione potrebbe, <strong>sui</strong> prodotti più<br />
complessi, costituire un collo di bottiglia<br />
del flusso produttivo, in partico<strong>la</strong>re<br />
dove è richiesta una spiccata flessibilità.<br />
Di rego<strong>la</strong> <strong>la</strong> riduzione del numero<br />
dei parametri da control<strong>la</strong>re o delle<br />
fasi di processo comporta un aumento<br />
dell’affidabilità. <strong>Il</strong> numero dei parametri<br />
che intervengono nel<strong>la</strong> serigrafia<br />
c<strong>la</strong>ssica sono almeno una decina<br />
(inclusa <strong>la</strong> realizzazione dello stencil);<br />
nel caso del<strong>la</strong> Jetprinter non superano<br />
i tre. Per ogni parametro rimosso si<br />
irrobustisce il processo. Tra i risparmi<br />
economici (e non solo) viene eliminata<br />
<strong>la</strong> necessita di pulizia dei te<strong>la</strong>i, sia<br />
sul<strong>la</strong> serigrafica che mediante <strong>la</strong>vatrice,<br />
si libera lo spazio dedicato all’immagazzinamento<br />
di <strong>la</strong>mine e te<strong>la</strong>i, si<br />
evita il rischio di danneggiamento degli<br />
stencil durante l’handling.<br />
<strong>Il</strong> plus del<strong>la</strong> tecnologia<br />
jet printing<br />
MY500 consente di accedere ad<br />
applicazioni 3D, dove è necessario depositare<br />
crema saldante all’interno di<br />
La testa del<strong>la</strong> MY500 può depositare<br />
pasta saldante o SMA in movimento,<br />
durante il suo spostamento sul<strong>la</strong><br />
scheda<br />
cavità, oppure in presenza di componenti<br />
impi<strong>la</strong>ti gli uni sugli altri (PoP),<br />
tecnologie adottate per ridurre le distanze<br />
di interconnessione. Risulta<br />
partico<strong>la</strong>rmente vincente anche effettuare<br />
depositi a triangolo per lo 0402<br />
o 0201 (onde evitare il fenomeno del<br />
tombstoning), così come creare depositi<br />
tridimensionali per eliminare il<br />
problema di galleggiamento dei componenti<br />
QFN.<br />
Sebbene <strong>la</strong> soluzione “stepped<br />
stencil”, ovvero <strong>la</strong> <strong>la</strong>mina di serigrafia<br />
con spessori differenziati, garantisca<br />
un certo grado di flessibilità operativa,<br />
è comunque limitante nei confronti<br />
dei volumi depositati e in partico<strong>la</strong>re<br />
dal<strong>la</strong> minima distanza da tenere tra<br />
zone a spessore differenziato, questo<br />
senza considerare poi il maggior costo<br />
per via dei passaggi aggiuntivi necessari<br />
al<strong>la</strong> sua realizzazione.<br />
La distanza tra le aree di step-up<br />
(più pasta) e step down (meno pasta)<br />
rispetto alle normali aperture è definita<br />
come area di rispetto (keep-out<br />
distance). In accordo con <strong>la</strong> normativa<br />
IPC-7525A (Stencil Design<br />
Guidelines) <strong>la</strong> minima distanza richiesta<br />
tra il bordo di un’apertura<br />
nell’area di step-up e <strong>la</strong> più vicina delle<br />
aperture normali è di 2,5 mm.<br />
Questo limita <strong>la</strong> libertà di progettazione<br />
da una parte e impone restrizioni<br />
nel<strong>la</strong> miniaturizzazione dall’altra.<br />
All’opposto <strong>la</strong> JetPrinter assicura<br />
il pieno controllo sul<strong>la</strong> deposizione,<br />
costruendo il volume desiderato mediante<br />
il posizionamento sequenziale<br />
dei getti di pasta uno sull’altro.<br />
Più una scheda è complessa -perché<br />
multistrato, perché lo spessore è estremamente<br />
sottile o il pcb è di tipo flessibile-<br />
più diventa difficile il controllo<br />
del<strong>la</strong> p<strong>la</strong>narità e di conseguenza il<br />
controllo del<strong>la</strong> qualità finale. MY500<br />
utilizza <strong>la</strong> misurazione <strong>la</strong>ser per mappare<br />
<strong>la</strong> p<strong>la</strong>narità del pcb, cui segue <strong>la</strong><br />
compensazione automatica dell’altezza<br />
dell’asse Z. Inoltre ad ogni inizio di<br />
produzione è eseguita <strong>la</strong> calibrazione<br />
automatica del deposito mediante una<br />
telecamera che ne verifica <strong>la</strong> forma.<br />
Se consideriamo solo il tempo ciclo,<br />
una serigrafica tradizionale risulta<br />
essere più veloce, tutto questo però<br />
perde di efficacia se <strong>la</strong> linea non è bi<strong>la</strong>nciata<br />
correttamente. Ovviamente<br />
il tempo ciclo per una JetPrinter<br />
dipende dal numero di pad da ricoprire<br />
e dal<strong>la</strong> dimensione del circuito<br />
stampato. Va comunque sottolineato<br />
che il tempo di cambio codice non<br />
richiede che una manciata di secondi<br />
e questo gioca un ruolo fondamentale<br />
dove è richiesto per esempio di<br />
introdurre una <strong>la</strong>vorazione non pianificata<br />
o di soddisfare un’urgenza<br />
estemporanea.<br />
Una testa plug-and-p<strong>la</strong>y<br />
su un braccio<br />
in fibra di carbonio<br />
La deposizione ad alta velocità del<strong>la</strong><br />
pasta saldante avviene sul principio<br />
delle stampanti a getto d’inchiostro,<br />
con <strong>la</strong> differenza che ad essere espulse<br />
sono piccole sfere di pasta saldante.<br />
<strong>Il</strong> meccanismo di espulsione è costituito<br />
da una vite di Archimede che<br />
convoglia <strong>la</strong> pasta saldante (tipo 5) dal
serbatoio all’interno del<strong>la</strong> camera di<br />
espulsione dove un trasduttore azionato<br />
piezoelettricamente impartisce<br />
l’energia necessaria al<strong>la</strong> pasta saldante<br />
per essere <strong>la</strong>nciata sul target pad.<br />
<strong>Il</strong> sistema di espulsione è stato<br />
progettato per poter <strong>la</strong>nciare fino a<br />
500 gocce al secondo. Questo dispositivo<br />
di concerto col software che control<strong>la</strong><br />
<strong>la</strong> balistica di <strong>la</strong>ncio, consente a<br />
MY500 di depositare i volumi di pasta<br />
desiderati senza stazionare <strong>sui</strong> punti<br />
di deposito. Le accelerazioni (fino a<br />
3G) a cui è sottoposta <strong>la</strong> movimentazione<br />
ha richiesto una speciale base in<br />
fusione minerale e un braccio, su cui<br />
scorre <strong>la</strong> testa, in fibra di carbonio.<br />
La pasta saldante (indifferentemente<br />
con e senza piombo, prodotta<br />
delle principali marche) è contenuta<br />
in siringhe Iwashita da 30 cc. Ogni<br />
siringa è caricata su di una testa ad innesto<br />
rapido, che consente di caricar<strong>la</strong><br />
in macchina in pochi secondi (idem<br />
per rimuover<strong>la</strong>).<br />
Testa e siringa costituiscono così un<br />
monoblocco da riporre nel frigorifero<br />
a fine giornata.<br />
<strong>Il</strong> codice a barre presente sul<strong>la</strong> siringa<br />
e un chip di riconoscimento<br />
contenuto nel<strong>la</strong> testa assicurano che<br />
non venga caricata per errore una pasta<br />
sbagliata o scaduta. Un controllo<br />
di temperatura assicura che <strong>la</strong> corretta<br />
viscosità del<strong>la</strong> pasta saldante sia mantenuta<br />
per tutto il tempo di durata del<br />
processo. Gli encoder e i motori lineari<br />
garantiscono precisione, velocità e<br />
ripetibilità del processo.<br />
Lean manufacturing<br />
Gli investimenti in nuova tecnologia<br />
vanno attentamente valutati<br />
perché devono soddisfare tanto le<br />
esigenze immediate quanto quelle<br />
che sicuramente si presenteranno<br />
nel medio termine. È facile scivo<strong>la</strong>re<br />
sull’acquisto fatto “giusto nel caso che<br />
si presenti <strong>la</strong> necessità”, ma un siffatto<br />
investimento potrebbe avere una quiescenza<br />
del ROI molto lunga e sfiorire<br />
<strong>prima</strong> che si presenti l’agognata situazione<br />
produttiva favorevole.<br />
<strong>Il</strong> ROI di MY500 Jetprinter inizia<br />
da subito, i risparmi sull’attrezzatura e<br />
sul materiale di consumo si sommano<br />
a quelli del tempo di programmazione,<br />
di entrata in produzione e dei<br />
cambi di codice prodotto giornalieri.<br />
Questo innovativo sistema diventa<br />
un mezzo per <strong>la</strong> costruzione reale del<strong>la</strong><br />
lean manufacturing, già proiettato nel<br />
futuro dell’elettronica grazie al<strong>la</strong> filosofia<br />
software-driven adottata da tutti i<br />
sistemi Mydata. L’utilizzo intelligente<br />
delle informazioni, <strong>la</strong> limitazione dei<br />
down time e l’eliminazione delle attività<br />
senza valore aggiunto sono i requisiti<br />
da cui non si può prescindere per<br />
accedere al crescente mercato dell’elettronica<br />
on-demand.<br />
Cabiotec<br />
www.cabiotec.it
74 PCB giugno 2011<br />
▶ TEST & QUALITY - NUOVE TECNOLOGIE<br />
<strong>Il</strong> test con <strong>la</strong> scansione<br />
acustica<br />
La microscopia acustica a scansione utilizza l’interazione di onde generate<br />
da un trasduttore ad ultrasuoni con l’oggetto da indagare per capire<br />
se esista <strong>la</strong> presenza al suo interno di disomogeneità strutturali.<br />
L’analisi dell’eco prodotta consente di capire se ci sono de<strong>la</strong>minazioni,<br />
void e, più in generale, <strong>la</strong> presenza di discontinuità nel materiale<br />
di Davide Oltolina<br />
Le tecnologie di interconnessione<br />
dei componenti di ultima generazione<br />
BTC, QFN, LGA, PoP<br />
e SiP mirano a un sempre maggior<br />
addensamento di componenti all’interno<br />
di uno stesso package, ponendo<br />
problemi a valle del processo durante<br />
le fasi di test che seguono l’assemb<strong>la</strong>ggio<br />
dei dispositivi <strong>sui</strong> pcb.<br />
Problemi derivanti dal<strong>la</strong> presenza<br />
di umidità nei molding dei package<br />
o nati durante il processo di rifusione<br />
non sono facilmente indagabili con i<br />
tradizionali sistemi di test e d’ispezione.<br />
Nel caso di presenza di problemi<br />
d’interconnessione all’interno di un<br />
componente, <strong>la</strong> di coltà diagnostica<br />
consiste appunto nel dover guardare<br />
all’interno di un contenitore ermeticamente<br />
chiuso. Non sempre basta<br />
sostituire un componente che si è<br />
presentato difettoso al test elettrico,<br />
il problema potrebbe essere nel come<br />
è maneggiato all’interno del processo<br />
produttivo, piuttosto di come è stato<br />
saldato. Senza eliminare <strong>la</strong> causa<br />
<strong>prima</strong>, non v’è certezza di produrre
pcb a dabili nel tempo. La presenza<br />
di de<strong>la</strong>minazioni, fratture, vuoti non<br />
sempre inibisce totalmente il funzionamento<br />
del componente, a volte il<br />
problema invalidante agisce sul<strong>la</strong> media<br />
o lunga distanza, quando il pcb è<br />
instal<strong>la</strong>to sul campo.<br />
I problemi che si possono incontrare<br />
all’interno di un package sono<br />
principalmente dovuti al processo.<br />
Dalle crepe nei moulding compound<br />
alle crepe a livello di interfaccia tra<br />
bump e substrato o tra bump e die, al<strong>la</strong><br />
presenza di void negli stessi bump.<br />
I void possono trovarsi anche a livello<br />
di under ll nel caso di ip chip.<br />
Qualsiasi tecnica di microscopia<br />
c<strong>la</strong>ssica sarebbe in molti casi utile a<br />
stabilire il danno e <strong>la</strong> sua causa, ma<br />
solo a package “aperto”, apertura che<br />
comporta <strong>la</strong> distruzione del package<br />
e con questo <strong>la</strong> possibile distruzione<br />
del<strong>la</strong> zona difettosa o quantomeno<br />
l’introduzione di alterazioni che potrebbero<br />
sviare l’indagine.<br />
<strong>Il</strong> sistema<br />
Sonoscan<br />
serie D6000<br />
per i test acustici<br />
Scanning Acustic<br />
Microscope (SAM)<br />
<strong>Il</strong> microscopio a scansione acustica<br />
è lo strumento ideale per un’indagine<br />
accurata di tipo non distruttivo.<br />
<strong>Il</strong> principio generale di <strong>la</strong>voro è<br />
quello del<strong>la</strong> scansione a punto a punto<br />
con cui ricostruire l’immagine dell’oggetto<br />
sotto indagine.<br />
<strong>Il</strong> SAM utilizza come fascio esploratore<br />
un’onda acustica prodotta da un<br />
generatore ad ultrasuoni, che attraversa<br />
un trasduttore e viene poi focalizzata.<br />
Le onde sonore si propagano attraverso<br />
<strong>la</strong> materia, <strong>la</strong> presenza di disomogeneità<br />
lungo il percorso dell’onda<br />
ne modi ca <strong>la</strong> traiettoria, provocando<br />
sia <strong>la</strong> parziale ri essione che <strong>la</strong> rifrazione.<br />
La rifrazione è <strong>la</strong> deviazione subita<br />
da un’onda quando questa passa da un<br />
mezzo a un altro (con indice di rifrazione<br />
diverso), con cambiamento del<strong>la</strong><br />
velocità di propagazione. Ogni tipo<br />
di onda può essere rifratto, <strong>la</strong> rifrazione<br />
del<strong>la</strong> luce è l’esempio più comunemente<br />
osservato.
76 PCB giugno 2011<br />
Visualizzazione mediante test acustico di un componente elettronico (Fonte: Sonoscan)<br />
Nel microscopio a scansione acustica<br />
le misure dell’intensità, del ritardo<br />
e del<strong>la</strong> posizione delle onde riflesse<br />
consentono di tracciare una mappa di<br />
quanto si trova all’interno del componente,<br />
inclusi i partico<strong>la</strong>ti come piccole<br />
crepe, vuoti o de<strong>la</strong>minazioni.<br />
<strong>Il</strong> ruolo dell’assorbimento gioca<br />
un ruolo fondamentale impedendo<br />
l’osservazione degli oggetti oltre un<br />
certo limite. La profondità raggiunta<br />
dipende dal<strong>la</strong> natura dei materiali<br />
coinvolti e dal<strong>la</strong> frequenza di <strong>la</strong>voro<br />
dell’onda acustica; maggiore è <strong>la</strong> frequenza<br />
e maggiore è l’assorbimento,<br />
con conseguente limitazione del<strong>la</strong><br />
profondità di penetrazione.<br />
La risoluzione del microscopio dipende<br />
dal<strong>la</strong> lunghezza d’onda, che è<br />
anche funzione del<strong>la</strong> densità e del<strong>la</strong> frequenza.<br />
Di conseguenza <strong>la</strong> risoluzione<br />
consentita è funzione del<strong>la</strong> profondità<br />
raggiunta e del<strong>la</strong> natura del materiale di<br />
cui è fatto l’oggetto sotto test.<br />
Principio di funzionamento<br />
L’onda nasce da un generatore a<br />
ultrasuoni ed è inviata sotto forma<br />
d’impulsi a un trasduttore <strong>la</strong> cui superficie<br />
d’uscita è geometricamente<br />
<strong>la</strong>vorata a forma di parabo<strong>la</strong>.<br />
Questa parte terminale del trasduttore<br />
è immersa in un liquido, solitamente<br />
acqua, che costituisce il mezzo<br />
di propagazione del treno di onde<br />
acustiche.<br />
La geometria terminale del trasduttore<br />
funge da lente perché con <strong>la</strong><br />
sua curvatura provoca <strong>la</strong> convergenza<br />
delle onde focalizzandole in un punto<br />
preciso.<br />
<strong>Il</strong> campione da testare è immerso<br />
nel liquido nel punto di focalizzazione<br />
delle onde.<br />
La successione di eco generate in<br />
risposta al treno di onde principale<br />
che colpisce l’oggetto, ritorna al trasduttore<br />
che è passivo tra un’emissione<br />
e <strong>la</strong> successiva e può quindi<br />
raccogliere le onde di ritorno e trasformarle<br />
in segnale elettrico da e<strong>la</strong>borare.<br />
Rispetto all’emissione principale,<br />
le onde di ritorno sono analizzate in<br />
ampiezza, fase e ritardo.<br />
Le frequenze di <strong>la</strong>voro dei microscopi<br />
acustici utilizzati in elettronica<br />
spaziano nel<strong>la</strong> fascia tra 200 e<br />
300 MHz, con risoluzioni rispettivamente<br />
tra i 25 e i 14 micron e una<br />
profondità di indagine di qualche<br />
millimetro.<br />
Usualmente si utilizza un C-SAM<br />
in cui l’angolo di incidenza non supera<br />
il valore critico oltre il quale <strong>la</strong><br />
maggior parte dell’onda viene riflessa.<br />
<strong>Il</strong> fascio di onde viene focalizzato<br />
sul partico<strong>la</strong>re di interesse che riflette<br />
una quantità di onde bastevoli al<strong>la</strong><br />
formazione dell’immagine, ma <strong>la</strong> presenza<br />
di un difetto riflette <strong>la</strong> totalità<br />
delle onde. A questo punto l’immagine<br />
è realizzata facendo compiere al<br />
trasduttore una scansione sul componente<br />
sotto test. <strong>Il</strong> tempo che l’eco<br />
di ritorno impiega per raggiungere il<br />
trasduttore dipende dal<strong>la</strong> sua distanza<br />
dal componente, mentre l’ampiezza e<br />
<strong>la</strong> po<strong>la</strong>rità del segnale dipendono dalle<br />
proprietà dei materiali costituenti il<br />
componente.<br />
Siccome l’eco dei vari livelli interni<br />
al componente ritornano con una picco<strong>la</strong><br />
differenza di tempo, è possibile<br />
restringere il campo di indagine a un<br />
livello di interesse specifico. Questo<br />
fine aggiustamento associato all’alto<br />
livello di risoluzione chiarificano da<br />
soli il motivo per cui questa tecnologia<br />
è così utile nel<strong>la</strong> ricerca dei difetti<br />
che si manifestano nei package, anche<br />
nei più complessi.<br />
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immagini<br />
Da oggi<br />
è anche in versione<br />
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Accedendo al<strong>la</strong> pagina web www.elettronicanews.it<br />
è da oggi possibile sfogliare l’intera <strong>rivista</strong> in formato elettronico.<br />
Ecco qualche indicazione per l’utilizzo:<br />
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immagini<br />
Posizionandosi con il mouse lungo <strong>la</strong> barra<br />
si scorrono le pagine del<strong>la</strong> <strong>rivista</strong><br />
<strong>Il</strong> sommario del<strong>la</strong> <strong>rivista</strong> porterà automaticamente a ogni articolo presente nel<strong>la</strong> stessa.<br />
L’indice degli inserzionisti sarà anch’esso provvisto di collegamenti alle pagine re<strong>la</strong>tive.
Fabbricanti di<br />
<strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong><br />
Rubrica dedicata ai più importanti costruttori di PCB, provvista di singole<br />
schede personalizzate e descrizioni dettagliate delle attività di ogni<br />
produttore di <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong>. Vengono raccolte in questa sezione<br />
aziende che operano su diverse tipologie di prodotti: dai monofaccia ai<br />
doppio strato, dai multistrato ai fessibili, dai rigidi-fl essibili ai più avanzati<br />
prodotti del<strong>la</strong> printed electronics.<br />
79<br />
PCB giugno 2011<br />
79
Finiture:<br />
Hal, hal lead free, stagno chimico,<br />
argento chimico<br />
Ni/Au chimico, Ni/Au elettrolitico<br />
Grafite, inch.spell.<br />
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Certificazione ISO:<br />
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PCB giugno 2011 81<br />
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Produttori di <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong><br />
pubblicati in base al logo di fabbricazione<br />
Nel corso di tutto il 2011 questa sezione dedicata ai fabbricanti di <strong>circuiti</strong> <strong>stampati</strong> verrà aggiornata mensilmente.<br />
Se siete interessati a comparire su queste pagine per ulteriori informazioni contattare il numero 02 30.22.60.60<br />
Informativa ex D. Lgs 196/3 (tute<strong>la</strong> del<strong>la</strong> privacy).<br />
<strong>Il</strong> <strong>Sole</strong> <strong>24</strong> ORE S.p.A., Tito<strong>la</strong>re del trattamento, tratta, con modalità connesse ai fini, i Suoi dati personali, liberamente<br />
conferiti al momento del<strong>la</strong> sottoscrizione dell’abbonamento od acquisiti da elenchi contenenti dati personali<br />
re<strong>la</strong>tivi allo svolgimento di attività economiche ed equiparate per i quali si applica l’art. <strong>24</strong>, comma 1, lett. d del<br />
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l’Ufficio Diffusione c/o <strong>la</strong> sede di via Carlo Pisacane, 1 - 20016 PERO (Mi<strong>la</strong>no).<br />
Cognome___________________________________________________________________________________<br />
Nome ______________________________________________________________________________________<br />
Professione _________________________________________________________________________________<br />
Società _____________________________________________________________________________________<br />
Via _________________________________________________________________ n. _____________________<br />
CAP _____________ Città _________________________________________________Prov. _____________<br />
Tel. ______________________________________ Cell. _____________________________________________<br />
e-mail _____________________________________________________________________________________<br />
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