Potenza e rapidità da circuito - B2B24 - Il Sole 24 Ore

PCB Magazine n.5 - GIUGNO 2013
IL SOLE 24 ORE S.p.A. - Sede operativa - Via Carlo Pisacane 1, ang. SS Sempione - 20016 PERO (Milano) - Rivista mensile, una copia € 5,00
SPECIALE: Problematiche ESD
LA PRIMA RIVISTA ITALIANA SUI CIRCUITI STAMPATI
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n.5
GIUGNO 2013
Potenza e rapidità da circuito

HOVER DAVIS
The Feeder Company
We make the difference!
Hover Davis produce feeders e moduli di
dispensazione etichette dal 1989 per le macchine
pick and place allo scopo di migliorarne la resa
complessiva ed il funzionamento.
I feeders Hover Davis sono compatibili con i
principali costruttori quali: Universal, Siemens
ASM, Panasonic, Fuji, Assembleon, Juki.
Sono semplici all’uso, grazie al caricamento
del nastro dall’alto, all’indicazione di stato, al
funzionamento elettrico con avanzamento e
ritorno del nastro. Offrono inoltre una capienza
del cassetto di raccolta mylar del + 30% e la
calibrazione elettrica.
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per ogni nuovo acquisto di feeders Hover
Davis previa alienazione dei feeder Siemens
equivalenti anche se non funzionanti.
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Avrò 116 anni nel 2076. E allora potrò
finalmente tirare i remi in barca e godermi la
meritata pensione. Mio figlio più piccolo sarà
uno splendido 65enne nel pieno dell’attività
lavorativa, circondato da figli, nipoti e pronipoti.
Qualcuno mi chiederà come si vivesse nei lunghi
decenni prima del 2007 e io potrò rispondere -
certo con qualche rimpianto - che si stava bene
tutto sommato, che molti (non tutti però) avevano
un lavoro più o meno retribuito, più o meno
soddisfacente. Un po’ come nel 2076 insomma,
con un po’ di tecnologia in meno, ma con la stessa
tranquillità lavorativa che si respira allo scorcio
del settimo decennio dell’anno 2000.
Scherzi a parte, una recentissima simulazione
dell’ufficio economico della CGIL sul futuro
andamento dell’economia italiana parla chiaro:
per ripristinare i livelli occupazionali pre 2007
- considerando una crescita annua dello 0,7%
(dati di crescita previsti per il 2014 dall’ISTAT)
- dovremo aspettare 63 anni prima di tornare
agli antichi “splendori” occupazionali, mentre per
colmare il gap di 112 miliardi tra il Pil del 2007
e quello del 2014 dovremo aspettare solo fino al
2026. Non ci saranno invece speranze per il livello
dei salari reali: mai nel futuro saremo più ricchi
che nel passato.
La simulazione non prevede modifiche nella
politica economica: niente investimenti fuori dal
deficit, niente eurobond, con spending review e
pressione fiscale costanti. Insomma, le conclusioni
- viste le premesse - non sono veramente
condivisibili.
Lo scenario da incubo proposto da CGIL viene
tuttavia bilanciato da altre due ipotesi meno
riccardo.busetto@ilsole24ore.com
Speranze centenarie
▶ EDITORIALE
drammatiche: una crescita media come nel periodo
2000-2007 (+1,7%) che vedrebbe Pil, salari
e occupazione ripristinati entro il 2020 e uno
scenario ottimistico (ma poco probabile e a cui
credono poco gli stessi economisti del sindacato) che
ripristinerebbe l’occupazione ai valori pre 2007
entro il 2016, che ci farebbe tornare al Pil pre-crisi
nel 2017 e che, nel tempo di un anno, riporterà
il potere d’acquisto dei salari a quello degli “anni
d’oro” precedenti il 2008.
Che la CGIL abbia la bacchetta magica per tirarci
fuori dal pantano? Chi lo sa?
Secondo gli economisti di Susanna Camusso il
“Piano lavoro” elaborato dal sindacato a inizio
anno è la soluzione per ottenere i risultati sperati,
un piano che mette al centro poderosi investimenti
pubblici e privati, operando un forte sostegno
alla domanda interna. La soluzione in un nuovo
New Deal, dunque, che parla nei termini di
creazione di posti di lavoro sopattutto nei settori
dell’innovazione e dei grandi beni comuni.
Che dire? Potrebbe essere valido, forse no. Non
sta me a dirlo, che non ne ho né le competenze né
l’autorità per sostenere o criticare un piano così
complesso e articolato. Sta di fatto, come più volte
ho ripetuto nei miei editoriali, che è finito il tempo
delle parole e - volente o nolente - è iniziato il
tempo del fare o, meglio, del dover fare.
“Fate presto” diceva il Sole24ORE all’alba del
governo Monti, quel drammatico 10 novembre
del 2011. Un’esortazione che non è mai stata così
attuale come in questo momento.
PCB giugno 2013
5

6 PCB giugno 2013
▶ SOMMARIO - GIUGNO 2013
IN COPERTINA
Ogni realizzazione ha esigenze
di connessione peculiari che la
distinguono dalle altre. L’intero
settore elettronico è però attraversato
da alcuni trend ben riconoscibili: in
primo luogo la miniaturizzazione,
accompagnata dall’esigenza di
veicolare sempre più potenza
attraverso il circuito stampato.
Per realizzare soluzioni efficienti è
poi fondamentale che il connettore
possa essere assemblato in modo
rapido e semplice, oltre che pratico.
I sistemi con connessione rapida di
Phoenix Contact rispondono a tutte
queste esigenze, fornendo all’utente
un’ampia gamma di proposte tra
cui individuare la soluzione ideale
per la propria applicazione, anche
nella gestione delle connessioni di
potenza.
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agenda
Eventi/Piano editoriale ___________________ 10
a cura della redazione
ultimissime
C.S. e dintorni __________________________ 12
a cura di Silvia Lucchi e Massimiliano Luce
angolo di copertina
Connessione rapida di circuiti stampati ______ 18
a cura di Phoenix Contact
attualità
Vincere la sfida con l’innovazione ___________ 22
di Giuseppe Goglio
L’ESD parla toscano _____________________ 26
di Riccardo Busetto
speciale
Problematiche ESD
Il fenomeno ESD _______________________ 30
di Dario Gozzi
Elettrostatica e nanotecnologie _____________ 34
di Gianfranco Coletti
Nuove tecnologie nel mondo ESD _________ 38
di Dario Gozzi

La gestione di eventi ESD ________________ 42
di Giuseppe Angelo Reina e Luca Gnisci
L’ESD a portata di mano _________________ 48
di Giuseppe Vittori
Modelli ESD e livelli di protezione _________ 54
di Andrea Banfi
tecnologie
Step stencil col laser _____________________ 58
di Piero Oltolina
Step stencil e coating delle lamine __________ 62
di Dario Gozzi
progettazione
Progettare meglio e con maggiore rapidità ____ 66
di Hermant Shaw
(seconda parte)
oltre i pcb
L’evoluzione tecnologica dei display _________ 70
di Dario Gozzi
aziende e prodotti
Crescere e produrre in Valdarno ____________ 74
di Dario Gozzi
A ognuno il proprio stilo__________________ 76
di Luca Conte
fabbricanti
Produttori di circuiti stampati in base
a logo di fabbricazione ___________________ 80
PCB giugno 2013
7
Anno 27 - Numero 5 - giugno 2013
www.elettronicanews.it
DIRETTORE RESPONSABILE: Pierantonio Palerma
REDAZIONE: Riccardo Busetto (Responsabile di Redazione), Massimiliano Luce
CONSULENTE TECNICO: Dario Gozzi
COLLABORATORI: Gianfranco Coletti, Luca Conte, Luca Gnisci,
Giuseppe Goglio, Silvia Lucchi, Piero Oltolina, Giuseppe Angelo Reina,
Hermant Shaw, Giuseppe Vittori
UFFICIO GRAFICO: Elisabetta Delfini (coordinatore), Elisabetta Buda,
Patrizia Cavallotti, Elena Fusari, Laura Itolli, Silvia Lazzaretti, Luciano Martegani,
Cristina Negri, Diego Poletti, Luca Rovelli, Walter Tinelli
SEGRETERIA DI REDAZIONE BUSINESS MEDIA: Anna Alberti,
Donatella Cavallo, Rita Galimberti, Laura Marinoni Marabelli,
Paola Melis, Elena Palazzolo, Katia Simeone
redazione.pcb@ilsole24ore.com
DIRETTORE EDITORIALE BUSINESS MEDIA: Mattia Losi
PROPRIETARIO ED EDITORE: Il Sole 24 ORE S.p.A.
SEDE LEGALE: Via Monte Rosa, 91 - 20149 Milano
PRESIDENTE: Benito Benedini
AMMINISTRATORE DELEGATO: Donatella Treu
SEDE OPERATIVA: Via Carlo Pisacane, 1 - 20016 PERO (Milano) - Tel. 02 3022.1
UFFICIO TRAFFICO: Tel. 02 3022.6060
STAMPA: Faenza Industrie Grafiche S.r.l. - Faenza (RA)
Prezzo di una copia 5 euro (arretrati 7 euro).
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presso il coordinamento delle segreterie redazionali (fax 02 3022.60951).

8 PCB giugno 2013
▶ SI PARLA DI - LE AZIENDE CITATE
Azienda pag. Inserzionisti pag.
A ABB __________________________ 74, 79
Agfa _____________________________ 41
C Cadence _______________________ 66, 70
CEI ____________________ 26-27, 48-52
CIMdata _________________________ 12
Confindustria ANIE ________________ 16
D Datapaq __________________________ 12
Den-On __________________________ 28
E EL.BO Service _________________ 27, 42
F Forbo ____________________________ 27
H Harwin ___________________________ 13
I i-tronik ___________________________ 28
L Laryo ____________________________ 13
Laserjob _______________________ 63-64
LPKF _________________________ 58, 60
M Magna Electronics __________________ 28
Mapei ____________________________ 27
Mirtec ___________________________ 13
N Nora _____________________________ 27
P PCB Technologies __________________ 14
Philips Lumileds ________________ 28, 54
Phoenix Contact ________________ 18, 20
Pico Technology ___________________ 14
PowerOne _______________ 26, 28, 74-75
R RSR __________________________ 23-24
S Samsung __________________________ 73
Siemens __________________________ 12
U Università di Genova ________________ 34
W Weller _________________________ 76, 79
Y Yamaha___________________________ 28
A
APEX TOOL ...................................................17
AREL ...............................................................80
ASM ASSEMBLY .............................................21
C
CABIOTEC .........................................................4
E
ELCO ELETTRONICA .......................................16
F
F.P.E. ..........................................................41-47
I
INVENTEC PERFORMANCE
CHEMICALS ITALIA ..................................II cop.
ISCRA ..................................................... IV cop.
O
OSAI A.S. .......................................................11
P
PACKTRONIC ...............................................9-15
PHOENIX CONTACT ..................................I cop.
R
RS COMPONENTS ...................................III cop.
T
TECNOLAB .......................................................3
TECNOMETAL ...........................................19-80
W
WIN-TEK .........................................................25

l’ispezione ottica oggi raggiunge il più alto
liello i aailit e ripetiilit
Con BF-3Di il sistema AOI diventa uno strumento di misura che fornisce dati
inequivocabili; grazie infatti alla misura dell’altezza dei componenti e delle saldature
presenti sul PCB, BF-3Di combina analisi 2D e 3D sorpassando i limiti tipici della mera
analisi 2D e dei sistemi con telecamere inclinate.
LE ALTRE SOLUZIONI PER L’ISPEZIONE PCB:
SAKI BF-3Di
Benvenuti nella
TERZA DIMENSIONE
NOVITÀ NOVITÀ
Saki BF-X2
Ispezione ottica
3D a raggi X
Saki BF-Comet10
Ispezione ottica
da banco
Saki BF-Tristar II
Ispezione ottica
top/bottom in
contemporanea
Saki BF-Sirius
Ispezione ottica
da banco
1
2
3
Renderizzazione 3D e immagine 2D con grafico
delle altezze dei pin per il massimo controllo.
ISPEZIONI PIÙ
ACCURATE E RAPIDE
RIDUZIONE DELLE
FALSE CHIAMATE
OTTIMIZZAZIONE NELLA
CLASSIFICAZIONE DEI
DIFETTI
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10 PCB giugno 2013
▶ AGENDA - FIERE E CONVEGNI
Data e luogo Evento Segreteria
2-6 giugno
Austin, Tx
USA
4-5 giugno
Francoforte
Germania
5-6 giugno
Mosca
Russia
19-20 giugno
Monza (Autodromo)
Italia
20-23 giugno
Bangkok
Tailandia
Piano editoriale 2013
DAC 2013 DAC 2013
1721 Boxelder St.
Suite 107, USA Louisville CO 80027
Tel. +1 303 560 5632
Fax +1 303 560 5632
IPC/FED Conference on
Embedded Components
Gen.-Feb. Sistemi di saldatura
Marzo Il test funzionale
Aprile L’ispezione in elettronica: AOI, AXI e SPI
Maggio L’allestimento di impianti di produzione e di laboratori
elettronici
Giugno Problematiche ESD
Lug.-Ago. Pcb embedded
Settembre Il test elettrico
Ottobre Il software di progettazione e produzione
Novembre Speciale Productronica
Dicembre Circuiti stampati: materiali e tecnologie
Speciali
Guida all’acquisto 2013-2014
La pratica pubblicazione annuale di PCB Magazine che raccoglie in
un unico prodotto tutti i dati delle aziende che, in Italia, operano nel
settore della produzione, della distribuzione elettronica e dei circuiti
stampati.
Focus
Sistemi di lavaggio: lo stato dell’arte; sistemi di rework: tecnologie e
prodotti; normative e standard; il punto sulle Pick & Place; minacce
nascoste: umidità e temperatura; la strumentazione di laboratorio.
IPC - Association Connecting Electronics Industries
3000 Lakeside Drive, 309 S,
Bannockburn, IL 60015, USA
Tel. +1 847 61.57.100
Fax +1 847 61.57.105
SEMICON Russia 2013 Business Media Russia
Ms. Yulia Solovieva
Tel: +7 495 64.96.911
yulia.solovieva@businessmediarussia.ru
SIPLACE Technology Day ASM Assembly Systems S.r.l.
Via Firenze, 11
20063, Cernusco sul Naviglio, Milano
Tel.: +39 02 92.90.46.00
Fax: +39 02 92.90.46.22
monica.polese@asmpt.com
NEPCON Thailand Marinella Croci
per NEPCON Thailand
Tel.: +39 0383 19.11.653
Mob.: +39 339 38.29.681
marinella.croci@gmail.com
Editorial plan 2013
Jan.-Feb. Soldering Systems
March Functional Test
April Inspection: AOI, AXI, SPI
May Manufacturing Plants and Laboratory
Organization
June ESD Issues
Jul.-Aug. PCB Embedded
September Electrical test
October Design and Manufacturing Software
November Productronica: Special Issue
December PCB: Materials and Technologies
Special
Buyers’ Directory 2013-2014
The PCB Magazine special guide that provide essential information
on companies that operate in Italy in electronics field and pcb
manufacturing.
Focus
The Cleaning State of the Art; Rework: Products and Technologies;
Standards and Norms; Pick & Place; The Hidden Thrests: Moisture
and Temperature; Laboratory Instruments.

Separazione senza limiti
Neorouter Dual offre al mercato una
soluzione innovativa per le linee di altissimi
volumi, dove spesso il collo di bottiglia
risulta il processo di separazione.
Grazie alle due routing head autonome, una dal lato top,
l’altra dal lato bottom, permette di dimezzare i tempi di
separazione, oltre a consentire di generare l’applicazione
di taglio ottimale per ogni tipologia di PCB.
È possibile infatti programmare il lato del taglio top/
bottom a seconda degli ingombri dei componenti vicino
ai testimoni, evitando di dover seguire regole specifiche
per lo sviluppo dei PCB.
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12 PCB giugno 2013
▶ ULTIMISSIME - C.S. E DINTORNI a cura di Silvia Lucchi e Massimiliano Luce
Errata Corrige
Nella notizia “Soluzioni SPI e AOI in azione” pubblicata sul numero
di PCB Magazine di aprile a pag. 16 è stato riportata erroneamente
l’indicazione di Packtronic a fianco dell’indirizzo di CyberOptics.
Packtronic, infatti, non è più da tempo distributore di CyberOptics.
La redazione si scusa per l’errore occorso.
Saldatura selettiva
tra monitoraggio
e ripetibilità
Lavorando insieme a un
fornitore elettronico
tier 1 dell’industria
automobilistica, Datapaq ha
messo a punto una soluzione
su misura di monitoraggio
della temperatura per
documentare la ripetibilità
dei processi di saldatura
selettiva. Questo sviluppo è
diventato necessario perché
le case automobilistiche
richiedono sempre più
spesso ai loro fornitori
di eseguire il controllo
statistico di processo.
Chiaramente, anche l’aspetto
economico per l’immediato
controllo della qualità è
molto sentito. In questo
segmento industriale,
infatti, i margini sono
piccoli e i costi dei difetti
Siemens è stata riconosciuta da CIMdata come
società leader in termini di presenza di mercato nel
comparto del cPDm (Collaborative Product Defi nition
Management) per il dodicesimo anno consecutivo,
così come per l’ottavo anno consecutivo nel mercato
del Digital Manufacturing. I rilevamenti di CIMdata,
annunciati alla fi ne di aprile, si basano su dati e analisi
approfondite del mercato PLM.
Siemens PLM Software si inserisce nella categoria cPDm
di CIMdata con il portafoglio Teamcenter, il software
più diff uso al mondo per la gestione del ciclo di vita
digitale, mentre il portafoglio Tecnomatix è il software più
di prodotto sono elevati,
misurare e controllare
ogni processo assicura la
redditività. La soluzione
a basso costo di Datapaq
monitorizza sia la fase di
preriscaldamento che la fase
di saldatura a immersione
e genera dettagliati
profi li di temperatura che
permettono agli utenti di
paragonare le prestazioni
di macchine diff erenti,
regolare i parametri se
necessario e ridurre i tempi
di preparazione per i nuovi
lotti. Cosa cruciale, il
sistema è abbastanza piccolo
e leggero da attraversare
il processo insieme alle
Da 12 anni in cima alla classifi ca PLM
schede a circuito stampato:
consiste di un data logger
Q18 e un’attrezzatura
PA2200A che porta due
termocoppie per la fase
di preriscaldamento e tre
termocoppie per la fase
di saldatura a immersione.
Le sonde di saldatura a
immersione permettono
il monitoraggio della lega
di saldatura e anche del
tempo di immersione nella
lega di saldatura (tempo di
contatto).
Esse possono essere regolate
per consentire la misura
del tempo di contatto ad
altezze diff erenti. Il cliente
utilizza prodotti Datapaq
per monitorare tutti i
processi di saldatura. Oltre
a minimizzare i costi di
addestramento, ciò facilita
la creazione di best practice,
perché gli ingegneri di
sviluppo dei processi
centrali possono confrontare
le misure di tutti i loro
impianti di assemblaggio.
Datapaq
www.datapaq.com
utilizzato nel settore specifi co del digital manufacturing.
“Secondo la nostra ricerca di mercato, Siemens resta ai
vertici anche nel Digital Manufacturing, con un fatturato
nettamente superiore al secondo classifi cato. L’azienda
continua a scandire il passo nel comparto fondamentale del
cPDm”, ha dichiarato Peter Bilello, Presidente di CIMdata.
“La crescita del cPDm è leggermente rallentata nel 2012,
ma il settore continuerà a crescere negli anni successivi con
tassi di poco inferiori al 10%”.
Siemens
www.siemens.it/plm

AOI da premio
In occasione dell’evento
Nepcon Cina, Mirtec ha
ricevuto il riconoscimento
EM Asia Innovation
Award nella categoria Test
& Measurement/Sistemi di
ispezione AOI per la linea
di prodotto MV-9 2D/3D
CoaXPress In-Line AOI
Series. Per Mirtec si tratta
del diciottesimo premio
ricevuto.
Brian D’Amico, Presidente
di Mirtec, ha commentato:
“Siamo molto orgogliosi
di aver ricevuto l’EM Asia
Innovation Award per
conto del nostro team di
ingegneri di grande talento,
capace di conseguire
eccezionali prestazioni
nella progettazione
e nello sviluppo della
nostra nuova linea AOI
MV-9 CoaXPress 2D/3D
In-Line”.
I nuovi sistemi AOI MV-9
2D/3D CoaXPress
In-Line sono confi gurati
con la tecnologia di
ispezione OMNI-VISION
3D che combina l’ispezione
2D da 25 Mega Pixel con
l’ispezione 3D avanzata
Digital Multi-Frequenza
Moiré per fornire una
ispezione precisa dei
componenti SMT presenti
sui PCB assemblati.
I sistemi MV-9 possono
essere confi gurati con
il sistema di telecamera
a 25 MegaPixel
CoaXPress. Questo
sistema di telecamere è
progettato e realizzato
da MIRTEC per un suo
utilizzo con la gamma
completa di prodotti
proposta dall’azienda. La
telecamera CoaXPress
ha una velocità di
trasferimento di 25 Gbit/
secondo.
Mirtec
www.mirtec.com
Laryo
www.laryo.it
Connettori ad alta quota
esito del lancio
L’ e del recupero
del primo volo del
nano-satellite WUSAT
(Università di Warwick),
che fa assegnamento sulle
famiglie dei connettori ad
alta affi dabilità Datamate
e Gecko di Harwin, è
stato positivo nonostante
le impegnative condizioni
operative.
Così come previsto dal
team dell’Università di
Warwich, il lancio di un
CubeSat – un piccolo
satellite dalle misure di
10 x 10 x 10 cm e con con
una massa di soli 1,33 kg –
sarebbe stato un traguardo
adeguato per aprire
la strada a particolari
esperienze di lancio
in cui siano coinvolti
carichi utili di dimenioni
limitate. Il team, per
la rapidità di sviluppo,
ha basato i sistemi di
controllo, alimentazione
e comunicazione sulla
piattaforma Arduino. I
dati dei sensori, collocati
su pcb separati, sono stati
acquisiti su schede SD.
Con questo livello
di carico utile, è
necessario un sistema
di interconnessione
miniaturizzato e leggero,
ma che sia nel contempo
di altissima affi dabilità.
Per questo motivo il team
di WUSAT ha in corso
di valutazione la famiglia
di connettori di segnale e
di potenza Datamate da 2
mm di Harwin e la gamma
di connettori Gecko da
1,25 mm in grado di gestire
fi no a 2 A. Entrambe le
famiglie di connettori
operano con effi cienza
in ambienti diffi cili,
assicurando l’integrità
del segnale persino in
condizioni estreme di
temperatura, vibrazione
e shock, come quelle che
normalmente si incontrano
durante i lanci e le
missioni dei satelliti. Molti
altri CubeSat impiegano
già i connettori Harwin
per le loro dimensioni
miniaturizzate, il peso
leggero e le eccellenti
performance complessive.
Harwin
www.harwin.com
PCB giugno 2013
13

14 PCB giugno 2013
Al via la decodifica del protocollo audio I2S
Grazie all’ultimo
aggiornamento, il
software per oscilloscopi
PicoScope 6 di Pico
Technology ora può
decodificare dati in I2S.
Lo standard I2S (Inter-
IC Sound) è un comune
formato di dati seriali
utilizzato nei dispositivi
audio come lettori CD
e convertitori digitaleanalogico.
Tutti gli utenti PicoScope
possono scaricare
gratuitamente la nuova
versione beta. Oltre
all’I2S, il software può
decodificare dati seriali
I2C, RS-232/UART, SPI,
CAN, LIN e FlexRay.
Come spiega
l’amministratore delegato,
Alan Tong, “PicoScope
si adatta alle capacità
dell’oscilloscopio del
cliente, utilizzando la
veloce memoria onboard
se si possiede un
dispositivo a memoria
profonda, oppure la
RAM del PC se si
possiede un oscilloscopio
più economico con una
memoria minore. È
possibile decodificare
tutti i protocolli
compatibili con la velocità
di campionamento
dell’ oscilloscopio del
cliente. Se il numero di
canali dell’oscilloscopio
è sufficiente, è
possibile decodificare
contemporaneamente più
canali seriali o perfino mix
di protocolli diversi”.
La decodifica seriale
PicoScope è di facile
utilizzo e visualizza i
dati decodificati sullo
stesso asse della forma
d’onda, consentendo
di confrontare domini
analogici e digitali.
Una finestra di dati al di
sotto delle forme d’onda
mostra in dettaglio i
pacchetti decodificati con
filtri, trigger di pattern
e opzioni di ricerca
per aiutarvi a gestire
grandi quantità di dati.
È possibile esportare i
dati in un file di testo e
caricare i propri file di
mappatura per convertire
i dati numerici in stringhe
di testo. Le forme
d’onda e le finestre di
dati sono interconnesse,
quindi selezionando un
pacchetto in una vista, esso
viene automaticamente
evidenziato anche
nell’altra.
Un oscilloscopio a quattro
canali come PicoScope
4424 è perfettamente
adatto alla decodifica di
I2S, mentre caratteristiche
come risoluzione a 12 bit,
accuratezza all’1%, analisi
dello spettro integrata
e facilità di trasporto
lo rendono ideale per i
tecnici del suono. Pico
Technology offre anche
oscilloscopi a risoluzione
molto elevata per analisi
audio di precisione.
L’azienda ha lanciato il
suo primo oscilloscopio a
16 bit nel 1993 e l’ultimo
modello, il PicoScope 4262
alimentato tramite USB,
offre un’accuratezza CC
dello 0,25%, una SFDR
tipica di 102 dB, una
linearità della larghezza
di banda di ±0,2 dB
nonché un generatore di
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Confindustria
rende disponibile
online, all’indirizzo
www.capitolatitecnici.
it, il nuovo software
Capitolati Tecnici,
sviluppato e
costantemente
aggiornato da ANIE
per tutte le aziende del
settore e gli operatori
del mercato quali
progettisti, installatori e
committenti.
Il progetto Capitolati
Tecnici, nato in
collaborazione con
ITACA (Istituto
per l’Innovazione
e Trasparenza
degli Appalti e
la Compatibilità
Ambientale) è stato
implementato da ANIE
con l’idea di offrire un
prodotto software.
L’applicazione consente
di predisporre un
documento elettronico
contenente tutte le
informazioni tecniche
necessarie alla
realizzazione di impianti
elettrici, domotici,
ausiliari e fotovoltaici per
uffici, edifici residenziali,
edifici scolastici,
strutture ospedaliere
e residenze sanitarie
assistenziali (RSA). Con
questo software, ANIE
ha inteso offrire agli
utenti uno strumento
versatile e prezioso
per lo sviluppo del
business, permettendo al
compilatore di creare un
capitolato personalizzato,
a misura delle proprie
esigenze.
L’interfaccia è stata
progettata per essere
intuitiva e di immediato
utilizzo, tramite una
connessione internet
e un comune browser.
Il software consente di
elaborare il capitolato
più volte, adattandolo
di volta in volta alle
proprie necessità. Una
volta completato, è
possibile salvare il
documento in formato
Word. Si tratta di
uno strumento utile
per poter realizzare
successivamente sia il
computo metrico sia il
preventivo del proprio
impianto.
Aggiornati sia dal punto
di vista tecnico sia
normativo, i Capitolati
sono indispensabili
sia al professionista
nell’esercizio della sua
attività di progettista,
sia al committente
dell’opera.
Le schede tecniche
contenute nel
software sono infatti
costantemente
rinnovate, in modo
da rispettare sempre
la normativa vigente
e quindi la regola
dell’arte. Le indicazioni
riportate nelle schede
consentono inoltre
di realizzare impianti
sicuri utilizzando
prodotti di qualità.
È infine protetta e
garantita la riservatezza
dei dati contenuti
all’interno dei progetti,
poiché il pannello di
gestione dei Capitolati
risulta accessibile
soltanto tramite
username e password
personali.
Conf industria Anie
www.conf industria.it

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18 PCB giugno 2013
▶ ANGOLO DI COPERTINA - COLLEGAMENTI AVANZATI
Connessione rapida
di circuiti stampati
Nella moderna connessione per apparecchi vi sono diverse tendenze.
Da un lato le apparecchiature devono essere il più possibile compatte,
dall’altro una quantità sempre maggiore di potenza viene veicolata
attraverso il circuito stampato. Inoltre il cablaggio dei convertitori
di frequenza e degli alimentatori deve essere il più semplice possibile
a cura di Phoenix Contact
Il risparmio di tempo e la riduzione
dei costi di installazione è un argomento
importante, quando si tratta
di realizzare impianti efficienti. Nei
sistemi di connessione industriale si
può notare una chiara tendenza verso
la connessione rapida. Oltre alla connessione
a perforazione di isolante e a
molla, la tecnica a molla Push-In sta
conquistando il mercato. Questa pratica
connessione viene utilizzata oggi
nei quadri elettrici e negli impianti,
ma anche sui circuiti stampati. Come
la connessione a vite, la connessione
a molla riscuote un grande successo e
offre numerosi vantaggi, soprattutto in
caso di applicazioni soggette a elevati
livelli di vibrazioni.
Nuova serie di morsetti da
pcb con connessione Push-In
I nuovi morsetti per circuiti stampati
a molla della serie SPT di Phoenix
Fig. 1 - I morsetti per circuiti stampati con connessione a molla Push-In rendono
il collegamento dei conduttori rapido e pratico
Contact sono dotati di un design standard
per la stessa connessione, per tutti
i formati (Fig. 1). La serie SPT di
Phoenix Contact – SPT sta per Spring
Print Terminal – riprende la tendenza
verso la connessione a molla. Quattro
formati con passo da 3,5 a 10 millimetri
e un design universale costituiscono
un concetto di dispositivo standardizzato
per tutte le classi di potenza.
I morsetti per circuiti stampati SPT
sono connessi tramite la forza della
molla Push-In. Conduttori flessibili
con capocorda o conduttori rigidi possono
essere inseriti rapidamente e senza
l’ausilio di utensili, direttamente nel
vano di connessione. Questa tecnica
rende il collegamento al circuito stampato
rapido e pratico. Anche i conduttori
flessibili senza capocorda possono
essere collegati in modo rapido e semplice.
L’utente apre il vano di connessione
inserendo il cacciavite nell’apertura
superiore. Quindi, inserisce il conduttore
flessibile ed estrae il cacciavite.
Anche in termini di geometria, le connessioni
dei moderni dispositivi sono
soggette a vari requisiti. La serie SPT
garantisce connessioni ottimali, non

solo per il cablaggio frontale,
ma anche per tutti gli altri tipi
di cablaggio. Per tutte le classi
di potenza, il morsetto per
circuiti stampati SPT consente
una connessione orizzontale
a 0° e verticale a 90° rispetto al
circuito stampato.
Siglatura o codifica
a colori
Il cablaggio di macchine,
quadri elettrici e apparecchiature
deve svolgersi rapidamente. Per
evitare errori di connessione causati
dalla fretta, i sistemi di siglatura offrono,
per ogni punto di connessione,
un valido aiuto al tecnico sul posto.
Oltre alla stampa o siglatura opzionale
mediante strisce autoadesive,
la serie SPT offre anche una codifica a
colori da polo a polo (Fig. 2). In base
al colore del conduttore da collegare,
i morsetti per circuiti stampati ven-
Fig. 2 - Grazie ad una codifica a colori dei morsetti
per circuiti stampati a molla, la procedura di inserimento
è semplificata
gono realizzati in vari colori in singoli
morsetti e assemblati in blocchi.
Utilizzando questa tecnica, è possibile
creare soluzioni per ogni applicazione,
con le quali gli errori di montaggio
sono quasi completamente esclusi.
La struttura del morsetto singolo
offre altre possibilità. I cablaggi all’interno
dell’apparecchiatura possono
essere eseguiti, in modo pratico e rapido,
con morsetti singoli. Le singo-
le connessioni vengono saldate
sul circuito stampato insieme
a tutti gli altri componenti
e i conduttori possono essere
inseriti in modo pratico e
rapido. Decadono così le soluzioni
primitive con ausili di
saldatura o prese piatte.
Affidabilità
fin dall‘inizio
Uno speciale acciaio per
molle, che riunisce diversi requisiti,
è il materiale utilizzato per la
molla di connessione SPT. Esso possiede
la necessaria durezza per alloggiare
saldamente il conduttore con
elevati valori di estrazione, ma è sufficientemente
flessibile per resistere
a numerosi cicli di azionamento.
Lo spessore e la resistenza alla trazione
del materiale, i raggi nell’angolo
di piegatura e lo stesso processo di
piegatura sono tra di loro armoniz-

20 PCB giugno 2013
zati. Già nella fase di progettazione,
Phoenix Contact esegue simulazioni
e calcoli FEM su PC (Fig. 3).
Nel corso della loro durata di servizio,
le connessioni per circuiti stampati
sono soggette a condizioni estreme.
Temperature ambiente elevate,
forti vibrazioni o frequenti variazioni
di carico sono solo alcuni dei requisiti
che le connessioni per circuiti stampati
devono soddisfare. Nel laboratorio
Phoenix Contact di Blomberg,
i connettori e i morsetti per circuiti
stampati sono sottoposti a vari test,
per verificare che siano in grado di
soddisfare i rigorosi requisiti imposti
dal mercato.
Inoltre, i prodotti della serie
SPT sono dotati delle omologazioni
internazionali UL, IEC e Kema.
Ad esempio, i morsetti per circuiti
stampati sono sottoposti a un Heat
Cycling Test secondo UL – un test
di resistenza, che simula la durata di
un collegamento elettrico con carichi
elettrici estremi. In questo test,
il morsetto è soggetto, per un periodo
di 14 giorni, a 1,5 volte la corrente
nominale per 210 minuti, a cui seguono
30 minuti di raffreddamento
e così via. Dopo la prova, la differenza
tra l’aumento di temperatura
nel punto di connessione, indotto
Fig. 3 - In fase di sviluppo dei nuovi
morsetti per circuiti stampati a molla
sono stati simulati su PC carichi estremi
della molla di connessione
dalla prima applicazione di corrente
e quello indotto dall’ultima applicazione
di corrente, non deve superare
3 gradi Kelvin. Ciò consente di ottenere
una resistività di massa stabile
per lungo tempo (Fig. 4).
Altri argomenti da analizzare sono
le vibrazioni e la protezione contro le
esplosioni. Le connessioni per circuiti
stampati sono soggette a vibrazioni
elevate, ad esempio quando un motore
viene avviato con diversi intervalli
di oscillazione e carico e in caso
di macchine rotanti. Nell’ambito delle
prove di omologazione, i morsetti
per circuiti stampati sono quindi sottoposti
per molte ore a una prova di
Fig. 4 - Nel Heat Cycling Test secondo UL 1059 – qui solo un estratto – la durata del morsetto
per circuiti stampati viene simulata in condizioni di carico estreme
resistenza alle vibrazioni con alte frequenze
e a livelli di accelerazione di 5
g in tutti e tre gli assi.
I morsetti per circuiti stampati SPT
hanno superato anche questo test.
Gli impianti in aree soggette al rischio
di esplosione richiedono speciali
misure di sicurezza: requisiti rigorosi
in termini di distanze in aria e superficiali,
surriscaldamento, resistenza
all’invecchiamento e potere di isolamento
del materiale isolante. Le versioni
Ex della serie SPT 2,5 soddisfano
tutti questi requisiti.
Sia che l’utente voglia trasferire segnali,
dati o potenza, i morsetti per
circuiti stampati a molla della serie
SPT rendono rapida e pratica la connessione
dei conduttori. Le connessioni
non solo sono conformi alle normative
internazionali, ma soddisfano
la richiesta del mercato di un design
standard per tutte le classi di potenza.
Tutti i vantaggi
a colpo d’occhio
I nuovi morsetti per circuiti stampati
della serie SPT di Phoenix
Contact con connessione Push-In offrono
ai produttori di apparecchiature
numerosi vantaggi:
- Connessione a molla senza utensili
- Design standard per tutte le classi
di potenza
- Sezioni di connessione da 0,2
mm² a 16 mm²
- Codifica a colori della custodia
- Omologazioni internazionali:
IEC, UL, CUL, CCA, CB, SEV,
IEC-Ex, Kema-Ex
- Morsetti singoli per un cablaggio
pratico dall’interno delle apparecchiature
- Connessione cavi con inserzione
orizzontale e verticale
Phoenix Contact
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22 PCB giugno 2013
▶ ATTUALITÀ - PROVINCE E INNOVAZIONE
Vincere la sfida
con l’innovazione
La tradizione industriale della provincia di Como
offre opportunità interessanti a chi considera le
attività di ricerca come priorità essenziale della
propria azienda
di Giuseppe Goglio
Dove un’economia locale
cresce e prospera per anni
intorno a un settore industriale,
i benefici sono alla portata
di molti, sia dei grossi impianti produttivi
sia di tante attività piccole e
medie legate all’indotto. Nel tempo,
questo legame rischia di rivelarsi
anche un pericolo per il futuro
dell’azienda, con il proprio destino
legato inevitabilmente alle strategie
del partner.
Esempio pratico di una tale situazione
si trova in provincia di
Como, dove per anni l’evoluzione
dell’industria tessile ha favorito
la crescita di realtà anche in altri
settori.
Tra questi un ruolo, piccolo per dimensione
rispetto ad altre zone, ma
significativo per qualità e competenze,
ha saputo ritagliarselo anche il
mondo dell’elettronica. Lo sviluppo
dei sistemi di automazione e di apparecchiature
a supporto delle attività
produttive ha infatti stimolato la formazione
di una nicchia capace di individuare
specializzazioni nelle quali
rivelarsi eccellenze.
Una parte di queste si è trovata
inevitabilmente a dover fare i conti
con i cambiamenti dettati dai nuovi
scenari dell’economia. Non manca
tuttavia chi ha saputo mettere a frutto
anni di esperienza per sperimentare
nuove strade.
Una ricerca costante di nuove sfide
permette infatti di restare competitivi
anche quando intorno a sé il panorama
si rivela tutt’altro che incoraggiante.

Piccole grandi realtà
Bulgarograsso, un piccolo paese in
provincia di Como, nasconde una dimostrazione
di quanto tutto questo
sia possibile, puntando sulle proprie
forze senza mai trascurare di lavorare
sui punti deboli e senza oltretutto
mai stancarsi di mantenere una visuale
attenta a quanto accade intorno
a sé.
“Operiamo nel campo dell’elettronica
da sempre, ormai sono
esattamente vent’anni”, racconta
Alessandro Ratti, socio e presidente
di RSR. “Siamo specializzati nella
progettazione di sistemi elettronici
fino alla campionatura o piccole
produzioni comunque al di sotto
dei cinquanta-cento pezzi”.
Progettazione, prototipazione e
realizzazione del software abbinato
ai sottosistemi elettronici sono stati
individuati da subito come fattori sui
quali poter convogliare competenze e
abilità acquisite nel tempo, scartando
a priori la tentazione di puntare
a ordini numericamente più consistenti
ma inevitabilmente legati alla
concorrenza sul prezzo. Fondamenta
stabili, sulle quali costruire una realtà
capace di adattarsi all’evoluzione del
mercato. “La prima attività riguardava
le bilance elettroniche, un settore
dove all’inizio si era in pochi”, prosegue
Ratti. “In Italia era un settore
importante, poi negli ultimi anni si è
registrato un calo, tanti hanno dovuto
chiudere e noi abbiamo cercato alternative”.
Un destino comune a tante aziende
in una provincia dove il trasferimento
delle grandi industrie ha lasciato
segni ancora evidenti sul territorio.
Secondo i dati Infocamere elaborati
dalla Camera di Commercio
Industria e Artigianato di Como infatti,
nel 2012 alla voce Fabbricazione
di componenti elettronici e schede
elettroniche risultano registrate 15
aziende, una cifra molto bassa per il
volume storico dell’economia locale.
A parziale consolazione, è utile rimarcare
come rispetto all’anno precedente,
emerga un aumento di due
unità.
Cifre ancora più contenute per
quanto riguarda l’ambito più specifico
della Fabbricazione di componenti
elettronici, con 8 aziende attive,
rimaste invariate negli ultimi due
anni.
RSR nasce nel 1993 dalla esperienza pluriennale dei suoi fondatori nel campo
dell’elettronica analogica e digitale. Il titolare Alessandro Ratti è il terzo da sinistra
Tra progettazione
e specializzazione
Dati di fronte a cui emerge l’importanza
di sapersi adattare ai mutamenti
di scenario senza snaturare le
proprie potenzialità. “Abbiamo individuato
alternative promettenti legate
al settore auto”, riprende Ratti,
“mettendo a punto sistemi per la revisione
degli autoveicoli. In Italia
siamo non più di una decina in grado
di progettare questo tipo di attrezzature”.
Come nel caso delle bilance,
affrontare la nuova sfida nella manutenzione
degli autoveicoli, sfruttando
la spinta dell’obbligatorietà delle
procedure per la revisione periodica,
ha permesso di mettere a frutto
l’esperienza e insistere nell’attività
di sviluppo, un impegno faticoso i
cui risultati però sono quasi garantiti.
“Cerchiamo sempre di arrivare a progettare
qualcosa che non sia semplice
evoluzione, ma sia effettivamente innovativo.
Per esempio, dove nel campo
delle misurazioni una volta si usavano
i sistemi a bolla di liquido, ora
la norma sono dispositivi MEMS, e
noi siamo stati tra i primi a metterli
a punto”.
I risultati in questo caso non tardano
ad arrivare. Proprio da questi
successi è però importante cogliere
la motivazione per proseguire.
Consapevoli di quanto possa rivelarsi
pericoloso cedere alla tentazione
di godersi un traguardo. “Non ci
si può fermare un momento, bisogna
sempre studiare e aggiornarsi. È faticoso,
ma è anche quello che ci ha
salvato dall’abbattimento dei costi.
Bisogna mantenere un rapporto costante
con il cliente, per sapere esattamente
ciò di cui ha bisogno e ottenere
indicazioni utili su dove orientare
la nostra ricerca. In questo caso,
parlare la stessa lingua è fondamentale
e in questo senso il territorio
presenta ancora buone opportunità”.
PCB giugno 2013
23

24 PCB giugno 2013
Un territorio a bassa
vocazione elettronica
Per avere un’idea di quanto queste
difficoltà siano reali, è sufficiente considerare
lo stato di salute del settore
più generico nel campo dell’elettronica.
La Fabbricazione di altri componenti
elettronici in provincia di Como
conta infatti 26 aziende, una cifra decisamente
limitata nel contesto di
un’economia tra le più forti in Italia.
Un settore, inoltre, in sofferenza, dove
si contano tre imprese in meno rispetto
al 2011.
“Devo precisare come spesso la nostra
sia un’attività anticiclica, perché
quando gli affari vanno bene, di solito
si tende a investire meno sulla progettazione”,
spiega Ratti. “La nostra strategia
sembra pagare, al punto che stiamo
cercando nuove figure e anche per
il 2013 mi sento ottimista”.
Alcuni spunti
per essere ottimisti
La capacità di ascoltare un cliente
a tradurre quindi in pratica le relative
esigenze, permette a RSR di pensare
soprattutto a mantenere elevato
il proprio profilo in fatto di competenze
e capacità di sviluppare nuovi
sistemi.
Aiutare il cliente a soddisfare una
propria necessità offre all’azienda la
possibilità di estendere le competenze
e a sua volta di proporre ulteriori
sviluppi e messe a punto. Un circolo
virtuoso i cui risultati si fanno
apprezzare.
“Credo che l’elettronica sia un
settore con ancora ampie possibilità
di sviluppo e intendiamo individuarle.
Gli spunti non mancano, come
per esempio portare la tecnologia
di prodotti quali cellulari anche
su prodotti industriali, pensando
anche a una maggiore integrazione
tra hardware e software. Parliamo
però di idee in un contesto decisamente
complicato, dove c’è parecchio
da lavorare”.
Osservando con attenzione una realtà
dove l’elettronica è diventata un
elemento ormai usuale nella vita quotidiana
di molte persone, gli spunti
non mancano.
La capacità di fare la differenza,
consiste nell’abilità nel saperli cogliere
e tradurli in soluzioni concrete alla
portata di tutti.
“In tanti ambienti di uso comune,
spesso le difficoltà di utilizzo dell’elettronica
sono ancora da superare”, conclude
Alessandro Ratti. “Penso quindi
ad ambienti di sviluppo più amichevoli,
interfacce grafiche più immediate
e più uniformi, capaci anche di favorire
la diffusione”.

26 PCB giugno 2013
▶ ATTUALITÀ - EVENTI
L’ESD parla toscano
In un borgo toscano, fra filari di Chianti e un tempo capriccioso,
si è svolto a due passi da Arezzo l’evento congressuale annuale
promosso da ESD Forum Italia. Un momento ormai consueto,
ma non per questo meno importante, per chi si occupi di problemi ESD
o che ne sia da questi indirettamente toccato
di Riccardo Busetto
Il numero cinque e i suoi multipli
sono ricorsi in modo quasi
ossessivo all’apertura della giornata
di convegno indetto quest’anno
dall’ESD Forum Italia nel Borgo di
Fontebussi, a due passi da Montevarchi.
Il 15 di maggio, presso un incantevole
borgo rurale toscano immerso
nella campagna aretina, si è svolta
infatti la XV edizione del forum
organizzata con il supporto di Power
One, azienda con sede a Terranuova
Bracciolini, a due passi dalla sede del
convegno. Un evento quest’anno molto
“italiano”, in cui l’internazionalità e
la globalizzazione sono state messe
leggermente in ombra da una forte
presenza di attori che operano sul territorio
nazionale.
Si è parlato di tante cose al
Borgo di Fontebussi, come da tradizione
del convegno; un convegno
organizzato come sempre da
Giuseppe Angelo Reina, segretario
CT CEI 101 (che quest’anno, guarda
caso, festeggia i 25 anni di presenza
nel settore), coadiuvato da
Giuseppe Vittori del CEI, dal prof.
Gianfranco Coletti dell’Università
di Genova e da tutto lo staff del comitato
del Team Nazionale ESD. E
il numero di partecipanti - superiore
al centinaio - ha dimostrato quanto
l’interesse per l’argomento sia comunque
vivo e, per il futuro, con importanti
capacità di sviluppo.

Affi dabilità su tutta
la linea
Si è parlato principalmente di affi
dabilità in occasione del forum,
argomento d’importanza centrale
a livello di produzione industriale.
Argomento sempre trattato in modo
“laterale” in occasione dei convegni
che si occupano di problematiche
ESD, quest’anno l’affi dabilità
è stata invece aff rontata in modo
diretto e da diverse prospettive:
dalle considerazioni tecniche generali
dell’intervento di Giuseppe
Angelo Reina (La gestione di eventi
ESD), elaborato in collaborazione
con Luca Gnisci di EL.BO Service,
alle aperture verso scenari futuristi-
ci, ma non per questo meno reali,
come le previsioni teorico/pratiche
dell’intervento del Prof. Gianfranco
Coletti dell’Università di Genova
(Alcune tendenze delle nanotecnologie,
per evidenziare particolari effetti
elettrostatici) fi no all’elaborazione
delle più recenti basi normative relative
all’argomento elaborate dalla
Quarta guida CEI per l’elettrostatica,
che stanno a fondamento del concetto
di affi dabilità dei processi produttivi
in presenza di eventi ESD;
come sempre Giuseppe Vittori,
senz’altro il maggiore esperto a livello
nazionale di problematiche di
questo tipo, ha illustrato un argomento
che, sebbene ostico nelle sue
elaborazioni, è sempre fondamentale
per chi opera nel settore.
In sicurezza e con i piedi
per terra
Parte centrale da qualche anno
dei convegni indetti dall’ESD
Forum Italia è la sezione dedicata ai
pavimenti e alle procedure per l’approntamento
di aree EPA.
Si tratta di un argomento di estrema
importanza, soprattutto per le
sue ricadute sull’affi dabilità della
produzione industriale, là dove la
miniaturizzazione e la tendenza agli
zero difetti si fa sentire nel modo
più sensibile.
Mapei, Forbo e Nora, aziende
dalle grandi competenze in materia
di pavimentazioni speciali, spesso
in sovrapposizione naturale fra
loro per temi trattati e argomenti
approfonditi, hanno quest’anno offerto
un panorama variegato degli
elementi che concorrono alla corretta
predisposizione di superfici
antistatiche, offrendo prospettive
d’analisi complementari e alternative.
Si è parlato infatti della concettualizzazione
di “sistemi di pavimentazioni
anti esd”, tema questo trattato
da Alessandro Bonafede di Nora
(ESD Protection & Cleanrooms : Il sistema
di pavimentazioni), così come
delle problematiche più specifi
che relative alla “Qualifi cazione
del sistema persona/scarpa/pavimento
nella protezione ESD” aff rontato
da Domenico Carotenuto di Forbo.
Temi questi particolari, che hanno
trovato un loro completamento a livello
specialistico nell’intervento di
Paola Di Silvestro di Mapei (Sistemi
a bassissime emissioni di sostanze organiche
volatili per la progettazione e realizzazione
di pavimentazioni ESD).
L’argomento già discusso nel passato,
per l’occasione è stato presentato
aggiornato e approfondito proprio in
relazione alle problematiche sull’affi -
dabilità.
PCB giugno 2013
27

Livelli crescenti
d’attenzione
28 PCB giugno 2013
La partecipazione alla XV edizione del forum ESD è stata come sempre molto
intensa, con specialisti del settore provenienti da tutto il territorio nazionale
A livello di lavorazione e di produzione
la sensibilità verso problematiche
ESD è da tempo sempre
più accentuata. L’utilizzo di materiali
e componenti di nuova concezione,
le dimensioni sempre più ridotte
a cui le macchine di assemblaggio
e lavorazione devono operare,
la qualità sempre più alta e i livelli
di difettosità sempre più ridotti
imposti dal mercato implicano una
forte attenzione per casi subdoli e di
difficile individuazione come quelli
generati dai fenomeni ESD.
Un corretta pianificazione di controllo
dei fenomeni elettrostatici a
tutti i livelli aziendali di produzione
è senz’altro il primo passo da compiere
per ovviare a queste richieste.
Di ciò se ne è occupato in particolare
Roberto Teppa di Magna
Electronics, multinazionale che
opera nel settore automotive, mentre
Michele Mattei di i-tronik, con
la presentazione di una serie di soluzioni
Den-On per il rework progettate
con particolare attenzione
per le problematiche ESD (si veda
l’articolo pubblicato a p. 60 di PCB
Magazine di maggio), ha sottolineato
quanto sia stretto il legame fra
strumenti produttivi e adeguamento
dei siti alle normative di prevenzione
dei fenomeni elettrostatici.
Scendendo a livello di componenti
il tema è stato ripreso dall’intervento
di Andrea Banfi di Philips-
Lumiled che, con il supporto di
Luigi Mancini di Yamaha, ha trattato
delle tematiche ESD calate
nella realtà di produzione dei LED
(ESD Models & Protection Level For
LUXEON Product).
Prevenzione
e sicurezza
L’affidabilità va di pari passo con
la sicurezza e questo è un elemento
che è stato valutato con attenzione
nel corso della giornata dedicata
all’ESD.
Sicurezza passiva contro fenomeni
che possono non solo essere causa
di danni per componenti e assemblati,
ma anche fonte di pericoli reali
per l’incolumità del personale che
si trovi ad operare in certi ambienti
produttivi. Non è forse il caso degli
impianti di produzione elettronica,
ma in altri settori (alimentare, chimico,
ecc.) le scariche ESD possono
essere motivo di fenomeni esplosivi
devastanti, così come è stato trattato
da Alessandro Panico, esperto
di problematiche ATEX (Sorgenti
di innesco elettrostatiche generate in
un sistema di aspirazione e filtrazione
antideflagrante pneumatico certificato
ATEX e garantito EX MAT –
Metodo di analisi e ricerca).
Problemi meno evidenti, ma altrettanto
importanti per un’adeguata
prevenzione di contrasto nei confronti
di fenomeni ESD sono stati
infine trattati da Lucio Crippa
(Dal packaging tradizionale al packaging
ESD), che ha affrontato un tema
tecnologicamente “povero”, ma
altrettanto importante come quello
del cartone da imballo trattato con
sistemi antistatici.
La giornata si è conclusa con una
visita guidata all’impianto produttivo
di PowerOne, a due passi dalla
sede del convegno, importante realtà
produttiva dell’area a cui abbiamo
dedicato un articolo a p. 74.
Un’edizione importante del
Forum ESD, dunque, quella che si
è appena conclusa nella campagna
toscana; non solo per l’anniversario
festeggiato, ma soprattutto per il
livello dei contenuti e per i riscontri
positivi ottenuti dai partecipanti,
tutti operatori e specialisti del settore;
un convegno che è ormai un
punto di riferimento obbligato per
il mondo dell’elettronica italiana.
La prossima edizione e il luogo
del XVI forum ESD non sono ancora
stati programmati. I lettori verranno
informati con sollecitudine quando
si avranno informazioni più precise
al riguardo. Gli atti del covegno
sono previsti come pubblicazione
sotto forma di articoli nelle pagine
di PCB Magazine a partire da questo
numero.

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30 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
Il fenomeno ESD
È sempre attuale e in continuo affi namento
l’attenzione nei confronti dei problemi ESD
e delle soluzioni che questi fenomeni
quasi impalpabili richiedono. Fenomeni che
nascono a livello atomico, fi niscono per
generare problemi macroscopici immediati o,
peggio ancora, effetti latenti
di Dario Gozzi
Il fenomeno dell’accumulo delle
cariche elettrostatiche si verifi ca
in ogni occasione in cui materiali
isolanti vengono in contatto o si
separano, provocando uno scambio
di elettroni attraverso la superfi cie.
Certi materiali hanno maggiore inclinazione
ad accumulare cariche che
non altri, tra questi alcuni sono più
portati a rilasciare elettroni e quindi a
caricarsi positivamente, altri ad accumulare
elettroni e quindi a caricarsi
negativamente.
Questo fenomeno è comunque legato
a un movimento relativo e al
contatto tra due oggetti con caratteristiche
isolanti.
L’accumulo di cariche elettrostatiche
può avvenire anche per induzione.
L’accumulo di cariche elettrostatiche
avviene più facilmente negli ambienti
a basso tasso di umidità, ma in
generale dovunque non sia assicurata
una buona messa a terra di impianti
e strutture, come nel caso dei banchi
di lavoro.
Le cariche elettrostatiche sono invisibili
e silenziose, questo porta tanti
operatori a sottovalutarne la portata.
La prima precauzione è quindi l’assunzione
di responsabilità nel prendere
la decisione di eseguire un’attenta
valutazione del rischio elettrostatico
all’interno del proprio processo o delle
aree operative nel caso di un laboratorio.
Durante la valutazione vanno
presi in esame tanto i sistemi coinvolti
quanto il tipo e la natura dei mate-
riali utilizzati, così come le condizioni
ambientali.
Saper valutare in ogni situazione la
causa e l’entità dei potenziali problemi
è molto importante al fi ne di poter
optare perla giusta misura di prevenzione
prima e di protezione poi, per
minimizzare l’entità del rischio.
L’eliminazione totale delle cariche
elettrostatiche è praticamente impossibile,
ma è percorribile il poterle portarle
a un livello così basso da renderle
inoff ensive.
Nel corso degli anni, con l’aumento
del livello di formazione, gli addetti
del settore elettronico sono via via diventati
sempre più critici.
Inizialmente le applicazioni più
sensibili erano quelle militari e aerospaziali,
successivamente con l’espandersi
della presenza elettronica in
quasi tutte le aree industriali, i problemi
di affi dabilità hanno indotto
una sempre più attenta rifl essione
sugli eff etti negativi che il fenomeno
ESD comporta. Questo ha stimolato
la richiesta di particolari precauzioni
in tutte le fasi produttive, a
partire dalla progettazione dei circuiti,
passando dai processi per terminare
all’handling e al packaging.
La progressiva miniaturizzazione
dei circuiti integrati implica un parallelo
affi namento delle prestazioni,
ma anche delle caratteristiche fi -
siche, questo li espone maggiormente
all’azione negativa di eventuali cariche
elettrostatiche. Un danneggiamento
che può essere sia istantaneo
o peggio ancora manifestarsi nel tempo
col decadimento delle prestazioni.
I recenti circuiti sono sensibili di danneggiamento
già a potenziali di qualche
centinaio di volt; un valore di tensione
che l’uomo coi propri sensi non

In figura è riportato un esempio di come potrebbe essere allestita e configurata un’area EPA
è in grado di apprezzare e che di conseguenza
tende a ignorare.
La percezione umana di un evento
ESD si può manifestare solo attraverso
i sensi con la soglia di 3000 V col
tatto e sopra i 10.000 V con la vista.
Questo vuol dire che quando tocchiamo
un oggetto o una persona e
sentiamo quel leggero pizzicare, ci
troviamo ad avere una differenza di
potenziale di almeno 3000 V.
Quando togliamo un indumento
e sentiamo come uno sfrigolio, ci sono
in gioco potenziali pari o superiori
a 5000 V. Nelle giornate primaverili
e ventose, quando toccando l’auto
ritraiamo la mano colpita da una
scarica che vediamo e sentiamo, siamo
stati colpiti da una scarica superiore
ai 10.000 V; per l’esiguità della
corrente in gioco a noi procura solo
fastidio, ma se dovesse verificarsi su
circuiti in cui le dimensioni delle sue
componenti si misurano in micron,
potrebbe essere fatale.
Effetto triboelettrico
Il fenomeno o effetto triboelettrico
consiste nel trasferimento per strofinio
di cariche elettriche tra materiali
diversi di cui almeno uno è isolante, si
viene quindi a generare una tensione.
Il termine deriva dal greco tribos, che
significa appunto strofinio.
I vari materiali potenzialmente
coinvolti nel fenomeno non si comportano
tutti allo stesso modo, ma reagiscono
acquisendo polarità e intensità
di carica diverse. Si va dal materiale
che tende a cedere elettroni caricandosi
positivamente a quelli che
all’opposto tendono ad accettare elettroni
caricandosi negativamente.
La polarità e l’intensità della carica
generata dipendono, oltre che dai
materiali, anche da altri fattori come
la finitura superficiale, la pressione di
contatto, l’intensità dello sfregamento
e la rapidità con cui si allontanano
le superfici messe a contatto, le condi-
zioni ambientali come l’umidità relativa.
La formazione delle cariche elettrostatiche
non richiede necessariamente
lo strofinio in quanto il trasferimento
di elettroni da un materiale
all’altro si può manifestare anche mediante
il semplice contatto.
Il mettere a contatto due superfici
determina il fenomeno dell’adesione
dove si formano dei legami
chimici nei punti in cui la distanza
tra gli atomi dei due diversi materiali
è dell’ordine di pochi angstrom
(0,1 nm o 1×10−10 m); questo avviene
ovviamente solo su una piccola
percentuale delle superfici a contatto.
Essendo diversi i materiali, diverse
sono le energie con cui gli elettroni
delle orbite esterne sono legati
ai rispettivi atomi. L’interazione a livello
atomico che può venirsi a creare
favorisce il passaggio di elettroni dagli
atomi del materiale in cui l’energia
del legame è più debole a quello
in cui è più forte.
PCB giugno 2013
31

32 PCB giugno 2013
Un esempio di danno causato da una scarica elettrostatica a livello circuitale
Lo strofinio non fa altro che aumentare
i punti di contatto tra le superfici
e quindi accentua il fenomeno
triboelettrico.
I materiali che acquisiscono elettroni
si caricano negativamente, mentre
quelli che cedono elettroni si caricano
positivamente.
Nei materiali conduttori la carica
acquisita si distribuisce uniformemente,
negli isolanti rimane localizzata
nei punti in cui è avvenuto lo
scambio generando un forte campo
elettrico. Nel momento del distacco si
possono manifestare fenomeni locali
di scarica elettrica, con parziale ritorno
degli elettroni scambiati al materiale
originario.
Dal micro evento al macro
problema
Si immagini di camminare, in una
giornata con basso tasso di umidità, su
un tappeto sintetico indossando scarpe
con suola in gomma. Toccando poi
un oggetto metallico come potrebbero
essere gli infissi di una finestra, si è
soggetti a una piccola scarica elettrica.
Per quanto detto sopra, il contatto
tra suola e tappeto crea un trasferimento
di elettroni, essendo materiali
isolanti le cariche rimangono localiz-
zate. Supponiamo che il primo si carichi
positivamente e le scarpe negativamente.
A questo punto si innesca
un’induzione elettrostatica tra le scarpe
e il corpo umano che è un conduttore
naturale. I piedi si caricano positivamente
inducendo una carica negativa
all’altro estremo, mani comprese.
Avvicinando la mano all’infisso
metallico parte la scarica. Il fenomeno,
della durata di qualche microsecondo,
lo avvertiamo solo se la tensione
accumulata è superiore ai 3000 V e
lo vediamo se è superiore ai 10.000 V.
Fenomeni di questo genere, sebbene
non avvertiti da una persona per-
ché al di sotto della soglia di sensibilità
umana, possono comunque danneggiare
i dispositivi elettronici.
In particolare i circuiti integrati
presenti in ogni dispositivo elettronico
sono molto esposti all’azione delle
cariche elettrostatiche, con un ampio
intervallo di malfunzionamento
che può andare dal danno catastrofico
immediato (con rottura del circuito
interno al componente) a danni
latenti (e non meno pericolosi) che
causeranno sicuramente un problema
anche se solo rimandato nel tempo.
Anche i dispositivi già operativi e
per molti versi protetti come ad esempio
i computer possono essere esposti,
in quanto la scarica potrebbe essere
riconosciuta come un segnale (ad
esempio di reset) e far perdere i dati
in memoria.
Attenzione va posta anche durante
il ciclo di processo in quanto l’elettricità
statica attrae piccole particelle
di materiali presenti nell’ambiente (ad
esempio la polvere), che potrebbero
costituire a vario titolo un inquinante.
Resistenza e materiali
L’accumulo di cariche elettrostatiche
è solo l’origine del problema.
Il problema in quanto tale è dovuto
A due diversi ingrandimenti è riportato il danno ESD su un integrato

al passaggio di corrente che trovando
una via di fuga verso terra tende
a ripristinare quell’equilibrio alterato
dall’effetto triboelettrico. Da questo
il motivo per cui assume rilevanza il
suddividere i materiali in base al loro
valore di resistenza superficiale.
I materiali molto conduttivi, con resistenza
superficiale massima di 1 KΩ,
hanno un tempo di dissipazione delle
cariche molto breve, capace di causare
danni se messi a contatto tra potenziale
di accumulo da una parte e dispositivo
da proteggere dall’altra.
I materiali conduttivi con valori di
resistenza superficiale compresi tra 10
KΩ e 100 KΩ mantengono un grado
di dissipazione piuttosto veloce,
ma ancora nei limiti dalla normativa
(CEI EN61340-5-1).
I materiali più adatti da utilizzare
per attivare la protezione nei confronti
dei fenomeni ESD hanno una resistenza
superficiale compresa tra 106 Ω
e 1012 Ω e vanno sotto il nome di statico
dissipativi.
Questo non significa un loro uso
generalizzato perché la normativa
prescrive, in funzione degli utilizzi e
delle applicazioni, valori ben definiti.
Quando il valore di resistenza superficiale
super il valore di 1012 Ω, si
è in presenza di materiali isolanti, che
si caricano facilmente e senza precisi
accorgimenti di protezione attiva non
si scaricano.
Quando una carica è generata, la
sua distribuzione dipende dalla resistività
superficiale del materiale
(la resistività elettrica è l’attitudine
di un materiale a opporre resistenza
al passaggio delle cariche elettriche).
Nei materiali conduttivi e dissipativi
la distribuzione è omogenea,
mentre non lo è negli isolanti dove si
può assistere anche ad addensamenti
di cariche.
Protezione passiva,
protezione attiva
Essendo evidente la facilità e la frequenza
con cui possono essere generate
le cariche elettrostatiche , diventa
fondamentale creare le condizioni
ideali per la gestione e la movimentazione
di componenti e dispositivi (pcb
inclusi) sensibili e vulnerabili alle cariche
elettrostatiche. La copertura dai
fenomeni ESD si ottiene applicando
due concetti di base:
- Operare in aree protette (EPA);
- Adottare imballi adeguati per la
movimentazione delle parti ESD
sensitive.
Per inciso un’area protetta non è
necessariamente l’intero reparto, ma
potrebbe essere anche una semplice
postazione di lavoro. E’ una zona
completamente libera da campi
elettrostatici dove il livello di sicurezza
è garantito dal collegamento a
terra di tutti i materiali statico/dissipativi
e dell’operatore.
I materiali conduttivi dissipano velocemente
le cariche elettriche verso
terra e di conseguenza è sconsigliato
metterli a diretto contatto con
i dispositivi da proteggere, soprattutto
nel caso di pcb che contengano componenti
alimentati.
La protezione effettuata mediante
l’impiego di accorgimenti in grado
di dissipare verso terra le cariche
elettrostatiche è definita protezione
passiva.
Il fenomeno può essere gestito
anche attraverso sistemi di protezione
attiva e più in particolare con
l’impiego di apparecchiature ionizzanti
che hanno il compito di prevenire
la formazione delle cariche e
nel caso di neutralizzarle.
L’apparecchio emette alternativamente
ioni positivi e ioni negativi
creati per mezzo di elettrodi e
dispersi nell’ambiente di lavoro per
mezzo di ventole. La frequenza con
cui sono generate le due ondate è tale
da non far interferire ioni positivi
con quelli negativi, ma di dargli
modo di raggiungere le superfici
su cui neutralizzare le cariche eventualmente
presenti.
Sebbene i materiali isolanti siano
ufficialmente banditi da un’area
EPA, in alcuni casi è giocoforza il
poterli introdurre e di conseguenza
diventa essenziale cautelarsi.
Per questa ragione è sempre suggerito
di attivare entrambi i sistemi
di protezione, sia quello passivo
che quello attico, per avere la garanzia
della più ampia copertura
possibile.
PCB giugno 2013
33

34 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
Elettrostatica
e nanotecnologie
Mondo complesso quello dei polimeri,
soprattutto se considerati a dimensioni
nanometriche. Ecco una visione generale di
quei materiali che segneranno lo sviluppo
tecnologico del nostro futuro. Materiali che
- a livello di effetti elettrostatici - non sono
ancora stati studiati con particolare attenzione
di Gianfranco Coletti, Università di Genova
Per analizzare le ragioni di
recenti successi nell’incremento
delle prestazioni di
alcuni polimeri nano-compositi,
possiamo ricorrere a due “case studies”:
quello del nailon nano-strutturato
e quello del polipropilene
nano-strutturato. Il presente studio
offre alcune le linee di ragionamento
da collocare in un quadro
generale e può essere agganciato
a un recente compendio Europeo
sulle nanotecnologie (12 ottobre
2012).
Questo esercizio offrirà uno sfondo
sul quale porre in rilievo le aree
in cui l’elettrostatica e i suoi effetti
potrebbero assumere un’importanza
notevole nel panorama delle nanotecnologie.
I polimeri ridotti ai minimi
termini
Come è possibile modificare un polimero
termoplastico in modo che abbia
prestazioni molto maggiori? In
primo luogo bisogna capire a quali
prestazioni ci si riferisce; per esempio
è possibile pensare al carico di rottura
(se si usasse il polimero per la fune
di ascensore, quanti quintali porterebbe
prima di rompersi?), oppure è
possibile immaginare l’energia che assorbe
una sezione nel rompersi (se lo
stesso polimero venisse utilizzato nel
paraurti di un auto, quanta energia assorbirebbe
in caso di urto?)
Per rispondere a queste domande
bisogna sapere com’è fatto “dentro”
un polimero termoplastico. Il polimero
non è altro che una robusta catena
di meri (anelli) composta da atomi
collegati da legami forti e ripiegata
più volte su se stessa e “legata” alle
catene vicine. Le catene sono disposte
fianco a fianco e sono “incollate”

Fig. 1 - Cristallo
di Montmorillonite
fra loro per mezzo di legami deboli.
La domanda automatica è: meccanicamente
il polimero “tiene” tramite la
sua catena di legami forti? La risposta
è NO. Varie prove hanno dimostrato
che esso tiene tramite i legami
che stanno a fianco delle catene stesse.
Si tratta di numerosissimi legami
deboli che si sommano; quindi l’effetto
complessivo è elevato.
Dunque, per influire sul carico di
rottura (oppure sull’energia di rottura)
è possibile “agire” sulla numerosità
dei legami “deboli”, oppure renderli
più intensi. Poiché questi sono già “impacchettati”
è difficile renderli più numerosi,
mantenendo lo spazio inalterato.
Sfruttando invece la differenza fra
legami di superficie e legami di volume
è possibile rendere i legami “deboli”
un po’ più intensi. Infatti, se si hanno
a disposizione due materiali con densità
diversa, si forma sempre un “legame
di superficie”: un esempio di questo
tipo è ad esempio la tensione superficiale,
quella che - su scale micrometriche
- aiuta gli insetti o le briciole a stare
a galla sulla superficie di un bicchiere
d’acqua. Là dove invece la densità
di materia è costante (come l’acqua al
di sotto della superficie), l’effetto è opposto;
l’insetto o la briciola cadrebbero
verso il fondo del bicchiere. A scale
nanometriche questo effetto è piuttosto
forte: se si riuscisse a introdurre un
“mezzo sfogliabile” (si vedano Fig. 1 e
Fig. 2), fatto di tante foglie spesse sol-
tanto frazioni di nanometro (2-3 nm),
che collegano strati di catene polimeriche
con uguali strati di catene polimeriche
(come in un sandwich); allora
i legami posti in serie diventerebbero
tutti o legami forti o legami “di superficie”,
cioè dotati – come si è detto –
di maggior forza di legame. Si noti che
lo spazio fra due strati deve essere reso
compatibile (ved. Fig. 3) tramite una
sostituzione di ioni inorganici con appositi
ioni organici: si tratta di un’ope-
Fig. 2 - Esempio di fillosilicato (argilla)
Fig. 3 - Compatibilizzazione
argilla/polimero
razione relativamente delicata, semplice
in teoria, ma assai complessa nella
realtà industriale.
La teoria dice questo, la pratica a
volte conferma, ma a volte non conferma.
Dunque, l’effetto “di rinforzo
meccanico” delle nano-tecnologie è
vero o non è vero?
È possibile dire che sia vero solo
sotto certe condizioni: devono cioè
formarsi ed essere efficaci gli “effetti
di superficie”. Per esempio, molto dipende
dalla possibilità che le catene
polimeriche (Fig. 4) possano essere
attratte all’interno dello spazio compreso
fra due sfoglie (effetto di superficie):
occorre dunque trattare opportunamente
quello spazio, altrimenti le
catene polimeriche NON entreranno
nello spazio fra due sfoglie.
Poi occorre evitare che i “sandwich”
si agglomerino, altrimenti la presenza
di legami di superficie diventa NONefficace:
si formeranno così agglomerati
da 1 micron o più di diametro, la
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36 PCB giugno 2013
Fig. 4 - Esempi di collocazione di strati e di catene polimeriche
cui dinamica è dominata da effetti di
volume, non da effetti di superficie;
mentre NON ci sarà un aumento delle
forze “deboli”.
Anche per questo compito, cioè
evitare l’agglomerazione, occorre introdurre
opportune contromisure. Se
ad esempio si riescono a ottenere entrambi
gli effetti, si è a buon punto.
È necessario poi ricordare che il
polimero nano-strutturato deve essere
“lavorato”, cioè reso plastico (tra-
mite azioni meccaniche e temperatura),
per esempio tramite estrusione
a caldo, oppure mediante fusione
in stampo (Fig. 6 e Fig. 7). Anche in
questo caso occorre trovare delle soluzioni
(forme, profilo di temperatura
e velocità di avanzamento) empiriche.
Ovviamente occorre partire da un
polimero “interessante”, a basso costo
e con applicazioni potenziali o sicure
(per gli investimenti economici).
L’impiego di nailon e di argilla (ad
Fig. 5 - Esempi di correlazione tra energia di frattura e percentuale di argilla
in polipropilene nano-strutturato
esempio sepiolite, oppure montmorillonite)
porta a buoni risultati: si veda
ad esempio il caso del sotto-cofano
della Maserati illustrato in Fig. 6.
Un altro caso, recentissimo, ha visto
l’impiego di polipropilene e di montmorillonite:
qui la non aggregazione
veniva ottenuta senza aggiunte di additivi,
lavorando su polimero stesso. Si
tratta di questo caso di produzione di
paraurti di automobili e di altri componenti
per auto.
Riscontri europei
È evidente che le nanotecnologie “at
large” hanno occupato e occupano oggi
una posizione vasta e importante in
diversi settori tecnologici (sono un po’
una nuova “chimica delle macromolecole”).
Con le nanotecnologie ci possiamo
costruire di tutto, dai nano materiali
alle nano medicine, ma è anche evidente
che ci vorranno delle nuove regole,
che andranno dalla protezione dei
cittadini (interazione del corpo umano
con il mondo esterno) alle analisi
per verificare la presenza o il rilascio di
particelle, dalle normative giuridiche alle
nuove normative tecniche, dall’analisi
del rischio alle caratteristiche di efficacia
di nuove tecniche e così via. Un
buon compendio in relazione a questo
argomento, da molti punti di vista,
è offerto nel doc COM (2012) 572 final
(http://register.consilium.europa.
eu/pdf/it/12/st14/st14869.it12.pdf ),
rilasciato il 3 ottobre 2012, che rappresenta
una “regulatory review” della
Commissione Europea. Si tratta del
documento più completo in assoluto
pubblicato a livello internazionale.
Un mondo da esplorare
A livello di nanotecnologie ci si
aspetta che vengano riesplorati settori
come quello degli effetti elettrostatici
presenti a scale/geometrie nanometriche.
A questi livelli si hanno:

Fig. 6 - Strato protezione motore
della Maserati
- effetti locali (a livello singolo atomo
o poco più), operanti nel quadro
di fenomeni rapidi su stringhe
di atomi, come nel caso di scintille,
oppure di combustione all’interno
della camera di scoppio di un motore;
- effetti localizzati (di superficie) nel
quadro di fenomeni lenti, come
nel caso di invecchiamento elettrico
o meccanico osservati a geometrie
nanometriche. Evidentemente
vi sono fenomeni che avvengono
in “ambienti” inclini a tali eventi
(si ricordi la famosa triade: com-
bustibile, comburente, scintilla),
come gli incendi o gli scoppi, oppure
come il rallentare dell’avanzamento
di cricche su materiali
super-sollecitati.
Sia nel caso di aggregati composti
di segmenti nanometrici sia nel caso
di aggregati composti da molecole si
tratterebbe di affrontare e/o studiare
dei fenomeni collettivi. Dato che non
si ha ancora molta confidenza con tali
fenomeni, per effettuare uno studio
accurato ci si avvale di modelli empirici.
Un esempio di modello empirico
Fig. 8 - Curve di Paris che indicano la lunghezza di cricche nella struttura
di un aereo di linea, rapportate al numero di voli consecutivi
Fig. 7 - Alloggio ruota di scorta realizzato in polipropilene
nano strutturato (con fillosilicati e agente distaccante)
risiede nelle Curve di Paris; si veda
l’esempio riportato in Fig. 8 riferito
alla lunghezza di cricche nella struttura
di un aereo di linea, rapportate
al numero di voli consecutivi effettuati
senza nessuna manutenzione
intermedia.
In questi casi le proprietà sono legate
all’insieme di molti atomi/segmenti
nanometrici ed è arduo affrontare
la situazione delle relative problematiche
per mezzo di modelli fisici
(trasferibili da un caso all’altro). Si è
invece costretti ad utilizzare modelli
empirici: validi, ma non sempre ripetibili
con successo.
Così come per l’esempio citato
delle cricche presenti sulla struttura
dell’aereo, i fenomeni “collettivi”
sono ancora poco esplorati, anche
se sono chiari nelle loro valenze
generali: essi sono “collettivi” perché
riguardano una proprietà legata
all’insieme di molti atomi o di segmenti
nanometrici. E tutto ciò che
può riguardare gli effetti fisici, sia
strutturali che elettrici, può essere
ricondotto a tali dimensioni; questa
situazione, per le dimensioni a cui ci
si trova ad operare, rischia di essere
molto ardua da affrontare a livello
nano-metrico oppure interatomico.
Se non si fa attenzione, si corre infatti
il rischio di porsi delle domande
sbagliate tipo: quale è la conduttività
di un atomo di Rame?
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38 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
Nuove tecnologie
nel mondo ESD
Polimeri conduttivi, nanotubi e grafene saranno
i prossimi materiali utilizzati per la produzione di
abbigliamento e attrezzature per la prevenzione
e la protezione ESD
di Dario Gozzi
Esiste sul mercato un’ampia e
diversificata gamma di prodotti
ESD, molti dei quali possono
essere catalogati in base alla funzione
d’uso come i prodotti per il packaging
(scatole, buste, contenitori), che
proteggono i dispositivi sensibili alle
cariche elettrostatiche. Altri prodotti
sono deputati a creare ambienti EPA
(pavimenti, tappetini, cavi e connessioni
di ground, strumentazione e
abbigliamento); altri ancora a rivestire
provvisoriamente o definitivamente
i dispositivi inclusi al loro interno o,
semplicemente, a ricoprirli. Materiali
di pulizia (usualmente liquidi) affiancano
sistemi di ionizzazione per una
protezione attiva, così come i sistemi
di monitoraggio ambientale ESD.
Mentre il mercato tradizionale
dei materiali, dei prodotti e dei dispositivi
ESD è in crescita a seguito
dell’incremento della presenza dei
dispositivi elettronici nella vita di
tutti i giorni, una serie di innovativi
sviluppi high-tech si affaccia all’orizzonte
della tecnologia ESD. In affiancamento
alle classiche soluzioni
tecnologiche degli ossidi metallici,
del carbonio in fibra o dei materiali
organici, si profilano nanoparticelle,
grafene e polimeri conduttivi.
L’introduzione di questi materiali, la

Fig 1 - Nanotubo a moduli concentrici
del tipo multi-walled nanotube
cui genesi tecnologica è a cavallo tra
fisica, chimica ed elettronica, porta il
messaggio dell’innovazione e la promessa
di prestazioni operativamente
significative in ambito ESD, capaci
di rivitalizzare un mercato maturo.
I due obiettivi
della protezione ESD
La protezione ESD può essere divisa
un due diverse, ma spesso complementari,
direttrici.
Da una parte l’eliminazione delle
cariche elettrostatiche al loro formarsi,
compito espletato semplicemente
dissipandole verso terra.
Dall’altra c’è la prevenzione, ovvero
l’attivazione di una serie di accorgimenti
atti a prevenire la formazione
delle cariche elettrostatiche.
Queste sono usualmente generate
a seguito dell’effetto triboelettrico,
in cui lo sfregamento e la successiva
separazione di due superfici causa il
trasferimento di elettroni, caricando
positivamente quella che li perde e
negativamente quella che li acquista.
L’effetto triboelettrico è quel fenomeno
per cui, al seguito di uno stro-
finamento tra materiali diversi (di
cui almeno uno isolante), si verifica
un trasferimento di cariche elettriche
che genera una differenza di potenziale
elettrico, cioè una tensione.
I materiali antistatici sono progettati
per contrastare il fenomeno.
Le principali applicazioni ESD
sono quelle che coinvolgono un contatto
diretto, nelle operazioni di assemblaggio,
con i componenti e i dispositivi
sensibili alle scariche elettrostatiche.
La protezione deve essere
parte integrante della progettazione,
dalla produzione del wafer a
qualsiasi fase dell’assemblaggio dei
pcb, con particolare cura delle varie
fasi di handling.
Anche i più piccoli impianti di
produzione dei pcb non possono (o
non dovrebbero) esimersi dal seguire
la normativa ESD, dotandosi di
un’area EPA, equipaggiando adeguatamente
con camici e calzature gli
operatori, utilizzando apposite buste
e materiale ESD di packaging, così
da minimizzare quanto più possibile
il rischio di danneggiare i dispositivi.
Tra i paradigmi di cambiamento
della produzione elettronica si assiste
alla progressiva diminuzione dimen-
sionale dei dispositivi, ma - in parallelo
- anche alla diminuzione delle
tensioni operative, fattori che nell’insieme
conducono a una maggiore
sensibilizzazione nei confronti delle
cariche elettrostatiche. L’aumento
dei numeri e delle prestazioni della
moderna elettronica, nonché dei costi
in particolare per i dispositivi portatili,
richiede una continua crescita
della tecnologia ESD.
Materiali per impieghi ESD
Si comincia a respirare aria di
cambio della guardia nella produzione
dei materiali da impiegare in ambito
ESD. Convenzionalmente i materiali
maggiormente utilizzati sono
a base metallica, come sottili lamine
o fili metallici affogati o intrecciati
nel materiale non conduttivo; trame
in fibra di carbonio (si tratta di
una struttura filiforme, molto sottile)
come quelle utilizzate nel tessuto per
camici ESD o particolato di carbonio
(detto anche nero di carbonio o
carbon black) affogato nella plastica
per conferire proprietà conduttive. Il
nero di carbonio è un pigmento prodotto
dalla combustione incomple-
Fig 2 - SWNT (Single-Walled Nanotube), nanotubi a parete singola, costituiti
da un solo foglio e nanotubi a parete multipla MWNT (Multi-Walled Nanotube),
con le relative dimensioni
PCB giugno 2013
39

40 PCB giugno 2013
ta di prodotti petroliferi pesanti quali
il catrame di carbon fossile o il catrame
ottenuto dal cracking dell’etilene,
da grassi e oli vegetali. Si tratta
di un particolato carbonioso ad alto
rapporto superficie/volume; detto in
altri termini significa che, possedendo
un’elevata superficie in rapporto a
un piccolo volume, questa caratteristica
lo rende adatto a essere affogato
nelle plastiche conferendo un potere
conduttivo.
Per i materiali da utilizzare in ambito
ESD sono stati usati anche ossidi
metallici come l’ITO o l’ossido
di stagno; queste sostanze sono largamente
utilizzate quando il fattore
trasparenza è altrettanto importante
della conducibilità. Oppure composti
organici piuttosto conduttivi tra cui
i sali quaternari di ammonio, le ammine
e gli esteri. L’ITO (dall’inglese
Indium Tin Oxide) o, più precisa-
Fig 3 - Ricostruzione tridimensionale di un reticolo cristallino
mente, l’ossido di indio drogato con
stagno, è una soluzione solida di ossido
di indio (In 2 O 3 ) e ossido di stagno
(SnO 2 ); tipicamente mescola-
Fig 4 - Rivestimento del materiale organico P3HT:PCBM (a sinistra nella foto)
e PEDOT:PSS (a destra); il materiale è preparato in strisce (sopra) e fogli pieni
(sotto). Il PEDOT:PSS è utilizzato anche nella costruzione dei pannelli solari e di
alcuni componenti elettronici
ti con percentuale in peso intorno al
90% di In 2 O 3 e 10% di SnO 2 . La caratteristica
principale dell’ITO è di
possedere una buona conducibilità
elettrica associata a una buona trasparenza
ottica.
I nuovi materiali conduttivi allo
studio rientrano nella famiglia
dei nanomateriali e dei polimeri, che
hanno già trovato impiego in varie e
sofisticate applicazioni, ma anche in
nicchie meno appariscenti come per
i materiali ESD. Essi includono nanoparticelle
metalliche utilizzate sia
a livello di coating sia come riempitivo,
che conferiscono proprietà conduttive
a materiali plastici altrimenti
isolanti.
La microscopica dimensione di
queste nanoparticelle si adatta a quei
materiali a cui è richiesta una bassa
conducibilità (tipica della caratteristica
statico-dissipativa); questo
offrirebbe la potenzialità di ottenere
l’effetto desiderato anche a fronte
dell’uso di modiche quantità di materiale,
così che anche l’impiego di
metalli pregiati come l’argento non
comporterebbe costi proibitivi. Al
momento il tutto è ancora a livello
potenziale in quanto il costo della

produzione dei nanometalli rende il processo irrealizzabile
su scala industriale. Nelle attuali applicazioni le nanoparticelle
di argento hanno ricevuto particolare attenzione
per via della loro buona conducibilità elettrica rispetto
ad altri nanometalli; ciò principalmente perché l’ossido
di argento, rispetto ad altri ossidi, è conduttivo. Nelle applicazioni
ESD potrebbero trovare impiego altri metalli,
in particolare nei materiali dissipativi che richiedono una
resistività maggiore rispetto ad altre applicazioni e in cui
la presenza di ossidi parzialmente isolanti non dovrebbe
costituire un grosso problema.
Il carbonio a nanotubi, grafene
e PEDOT:PSS
Altrettanto promettente è il carbonio a livello di nanotubi,
che può essere utilizzato anche in piccole quantità e
non è particolarmente costoso, se non per via della novità.
I nanotubi di carbonio sono più conduttivi di ogni metallo
e sono facilmente realizzati in sospensione. Possono
essere suddivisi in due categorie: SWNT (Single-Walled
Nanotube), nanotubi a parete singola, costituiti da un solo
foglio, e MWNT (Multi-Walled Nanotube), nanotubi
a parete multipla, formati da fogli posizionati come cilindri
concentrici inseriti uno dentro l’altro.
Il coating con questi nanotubi, o il loro impiego come
riempitivo dei polimeri, può costituire un ammodernamento
tecnologico rispetto all’utilizzo della fibra di carbonio,
considerando che il loro diametro è più sottile di
un fattore 1000 e che la distribuzione è di tipo casuale rispetto
alla classica trama a griglia.
Si suppone che anche il grafene, che è facile da produrre
(si tratta di un materiale costituito da uno strato monoatomico
di atomi di carbonio, avente cioè uno spessore
equivalente alle dimensioni di un solo atomo), troverà
numerose applicazioni grazie alla sua conducibilità, e
il materiale per ESD è in predicato di beneficiarne ampiamente.
Il PEDOT:PSS - poli(3,4-Etilendiossitiofene)
poli(stirenesulfonato) - è un polimero conduttivo trasparente
utilizzato per esempio sulle pellicole AGFA a protezione
ESD, che non raggiunge tuttavia una conduttività
comparabile con quella dei metalli. Il suo utilizzo è comunque
limitato alle applicazioni ad alto valore aggiunto,
come sostituto dell’ITO, pur risultando ben adatto per
le applicazioni che non richiedono elevate conducibilità.
Questi materiali, flessibili nell’utilizzo e di sovente trasparenti
(in particolare nella forma in film), non sono per
loro natura particolarmente costosi, ma il loro prezzo al
momento non è ancora sceso come era auspicabile per un
diffuso utilizzo industriale.
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42 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
La gestione
di eventi ESD
La gestione di eventi elettrostatici non può
prescindere dall’ottemperanza di norme stabilite
che semplificano ed evidenziano quanto più
possibile i rischi connessi con tali manifestazioni.
Ecco il punto della situazione e una sua
valutazione tecnica
di Giuseppe Angelo Reina e Luca Gnisci – EL.BO Service
I
settori esposti al problema delle
cariche elettrostatiche sono generalmente
regolamentati da “normative
di sistema”, che definiscono in
maniera completa gli elementi tecnici
e amministrativi di un programma
di protezione ESD. Le normative
di sistema maggiormente utilizzate
e spesso adottate come riferimento,
anche per settori industriali non
coperti da normative in maniera sufficientemente
chiara, sono:
- ESD ANSI S.20.20 “Protection
of Electrical and Electronic
Parts, Assemblies and Equipment
(Excluding Electrical Initiated
Explosive Devices)”;
- IEC 61340-5-1 “Protection of
electronic devices from electrostatic
phenomena – General
Requirements;”
- EIA – JEDEC STD JESD625
“A requirements for handling
Electrostatic-Discharge-Sensitive
(ESDS) Devices”;
- CEI CLC/TR 50404
“Elettrostatica - Guida e raccomandazioni
per evitare i pericoli
dovuti all’elettricità statica.”
Tali norme devono necessariamente
prevedere, e quindi garantire, l’affidabilità
di Aree e Zone protette da
ESD, le quali devono necessariamente
divenire sempre più efficienti ed essere
dotate di sistemi adeguati per poter
ottemperare a requisiti di affidabilità
e di sicurezza anche in situazioni
estreme.
In relazione ai criteri adottati per la
gestione di eventi ESD, è possibile affermare
che le relative normative citate
sono allineate nello stabilire i veicoli
da adottare all’interno di aree protette
da ESD raggruppandoli attraverso
due sistemi principali:
1. protezione passiva;
2. protezione attiva.
Per evitare rischi legati a eventi
ESD è necessario assicurare che non
siano presenti potenziali elettrici si-

Fig. 1 – Esempio di scarica da uomo a conduttore
gnificativi su superfici e masse che potrebbero
venire in contatto (intimo),
o che siano situate vicine tra di loro,
allo scopo di evitare scariche o interferenze
all’interno di processi esposti
alle ESD.
In questa ottica diviene necessario
operare in piena osservanza delle
procedure precauzionali nei confronti
dei fenomeni ESD attraverso il corretto
impiego di sistemi passivi (rete
di conduttori - equipotenziale – connessione
a terra) e/o attraverso i sistemi
attivi (apparati ionizzanti).
In relazione ai processi produttivi
nell’industria elettronica, è stato accertato
che, ove non venisse adottata alcuna
precauzione nel gestire i problemi
legati all’elettrostatica, un’alta percentuale
dei guasti (sia guasti “a tempo
zero” sia guasti latenti) potrebbe essere
attribuita a danni causati dalle ”ESD”.
Questa percentuale può, in teoria, essere
azzerata adottando le precauzioni
descritte dalle normative ESD, quindi
attivando un programma inerente
la “qualità”. Il fattore discriminante
che consente di percepire la presenza e
l’entità dei difetti ESD tipici di un processo
è l’implementazione sistematica
della “failure analysis”.
Questo strumento è essenziale, tuttavia
esso costituisce un’opportunità
che non sempre viene utilizzata dalle
aziende interessate, neppure implementando
un approccio statistico,
cioè introducendo indagini “a campione”.
La conseguenza è che, oggi,
Tabella 1 –
Limiti massimi
ammessi
di resistenza
verso terra
molte aziende non siano consapevoli
dell’entità del problema ESD e che in
molti settori non abbiamo implementato
adeguati piani di manutenzione,
monitoraggio e verifica periodica.
È possibile disporre di dati relativi
alla incidenza di problemi di processo
e di incidenti legati a una catti-
Fig. 2 – Schema di collegamento equipotenziale
Fig. 3 – Livelli MIE presenti su standard NFPA 77-2006
va gestione della statica, sia in fase di
design che in fase di realizzazione (ad
esempio in attività industriali come
quelle delle raffinerie, delle cartiere,
della chimica, fine e non, e così via).
In relazione alla gestione di eventi
ESD all’interno di processi esposti
al problema, un denominatore co-
Fig. 4 – HBV su operatore privo di calzatura (da 2,5 secondi a 10 secondi)
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44 PCB giugno 2013
Fig. 5 – Simulazione scarica da umano
a semiconduttore (HBM), sul dito
dell’operatore
mune in grado di allineare in modo
omogeneo le attuali normative ESD
è quello della definizione del limite
massimo di resistenza verso terra, limite
che è sostanzialmente in grado
di garantire l’equipotenzialità all’interno
di un’area protetta da ESD (vedi
Tabella 1) .
Raggiunto l’obiettivo di avere un
valore massimo di resistenza verso
terra pari a 1*10 9 Ω (1*10 8 Ω qualora
si consideri la norma CEI CLC/TR
50404) 1 di tutte le parti/superfici conduttive
e dissipative, è possibile asserire
che l’assenza di campi elettrostatici
indesiderati e di potenziali ESD di
parti presenti all’interno di aree protette
è pressoché garantita nel caso in
cui non sussistano problemi di manutenzione
e/o guasti non pianificati.
Questo concetto rimane comunque
valido per i materiali omogenei, mentre
per quelli compositi sono necessari
maggiori approfondimenti.
Resta inteso che in un processo ad
alto rischio di incendio una scarica innescante
avviene quando sono soddisfatte
due condizioni:
- L’intensità del campo elettrico
dovuta al potenziale del conduttore
supera la rigidità dielettrica
Fig. 6 – Esempio di scarica a scintilla (a sinistra) e forma d’onda di una scarica
HBM, con una carica di 2 kV detta anche regione esplosiva (a destra)
dell’atmosfera, 2 dando luogo a una
scarica ad arco o a una scintilla.
- L’energia rilasciata dalla scintilla supera
l’energia minima di innesco di
qualunque miscela di comburente/materiale-infiammabile
presente
(Minimum Ignition Energy, MIE).
Nella maggior parte delle applicazioni,
la messa a terra è considerata
il sistema più efficace per dissipare
l’elettricità statica. Quindi le varie resistenze
dei sistemi di messa a terra di
corpi e oggetti, che sono costituiti da
contatti e/o da connessioni elettriche
via cavo, possono costituire un sistema
di messa a terra.
Ponendo, quale obiettivo, un valore
di 100 V massimi all’interno di un
processo o comunque di un valore di
102 V (Human Body Voltage) quale
limite massimo ammissibile, è possibile
affermare che il limite di R massimo
consentito in ogni circostanza sia
legato alla equazione:
V = IR
Ne consegue che, nell’identificare
la prescrizione per un valore massimo
di messa a terra, dovrebbe essere
considerato il singolo contesto e
quindi il singolo valore della corrente
di carica.
Fig. 7 - Il circuito elettrico a sinistra simula la scarica che può provocare un uomo
carico elettrostaticamente quando tocca il semiconduttore. A destra, la forma
d’onda che si genera durante il contatto

Fig. 8 - Curva di scarica attraverso dito operatore (a sinistra) e Curva di scarica attraverso punta metallica (a destra)
Poiché le correnti di carica (velocità
con cui il conduttore è in grado di
ricevere cariche) spaziano mediamente
da 10 -11 A a 10 -4 A, i corrispondenti
valori di R sono compresi fra 10 13 Ω
e 10 6 Ω .
A questo punto si evince che per
un valore massimo di I, una resistenza
verso terra pari a 10 6 Ω potrà garantire
una dissipazione sicura in tutte
le situazioni.
Nel caso di capacità del conduttore
di 100 pF (Human Body Model)
potrebbe essere indicata una resistenza
verso terra di 10 8 Ω in quanto, nella
maggior parte delle applicazioni
industriali, la corrente di carica I non
eccede il valore di 10 -6 A.
Resta inteso che è comunque importante
che tutti i conduttori siano
affidabili, di carattere permanente e
non soggetti a usura. Su questo punto
è basata la necessità (fondamentale)
di un’appropriata attività di monitoraggio,
di verifiche ispettive e, dove
richiesto, quella della necessità di manutenzione,
che dovrà essere eseguita
con prodotti adeguati. Si citano a tal
proposito i risultati ottenuti da walking
test su pavimenti trattati con cera
non idonea, che hanno alterato pesantemente
i valori di HBV (Human
Body Voltage) passando da valori
dell’ordine di 20 V a valori dell’ordine
di 600 V!
Indipendentemente dal tipo di processo,
è necessario operare affinché
sia eliminato l’accumulo di cariche
su corpi presenti all’interno del processo
stesso, altrimenti tale accumulo
potrebbe causare scariche elettrostatiche.
Tali scariche possono verificarsi
in diversi contesti e situazioni.
Nei processi industriali esposti al
fenomeno i principali tipi di scarica
sono rappresentati da:
1. scintille (sparks);
2. effetto corona;
3. scariche a fiocco (Brush
Discharge);
4. scariche propagantesi a fiocco
(Propagating brush discharge);
5. scariche simili a fulmini;
6. scariche coniche.
Scintille (sparks): Le scintille sono
scariche che avvengono tra due
conduttori (liquidi o solidi); esse sono
determinate da un canale di scarica
che trasporta una corrente ad alta
intensità. All’interno del canale il gas
è ionizzato e solitamente il processo è
molto rapido.
Effetto corona: L’effetto corona è
un fenomeno che si sviluppa su bordi
o punti affilati di conduttori e può essere
visibile in condizioni di luminosità
ambientale molto bassa. Le scariche
si manifestano poiché il campo
elettrico su una superficie appuntita
può essere decisamente molto elevato
(> 3 MV/m); normalmente la densità
di energia nel volume interessato
dalla scarica è molto inferiore rispetto
quella che accompagna una scintilla
e normalmente l’effetto corona non
produce l’innesco di un’esplosione.
Brush Discharge (Scariche a fiocco)
– Le scariche a fiocco avvengono
quando conduttori di forma arrotondata
e messi a terra vengono in contatto
con “non conduttori” elettrizzati:
per esempio liquidi carichi in superficie
attraverso il potenziale di decantazione
e strumenti metallici adibiti
alla loro misurazione oppure persone
connesse a terra e prodotti plastici
altamente carichi (fogli in poliestere
in processi di sagomatura). Queste
scariche sono pericolose in quanto, in
condizioni opportune, possono innescare
un incendio in miscele di aria e
gas infiammabili.
Propagating brush discharge
(Scariche propagantesi a fiocco) –
Queste scariche sono molto pericolose
ed avvengono tra fogli di materiali
ad alta resistività e alta rigidità dielettrica;
tali fogli si trovano ad avere le
superfici opposte con alta densità di
carica e con polarità opposta. La scarica
viene attivata da un collegamento
elettrico tra le due superfici (corto
circuito) e appare molto luminosa
PCB giugno 2013
45

NOTE
Bibliografia:
46 PCB giugno 2013
(struttura ad albero). Essa può essere
prodotta dalla presenza di due conduttori
in prossimità delle due superfi
ci cariche. In questo caso la scarica
incanala tutte le cariche presenti sulla
superfi cie non conduttiva nella zona
di cortocircuito. Pertanto la densità
di carica nel volume interessato
dalla scarica è elevatissima e può avere
luogo un importante trasferimento
di energia.
Scariche simili a fulmini: Queste
scariche avvengono all’interno di nubi
di polvere (p.es. eruzioni vulcaniche)
e tra la terra e nubi di polvere. Sono
possibili anche nei silos aventi diametro
> di 3 metri.
Scariche coniche: Queste scariche
avvengono all’interno di silos in presenza
di polveri non conduttive altamente
elettrizzate e in punti ben defi -
niti; questo porta alla presenza di forti
campi elettrici sulla sommità del “cilindro
di grano”, il quale mostra ampie
scariche in movimento sulla superfi
cie stessa (radiali nel caso di contenitori
cilindrici) . Le scariche coniche
sono molto pericolose sia in presenza
di atmosfere di aria, gas e vapori
infi ammabili, sia quando vi siano
miscele di aria e di polveri combustibili,
in particolare in presenza di
miscele aventi una energia di innesco
(MIE) bassa.
Messa a terra del personale
La norma CEI CLC/TR 50404
aff erma che quando si manipolano
composizioni che presentano energie
di innesco inferiori a 100 mJ, si dovrebbe
tenere in considerazione l’installazione
di dispositivi di controllo
personale della resistenza nelle singole
postazioni di lavoro.
Nello specifi co la messa a terra del
personale può essere gestita attraverso
calzature e bracciali ; nello specifi -
co il bracciale è indicato per personale
che opera seduto mentre la calzatura è

un elemento fondamentale in presenza di pavimentazioni
ESD allo scopo di raggiungere il collegamento equipotenziale
ESD - “equipotential bonding” (vedi Fig. 2)
Tra le varie tipologie di scariche, quelle a scintilla (vedi
Fig. 3) sono quelle normalmente introdotte dal personale
e anche quelle che possono evidenziare le energie massime.
Un errore umano, ad esempio il mancato impiego di una
calzatura, potrebbe far manifestare sul corpo di un operatore
anche potenziali di qualche migliaia di volt (vedi Fig. 4).
In questo caso la energia di scarica ottenuta attraverso
l’equazione E = 1/2 CV2, assumendo un capacità di 200
pF (quella umana varia da 100 a 400 pF – vedi Fig. 5), potrà
essere di: 0,4 mJ.
(di fatto non può che essere leggermente inferiore in
funzione della relativa curva di scarica, ma sostanzialmente
consideriamo che quasi tutto il picco massimo si manifesta
in tempi brevissimi). In determinate condizioni (ad
esempio umidità relativa molto bassa – presenza oggetti
metallici), essendo il MIE di comune acetone di circa
0,2 mJ sono avvenute esplosioni durante il suo utilizzo in
abitazioni civili. Il fenomeno avvenne in condizioni estreme
in quanto la regione di vapori esplosivi e quasi irrilevante
(vedi di seguito area con regione esplosiva e tipologia
scarica a scintilla) .
Un altro aspetto non banale è quello legato all’impiego
di attrezzi metallici da personale non collegato a terra e di
seguito si evidenzia il picco di corrente a parità di potenziale
sul corpo umano (Figg. 6, 7 e 8) .
Conclusioni
La possibilità di produrre problemi ESD quali innesco,
stress elettrici (Electrical Over-Stresses, EOS) e attrazione
di polveri e materiali è molto variegata. La gestione di
eventi ESD all’interno processi produttivi diviene quindi
fondamentale e si deve tassativamente garantire un margine
di sicurezza significativo rispetto a MIE definiti e modelli
impiegati.
Per questo motivo si dovrà indirizzare particolare attenzione
verso la progettazione (applicando, ove possibile,
principi di “robust design”), verso la scelta delle soluzioni
(sistemi di protezione), verso i piani di mantenimento
e verso l’esecuzione (applicazione delle regole da adottare)
delle procedure necessarie.
Solo quando siano stati considerati tutti gli aspetti sopra-citati,
sarà possibile garantire un buon livello di protezione
e di affidabilità. Tale livello potrà /dovrà venire ulteriormente
innalzato, tramite sistemi di back-up, per escludere
la possibilità di errori umani o di guasti improvvisi ai
sistemi di protezione in uso.

48 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
L’ESD a portata di mano
La Guida CEI è il documento nel quale confluiscono e trovano
collocazione logica le esperienze degli esperti che fanno parte
del Comitato CEI 101 e delle persone che, operando nel mercato,
sono a contatto con le problematiche della statica, con le industrie,
i laboratori, gli enti di studio e ricerca e gli operatori
di Giuseppe Vittori, CEI
La Guida CEI all’elettrostatica e
alla normativa è diventata nel
tempo un sicuro punto di riferimento
per coloro che operano nel
settore o che hanno relazioni con esso.
I contatti e gli scambi di esperienze
hanno permesso di arricchire
e affinare la Guida. Essa ha una
doppia valenza: da una parte è, infatti,
una Guida alle problematiche
dell’elettrostatica, fornendo un quadro
generale e completo degli aspetti
caratteristici, delle tendenze at-
tuali in materia, dei pericoli inerenti
le scariche ESD e delle relative misure
di protezione. D’altra parte, la
Guida raccoglie il considerevole patrimonio
normativo in materia elettrostatica
e lo presenta in una forma
sintetica e riassuntiva, raggruppando
le norme e i progetti in aree logiche
per facilitare la loro comprensione
e ricerca.
Il XV Convegno Nazionale ESD
è stato scelto come il momento più
adatto per presentare la quarta edi-
zione della Guida. La prima edizione
risale al 2005, la seconda edizione
al 2007, la terza edizione al 2010.
Il 2013 saluta la pubblicazione della
quarta edizione, che ora passiamo
ad analizzare.
Organizzazione e struttura
della Guida
La Guida è organizzata in due linee
principali nell’ambito delle quali sono
a loro volta suddivise tutte le informazioni
della pubblicazione :
A) Aspetti e caratteristiche inerenti
l’elettrostatica
B) Aspetti normativi
Aspetti e caratteristiche inerenti
l’elettrostatica
In questa prima parte vengono inizialmente
richiamati i principi base
dell’elettrostatica, i suoi impatti sugli
apparati e componenti elettrici ed
elettronici e nei relativi processi produttivi.
A fronte di questi rischi, pericoli
e impatti vengono poi ampiamente
descritti i vari sistemi di protezione
opportunamente classificati
in sistemi passivi, attivi ed EPA. In
questo ambito viene appunto dedica-

to spazio alle Aree Protette (EPA) e
agli imballi protettivi. La guida si sofferma
poi sulle evoluzioni, tendenze
e sviluppi in corso o che si sono manifestati
recentemente nella tecnologia
e che influenzano aspetti connessi
ai fenomeni ESD e alla normativa
correlata. Questo primo blocco della
Guida è quindi più precisamente costituito
dalle seguenti parti:
- Principi generali di elettrostatica
- Impatti della statica sui componenti
elettronici
I prodotti elettronici sono molto
sensibili alle scariche elettrostatiche
provocate dal contatto umano o
dall’influenza di altri apparati elettrici
o elettronici nelle varie fasi di produzione,
manipolazione, collaudo, stoccaggio,
ecc.
I difetti provocati su componenti
e dispositivi non sono sempre evidenti
e rilevabili in collaudo e quindi
non vengono scartati. La difettosità
latente si può manifestare successivamente
in fase di utilizzo con riduzione
delle funzionalità o con collasso
improvviso.
Componenti e dispositivi elettronici
vengono sempre più utilizzati
in nuovi settori produttivi: si sta così
estendendo la necessità di controlli
ESD in questi settori: Automotive,
Industria del bianco (elettrodomestici),
Impianti di illuminazione con
LED, Apparecchi Audio/Video, ecc.
Sistemi di protezione ESD
Per quanto detto sopra si comprende
come la protezione contro i fenomeni
ESD sia essenziale in determinati
ambienti di lavoro: essa si realizza
tramite dispositivi e sistemi di schermatura,
di dissipazione di scarico o di
neutralizzazione delle cariche. I sistemi
più completi sono le EPA (ESD
Protected Areas). Si tratta di ambien-
ti opportunamente attrezzati e organizzati
con dispositivi di protezione e
regole organizzative tali da assicurare
una protezione costante contro le
scariche ESD su tutta l’area dell’ambiente.
Vi sono poi singoli sistemi passivi
che consentono di realizzare una
distribuzione omogenea delle cariche
ESD. Esempi di sistemi passivi
sono: pavimentazioni e rivestimenti,
superfici, sedie, calzature, cornici,
bracciali, ecc.
Si ricorre invece ai sistemi attivi
(ionizzatori, umidificatori, ecc.) quando
per vari motivi non è possibile garantire
un accettabile scarico a terra.
Infine per proteggere i prodotti
elettronici sensibili alle scariche
ESD si usano opportuni dispositivi
schermanti e sistemi di imballo speciale.
La movimentazione di prodotti
sensibili all’interno ed all’esterno di
ambienti EPA deve essere effettuata
con l’impiego di speciali imballi
che proteggono dalle scariche ESD:
in pratica questi imballi offrono sia
protezione meccanica che antistatica
con bassa generazione di cariche
per strofinio e schermante da eventi
ESD.
Tendenze ed evoluzione in elettrostatica
La Guida in questa parte dà un accenno
ad alcune delle tendenze più significative
che caratterizzano la ricerca
e la produzione relativamente alla
protezione e prevenzione dei fenomeni
elettrostatici:
- Materie Plastiche e sintetiche: è
sempre più crescente l’uso di materie
plastiche e di sintesi in sostituzione
dei materiali metallici
conduttivi in moltissimi prodotti,
apparecchiature e strutture.
Questo causa un notevole aumento
dei problemi derivanti da fenomeni
elettrostatici, a meno che
non si ricorra a materiali plastici
contenenti additivi conduttivi.
- Miniaturizzazione: le dimensioni
delle apparecchiature e assiemi
elettronici tendono continuamente
a ridursi. Ciò comporta che
le conseguenze di eventuali fenomeni
ESD diventano sempre più
serie e significative. Le ridottissime
distanze di isolamento possono
rendere molto dannose per circuiti
e componenti elettronici an-
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49

50 PCB giugno 2013
che scariche elettrostatiche
di modesta entità.
- Combustione/
Esplosione: si è andata
accentuando l’attenzione
e l’attuazione di misure
preventive riguardo
il verificarsi di fenomeni
ESD in prossimità
di applicazioni
e situazioni in esiste la
possibilità di innesco di
incendi e/o esplosioni.
Aspetti normativi
La seconda parte della
Guida è interamente focalizzata
sulle norme tecniche
che regolano sicurezza
e protezione contro i fenomeni ESD.
Tale parte descrive:
- Gli organismi normatori nazionali
e internazionali incaricati di studiare,
preparare, pubblicare la normativa
tecnica e di tenerla continuamente
aggiornata
- I temi applicativi affrontati dalle
norme
- Le aree logiche e applicative in cui
sono raggruppate le norme stesse
- Elenco delle norme raggruppate
nelle aree logiche e descrizione del
loro contenuto
- Norme in fase di progetto
- Glossario e simboli ESD
Comitato Tecnico CEI 101
Lo studio, la preparazione, la pubblicazione
e la manutenzione della normativa
tecnica riguardante l’elettrostatica
è di competenza del Comitato
Tecnico TC 101 IEC, di cui il corrispondente
in Italia è il CT 101 CEI.
I comitati IEC, in base alle tecnologie,
ai prodotti e alle problematiche
che fanno parte del loro campo di applicazione,
sono classificati in:
- Comitati di prodotto: si occupano
della normativa inerente la sicurezza
e le prestazioni di specifiche
famiglie di prodotti.
- Comitati di sistema o impiantistici:
trattano norme di sicurezza/
prestazioni che riguardano sistemi
e/o impianti elettrici e non specifici
prodotti.
- Comitati trasversali: trattano tecnologie
e problematiche di sicurezza/prestazioni
di tipo generale
che interessano orizzontalmente
prodotti e famiglie di prodotti
appartenenti a diversi Comitati.
Si occupano inoltre di principi generali
inerenti la standardizzazione
e la preparazione delle norme
(Terminologia, Simbologia,
Incertezza di misura, ecc.).
Il Comitato 101 è un organismo
normatore trasversale, perché
la materia che tratta, l’elettrostatica,
interessa orizzontalmente svariati
prodotti che fanno capo a diversi
Comitati: per essi il CT 101
svolge una funzione di sicurezza
(Horizontal safety function), consistente
nello specificare metodi di
prova e relativi dispositivi
di misura e di sicurezza
riguardanti la generazione,
la ritenzione e la dissipazione
delle cariche elettrostatiche
sui materiali. Il
CT 101 non tratta quindi
aspetti di elettrostatica
che interessano nel particolare
gli specifici prodotti,
per i quali la competenza
anche per l’elettrostatica
è dei relativi Comitati
di prodotto.
Si intuisce quindi che
per l’elettrostatica esiste un
certo frazionamento delle
norme tra il CT 101 e gli
altri CT di prodotto: obiettivo
della Guida è quello di
fornire un quadro completo della normativa
per l’Elettrostatica e quindi
vengono presentate non solo le norme
del CT 101, ma anche quelle degli
altri CT che più significativamente si
occupano di elettrostatica.
Relazioni del Comitato
Tecnico CEI 101
I Comitati IEC/CEI con i quali
maggiormente il CT 101 si relaziona
sono :
_ CT 47 – Dispositivi a semiconduttore
e microcircuiti integrati
_ CT 91 – Tecnologie per l’assemblaggio
elettronico
_ CT 210 – Compatibilità elettromagnetica
_ CT 31 – Materiali antideflagranti
_ CT 44 – Equipaggiamento elettrico
delle macchine
_ CT 15/112 – Materiali isolanti e
sistemi di isolamento
_ CT 210/77 – Compatibilità elettromagnetica
Il Comitato 101 si relaziona inoltre
con diversi Comitati ISO:

_ ISO TC 45 Rubber & Rubber
products
_ ISO TC 61 Plastics
_ ISO TC 122-SC23 Packaging
_ ISO TC 219 Floor Coverings
Temi applicativi delle norme
ESD
La Guida dà una panoramica delle
principali problematiche che vengono
affrontate dal Comitato 101 nella
sua attività normativa. Senza pretendere
di essere esaustivi si possono
citare le seguenti:
_ Fondamenti di elettrostatica, definizioni,
terminologia
_ Influenza dell’ambiente e prove
ambientali
_ Metodi di misura
_ Simulazione dei fenomeni ESD
(Machine Model, Human Body
Model, ecc.)
_ Pavimentazioni
_ Rivestimenti superficiali
_ Piccoli e grandi contenitori, handling
e movimentazione
_ Calzature
_ Indumenti
_ Postazioni di lavoro
_ EPA (Electrostatic Protected
Areas)
_ Tecniche di controllo dei fenomeni
ES (Ionizzatori, Umidificatori,
ecc.)
_ Programmi ESD
_ Audit
_ Formazione
Altre si stanno aggiungendo nel
frattempo (ad esempio le relazioni
tra elettrostatica e Nanotecnologie –
Nanotribology)
Aree logiche della normativa
ESD
Le norme di elettrostatica (CEI
e IEC), in base al loro contenuto,
sono state raggruppate in quattro
blocchi:
A Principi e requisiti generali
B Metodi di misura
C Modelli di simulazione
D Metodi di prova e caratteristiche
di applicazioni specifiche
Pertanto nella Guida l’elenco delle
norme con il sommario del contenuto
è organizzato con raggruppamento
nelle aree suddette.
Di seguito viene fornita una breve
spiegazione del significato di ciascuna
area.
A) Principi e requisiti generali
Le pubblicazioni comprese in
questo gruppo riguardano i concetti
che stanno alla base dell’elettrostatica
e le prescrizioni di tipo generale.
I documenti hanno per lo più le caratteristiche
di Guide e di Rapporti
Tecnici (Technical Report) e non
quelle di vere e proprie Norme.
B) Metodi di misura
In questo ambito sono raggruppate
le norme che si occupano dei metodi
di misura inerenti le grandezze fisiche
correlate all’entità dei fenomeni
elettrostatici. Le norme di questo tipo
si occupano dei metodi di misura
in generale e non relazionati a specifici
settori applicativi (pavimenti, calzature,
ecc.).
C) Metodi di simulazione
Per comprendere, studiare e misurare
le possibilità che vi siano pericoli
o danni a causa di eventi ESD, vengono
preparati ed utilizzati dei modelli
elettrici ed elettronici che hanno
il compito di simulare in modo controllato
le scariche elettrostatiche. Le
norme di questo gruppo descrivono i
modelli utilizzati per simulare diversi
ambienti.
D) Metodi di prova e apparati di
protezione ESD
In questo gruppo sono raccol-
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52 PCB giugno 2013
te Norme e progetti normativi che
si occupano delle prove per la determinazione
della resistenza elettrica
di oggetti e dispositivi specifici o
per la classificazione e la determinazione
delle caratteristiche elettrostatiche
di apparati destinati alla protezione
ESD.
Elenco norme e loro
contenuto
La Guida fornisce l’elenco delle
norme (anche di quelle in fase progettuale)
relative all’elettrostatica,
raggruppate nelle quattro aree logiche
e per ciascuna di esse viene riportata
una esauriente descrizione
del contenuto, di cui si fornisce un
esempio. Le norme riportate nella
Guida sono 27, di queste 13 ritenute
le più significative sono registrate in
forma integrale (in pdf ) nel CD allegato
alla Guida.
Le Norme (e i relativi sommari)
riportate nella presente Guida
si riferiscono alle versioni in vigore
alla data del 31/01/2013,
cioè al momento della preparazione
di questa quarta edizione della
Guida.
L’aggiornamento della normativa
essendo soggetto a un processo
continuo di emissioni di nuove
edizioni, varianti e corrigenda,
potrà essere mantenuto a cura del
Lettore consultando il Sito CEI
(www.ceiweb.it).
Di seguito vengono presentati
quattro schemi che mostrano le
norme suddivise nelle quattro aree
logiche:
Descrizione di una norma (esempio)
Come detto in precedenza per
ognuna delle norme riportate negli
schemi la Guida propone una descrizione
riassuntiva del contenuto,
di cui di seguito viene fornito un
esempio.
- CEI 101-6
- CEI EN 61340-2-1
- Elettrostatica – Parte 2-1: Metodi
di misura – Capacità di materiali e
prodotti di dissipazione delle cariche
elettrostatiche
La Norma descrive alcuni metodi
per la misura della velocità di dissipazione
delle cariche elettrostatiche da
parte di prodotti e materiali isolanti
e dissipativi.

Tabella E – Elenco Norme in fase progettuale (al 01/01/2013 )
Codifica IEC Titolo Progetto
Guidelines for ESD protection in automated process equipment
Test methods for packaging intended for electrostatic discharge sensitive devices
CEI EN 60749-28
Mechanical and climatic test methods – Part 28: Electrostatic discharge (ESD) sensitivity testing -
Charged device model (CDM)
IEC 61340-4-2 Ed. 2.0 Electrostatics - Part 4-2: Standard test methods for specific applications - Test methods for garments
IEC 61340-4-6 Ed. 2.0 Test methods for electrostatic safety of intermediate bulk containers (IBC)
IEC 61340-4-7 Ed. 2.0 Standard test methods for specific applications - Ionization
IEC 61340-4-8 Ed. 2.0 Standard test methods for specific applications – electrostatic discharge shielding - Bags
IEC 61340-4-9 Ed. 2.0 Standard test methods for specific applications - Garments
IEC 61340-5-1 Ed. 2.0 Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - General requirements
WD 18080-1 Test method using corona charging
WD 18080-2 Test method using rotary mechanical friction
WD 18080-3 Test method using manual friction
WD 18080-4 Test method using horizontal mechanical friction
La Norma comprende una breve
descrizione dei metodi di prova e le
procedure dettagliate di prova per applicazioni
specifi che.
Vengono descritti due metodi :
a) dissipazione della carica depositata
su una superfi cie per eff etto corona;
b) dissipazione della carica da una lastra
metallica attraverso un oggetto.(tessuto,
guanti, utensili, ecc.)
La misura della velocità di dissipazione
delle cariche elettrostatiche è
una delle tecniche essenziali nel settore
elettrostatico. Per materiali conduttivi
omogenei questa proprietà si
può valutare misurando i parametri di
resistenza e resistività.
Per i materiali di tipo dissipativo o
isolante e specie per quelli fortemente
ohmici (comprese le fi bre conduttive),
le misure di resistenza possono
non essere abbastanza affi dabili o non
fornire suffi cienti informazioni, per
cui è necessario determinare la velocità
di dissipazione.
La misura della velocità di dissipazione
inoltre copre anche i problemi
connessi con l’infl uenza dell’intensità
del campo elettrico applicato durante
la misura e con la disomogeneità
spaziale connessa all’uso di elettrodi
di contatto.
Norme in fase di progetto
La Guida fornisce anche l’elenco
delle Norme di elettrostatica che sono
allo studio da parte dell’IEC: si tratta
o di nuove edizioni o di argomenti
completamente nuovi.
Per svolgere questa attività di studio
e preparazione di nuove norme
sono stati costituiti e sono attivi i seguenti
Gruppi di lavoro internazionali
cui possono partecipare anche delegati
italiani:
_ WG5 - Protection of electronic
devices against static electricity
_ JWG13 - Packaging systems used
in electronic manufacturing linked
to TC 40
_ JWG29 - Electrostatics Managed
by TC 31
_ IEC TC101/JWG 14 and ISO/TC
38/JWG 26 WD 18080 Textiles –
test methods for evaluating the electrostatic
propensity of fabrics
_ PT 61340-4-2 - Test methods for
evaluating the electrostatic properties
of garments
Terminologia e simboli
L’ultima parte della Guida è dedicata:
- alla spiegazione dei più comuni
acronimi e termini relativi al settore
dell’elettrostatica;
- alla presentazione dei principali
simboli adottati per la segnaletica
inerente agli ambienti, prodotti e
apparecchiature interessate dai fenomeni
ESD.
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54 PCB giugno 2013
▶ SPECIALE - PROBLEMATICHE ESD
Modelli ESD
e livelli di protezione:
il caso dei LED
Con il continuo aumento delle prestazioni dei
LED e con il contemporaneo diminuire delle loro
dimensioni, anche la loro sensibilità alle scariche
elettrostatiche, nella maggior parte dei casi,
tende ad aumentare. Ecco come affrontare
il problema
di Andrea Banfi - Philips - Lumileds
Nonostante un grande sforzo
nel settore dei semiconduttori
negli ultimi dieci anni, il
fenomeno delle ESD ha ancora una
influenza rilevante sulle rese di produzione,
sui costi di produzione, sulla
qualità e affidabilità del prodotto
nonché sulla redditività di tutti i dispositivi
semiconduttori, tra cui i LED.
Non tanto per il costo del dispositivo
stesso danneggiato – dato che questo
è spesso trascurabile – ma se consideriamo
le spese accessorie come riparazione
e rilavorazione, trasporto,
lavoro e spese generali, risulta eviden-
te l’importanza di capire come maneggiare
e trattare dispositivi quali i
LED, che sono estremamente sensibili
alle scariche elettrostatiche.
Fondamenti di ESD
La carica elettrostatica viene comunemente
generata dal contatto e dalla
separazione di due materiali: questo
processo è conosciuto come “triboelectric
charging”. Esso comporta
il trasferimento di elettroni tra i corpi.
Quando due materiali sono posti
in contatto e successivamente separa-
ti, elettroni a carica negativa sono trasferiti
dalla superficie di un materiale
alla superficie dell’altro materiale.
Quale dei due materiali perda elettroni
e quale invece li acquisti dipende
dalla natura dei due materiali. Il materiale
che perde elettroni si carica positivamente,
mentre il materiale che li
guadagna si carica negativamente.
Ad esempio, una persona che cammina
genera elettricità statica per effetto
del contatto e della successiva
separazione della superficie delle suole
delle scarpe dalla superficie del pavimento.
Un dispositivo elettronico che scivola
all’interno o all’esterno di una
borsa, un caricatore o un tubo genera
una carica elettrostatica derivante
dai contatti e dalle separazioni ripetute
del corpo del dispositivo e dei sui
contatti metallici con la superficie del
contenitore.
La quantità di carica generata dalla
generazione triboelettrica è influenzata
dalla zona di contatto, dalla velocità
di separazione, dall’umidità relativa
e da diversi altri fattori.
Una volta che la carica viene creata
su un materiale, questa si trasforma in
una carica “elettrostatica”.
Questo carica può essere trasferita
dal materiale, creando una scarica
elettrostatica, o “evento ESD”. Un
evento ESD può verificarsi quando
qualsiasi conduttore carico (compreso
il corpo umano) si scarichi su un di-

Fig. 1 – Circuito equivalente del HBM, modellizzato come un condensatore da
100 pF, che scarica attraverso una resistenza da 1,5 kΩ sul componente in prova
spositivo ESDS (sensibile alla scarica
elettrostatica).
Fattori quali la resistenza, il circuito
di scarica effettivo, la resistenza
all’interfaccia tra le superfici di contatto
interessate, influenzano il livello
di carica, livello che naturalmente può
causare danni.
La tabella 1 mostra i livelli di picco
di tensione tipici di diversi mezzi di
generazione in due intervalli di umidità
relativa.
I danni associati alle ESD di solito
sono causati da uno dei tre eventi:
la scarica elettrostatica diretta sul dispositivo,
la scarica elettrostatica proveniente
dal dispositivo o le scariche
indotte dal campo elettrostatico.
Il danno causato a un dispositivo
ESDS (sensibile alla scarica elettrostatica)
da un evento ESD è determinato
dalla capacità del dispositivo
di dissipare l’energia della scarica oppure
di sostenere i livelli di tensione
coinvolti.
Questa capacità è nota come la
“ESD sensitivity” di un dispositivo.
Scarica sul dispositivo
Un evento ESD può verificarsi
quando un qualsiasi conduttore carico
(incluso il corpo umano) scarica
su un dispositivo sensibile alla scarica
elettrostatica ESDS. Per rappresentare
questo tipo di evento vengono utilizzati
due modelli:
- Human Body Model o Modello di
Corpo Umano (HBM).
- Machine Model o Modello
Macchina (MM).
Human Body Model
La causa più comune di danni dovuti
all’elettricità statica è il trasferimento
diretto di cariche elettrostatiche
dal corpo umano o da un altro
materiale carico al dispositivo
ESDS. Il modello utilizzato per simulare
questo evento prende il nome
di Human Body Model o Modello di
Corpo Umano (HBM) ed è il modello
più comunemente utilizzato per
classificare la sensibilità dei dispositivi
alle scariche elettrostatiche; questo
rappresenta la scarica dal polpastrello
di un individuo eretto verso il dispositivo.
In Fig. 1 è riportato il circuito equivalente
del HBM, modellizzato come
un condensatore da 100 pF, che scarica
attraverso una resistenza da 1,5
Kohm sul componente in prova.
Machine Model
Una scarica simile all’evento HBM
può, invece, verificarsi da un oggetto
conduttivo carico, ad esempio un
utensile o un apparecchiatura metallica.
Nato in Giappone come il tentativo
di creare il caso peggiore di HBM, il
modello è noto come Machine Model
o Modello Macchina. (MM)
Il circuito equivalente è costituito
da un condensatore da 200 pF che
scarica direttamente sul componente
in test senza alcuna resistenza in serie
(Fig. 2).
L’induttanza parassita in serie dei
cavi di uscita è l’elemento dominante
che consente la realizzazione della
forma d’onda tipica oscillante della
scarica del modello macchina.
Come caso peggiore di HBM, questo
metodo di prova è molto severo,
anche se esistono nella realtà delle situazioni
rappresentate da questo modello,
ad esempio la scarica rapida da
un piano di assemblaggio o da cavi
carichi di una macchina per il test automatico.
Fig. 2 – Diagramma del circuito tipico di modello della macchina
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56 PCB giugno 2013
A parte la resistenza da 1,5 k, la
scheda di prova e la presa sono gli
stessi utilizzato per il test HBM.
Scarica dal dispositivo
Anche il trasferimento di carica
da un dispositivo ESDS è un evento
ESD.
La carica statica può accumularsi
sul componente attraverso la manipolazione
o il contatto con materiali di
imballaggio, le superfici di lavoro o le
superfici della macchina. Ciò si verifica
frequentemente quando un dispositivo
si muove su una superficie o
vibra in un contenitore.
Il modello utilizzato per simulare
il trasferimento di carica da un dispositivo
ESDS viene denominato
Charged Device Model o Modello di
Dispositivo Carico (CDM).
La capacità e le energie coinvolte
sono diverse da quelle di scarica sul
dispositivo ESD. In alcuni casi, un
evento CDM può essere più distruttivo
di un evento HBM per particolari
dispositivi.
Fig. 3 – Configurazione del LUXEON M
con diodo di protezione ESD
La tendenza verso l’assemblaggio
automatizzato sembrerebbe risolvere
i problemi legati a eventi ESD
HBM. Tuttavia è stato dimostrato
che i componenti possono essere più
sensibili ai danni quando sono assemblati
utilizzando apparecchiature automatizzate.
Un dispositivo può essere caricato,
per esempio, muovendosi nella fase
di caricamento quando il componente
è prelevato dall’alimentatore. Se esso
quindi contatta la testa di inserimen-
Fig. 4 – Possibile configurazione per la protezione contro transitori ad alta energia
to o un’altra superficie conduttiva, una
scarica rapida si verifica dal dispositivo
verso l’oggetto metallico.
Tuttavia, relativamente ai LED,
questo tipo di evento non è particolarmente
critico grazie alla massa e alla
capacità limitate dei LED.
Scariche indotte dal Campo
Elettrostatico
Un altro evento che può, direttamente
o indirettamente, danneggiare
i dispositivi è chiamato Field
Induction o Induzione di Campo.
Come osservato in precedenza, ogni
volta che un oggetto si carica elettrostaticamente,
si determina un campo
elettrostatico associato a tale carica.
Se un dispositivo ESDS viene collocato
in quel campo elettrostatico,
una carica può essere indotta sul dispositivo.
Se il dispositivo viene poi momentaneamente
connesso a terra durante
la permanenza nel campo elettrostatico,
un trasferimento di carica dal dispositivo
avviene come evento CDM.
Se il dispositivo viene rimosso dalla
regione del campo elettrostatico e
di messa a terra, un secondo evento
CDM si verificherà come carica
di polarità opposta dal primo evento,
trasferita al dispositivo.
I prodotti Lumileds e la loro
Sensibilità ESD
Il mix di prodotti di Lumileds copre
tutte le applicazioni da piccoli
package, con dimensioni dei chip
contenute, fino a package più grandi e
moduli LED per alta potenza.
Per i suoi prodotti Lumileds ha
adottato la Classe 3A della JESD22-
A114-E (> 4 kV) come livello minimo
di immunità HBM sia per i LED
comunemente indicati come High
Power sia per i LED appartenenti alla
famiglia dei Mid-Power.

Per alcuni prodotti questo livello è
stato ulteriormente alzato alla Classe
3B (fi no a 8 kV) come nel caso del
LUXEON M di cui in Fig. 3 è evidenziato
il TVS collocato all’interno
del package.
Per maggiori dettagli sul livello di
protezione si prega di fare riferimento
ai datasheet di prodotto.
Considerazioni di Circuit
Design
La maggior parte dei LED
Lumileds sono in grado di sopportare
tensione ESD fi no a 4 kV in accordo
con JESD22-A114-E.
Nonostante il livello elevato, bisogna
considerare che i circuiti elettrici
posso essere sottoposti a transitori
di energia molto maggiori rispetto
a un evento ESD; ad esempio in ambito
automotive la mancanza di carico
o “load dump” generato dalla disconnessione
della batteria mentre il motore
è in funzione, può causare prolungati
transitori ad alta tensione che
possono danneggiare il sistema di illuminazione
a LED.
Per promuovere e migliorare il grado
di protezione, ulteriori provvedimenti
possono essere intrapresi a li-
Riferimenti Bibliografici
vello di modulo LED come l’inserimento
di un diodo Zener in parallelo
alla stringa di LED e, in alcuni casi,
un diodo ad alta tensione connesso in
serie come suggerito in Fig. 4.
Nella scelta di quali dispositivi utilizzare
possono tornare utili alcune
considerazioni generali:
Breakdown Voltage
Quando si verifi ca una sovratensione
che supera le caratteristiche massime
dei LED, il Diodo Zener fornisce
un altro percorso che canalizza la
corrente.
Un parametro importante, la tensione
di breakdown (VBR), del diodo
Zener di protezione, deve essere superiore
al totale della tensione dei LED
per garantire la funzionalità del circuito
in condizioni normali.
Tempo di risposta
Il tempo di risposta del diodo di
protezione dedicato deve essere scelto
più veloce del tempo di risposta
dei LED in modo che il meccanismo
possa funzionare effi cacemente
prima che l’impulso possa danneggiare
i LED.
A causa del tempo breve di commutazione
del LED, il tempo di risposta
del dispositivo di protezione
dovrebbe essere nella gamma di nanosecondi
o inferiore.
Posizionamento
Il dispositivo di protezione ESD
dovrebbe essere posizionato il più vicino
possibile all’ingresso del circuito
per proteggere l’intero modulo dai
picchi di alimentazione.
Tuttavia, per evitare i danni che si
verifi cano per altre cause, ad esempio
toccando il PCB, la posizione migliore
dovrebbe essere il più vicino possibile
ai circuiti, in questo caso ai LED.
Un modo appropriato per posizionare
il componente pertanto varierebbe
da un caso all’altro. Il progettista
deve pertanto identifi care come prima
cosa da dove potrebbe arrivare il danno
maggiore.
Conclusioni
Gli eventi ESD possono dunque
danneggiare gravemente i componenti
elettronici sensibili tra i quali
i LED. Anche se Lumileds utilizza
standard di immunità tra i più elevati
previsti contro le scariche elettrostatiche,
resta comunque fondamentale
per le aziende coordinare gli sforzi
a tutti i livelli organizzativi dotandosi
di programmi di controllo e prevenzione
ESD.
Particolare attenzione deve essere
prestata a livello applicativo contro
eventi transitori di energia superiore
agli eventi ESD e qualora sia necessario
prevedere ulteriori protezioni di
sistema.
A causa della enome portata e complessità di questo
argomento, per maggiori e più dettagliate informazioni
si raccomanda di consultare e utilizzare gli standard di
settore, oltre che la letteratura e le pubblicazioni delle
associazioni e dei comitati di competenza.
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58 PCB giugno 2013
▶ TECNOLOGIE - SERIGRAFIA
Step stencil col laser
Si amplia di continuo la varietà dei componenti a disposizione dei
progettisti per la realizzazione delle schede elettroniche. Componenti
differenti per dimensioni e caratteristiche di montaggio a cui è rivolta la
tecnologia step stencil studiata per depositare volumi precisi di crema
saldante necessari a realizzare giunti di saldatura affidabili
di Piero Oltolina
Per la corretta formazione di
ogni giunto di saldatura è
richiesto un preciso apporto di
volume di crema, ottenuto mediante
le aperture di finestre dalle adeguate
dimensioni negli stencil.
Il volume è ottenuto calibrando anche
l’altezza dell’apertura e non solo
l’ampiezza (limitata dalla dimensione
del pad). Le lamine utilizzate nella
realizzazione degli stencil per serigrafia
hanno uno spessore di partenza
che senza ulteriori interventi darebbe
la stessa profondità per tutte le aperture,
indipendentemente dal volume
richiesto.
Lo step stencil è una speciale realizzazione
in cui sono creati locali inspessimenti
(step up) o alleggerimenti
(step down) dello spessore. Questo
consente l’assemblaggio, sullo stesso
pcb e nello stesso ciclo, di componenti
fine-pitch al fianco di componenti
aventi connessioni di maggiori dimensioni.
L’incisione chimica è un metodo
per ottenere la riduzione dello spessore,
a cui si fa seguire l’apertura laser
della finestra, un altro metodo ricorre
alla fresatura. Tecniche di step up utilizzano
il riporto o la crescita con processo
galvanico.
LPKF laser system
LPKF è l’azienda di riferimento
nella produzione di sistemi laser impiegati
per la preparazione delle lamine
serigrafiche. Circa il 20% del suo
organico è impegnato nella ricerca
e sviluppo che di recente ha riservato
un profondo sforzo nello studio di
nuove soluzioni per lavorare lamine a
spessore differenziato di elevata qualità.
La ricerca è stata condotta utilizzando
i suoi sistemi di foratura laser
G 6080 e P 6060.
La riduzione parziale dello spessore
delle lamine ha dato ottimi risultati,

Fig. 1 – Il sistema laser LPKF
sia sotto il profi lo puramente qualitativo
che sotto quello del suo processo
produttivo, ottenendo una velocità di
lavorazione che a dispetto dei tempi
richiesti per lavorare superfi ci estese,
ben si coniuga con la richiesta odierna
di tempi ciclo sempre più contenuti.
La qualità delle superfi ci ottenute
nelle operazioni di step down non ha
minimamente soff erto a seguito della
lavorazione eseguita. Un risultato
che da una parte allarga le potenzialità
dei sistemi laser prodotti da LPKF
e dall’altro velocizza la realizzazione
degli step stencil e ne promuove un
più ampio utilizzo rispetto alla situazione
attuale.
Il laser è utilizzato in molti modi
nelle lavorazioni dei materiali. Dalla
saldatura, all’incisione, dal trattamento
superfi ciale al taglio. Tra il trattamento
superfi ciale e il taglio esiste
un‘ampia zona in cui si ottengono
diversi eff etti sul materiale trattato.
Usualmente l’applicazione di una
radiazione continua, e fi no all’applicazione
di una radiazione pulsata
nell’ordine dei nanosecondi, produce
una fusione.
In funzione dell’intensità della radiazione,
la temperatura e la viscosità
possono variare e così anche la geometria
della parte risolidifi cata. Il tipo
di gas e la sua pressione intervengono
nell’infl uenzare le caratteristiche
della fusione. Da questo traspare
come l’ampiezza della fi nestra di processo
coi suoi vari parametri possano
richiedere un largo margine di indagine
prima di fi ssare i giusti limiti del
processo.
Il processo di lavorazione
per gli stencil step down
Nei componenti fi ne-pitch e ultrafi
ne-pitch il deposito di quantità eccessive
di crema saldante ha buone
possibilità di tradursi in corto circuito.
Uno stencil con spessore di 120 μm ha
nella regione degli integrati un’altezza
ridotta a 100 μm, con una diminuzione
dello spessore di 20 μm. Questa lavorazione
di step down era in origine
realizzata mediante abrasione chimica
o fresatura, realizzate prima di procedere
nell’apertura delle fi nestre per
mezzo della foratura laser, operazioni
che a volte venivano eseguite esternamente
al produttore di lamine. Con
la soluzione proposta da LPKF la lavorazione
è interamente eseguita dalla
macchina di taglio laser con un solo
passaggio.
Attraverso un uso mirato dei parametri
di processo dei sistemi laser
G6080 e P6060, durante la creazione
delle aperture nello stencil è possibile
produrre delle nicchie per componenti
con piccole superfi ci di contatto.
Fig. 2 – Particolare della lavorazione step stencil che riduce sensibilmente
lo spessore della lamina Fig. 3 – Lo Stencil laser P6060 di LPKF
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60 PCB giugno 2013
A oggi la creazione di queste nicchie
era realizzata in fasi separate di
produzione, con tempi di realizzazione
più lunghi e costi di produzione significativamente
maggiori.
Tuttavia, la creazione di uno stencil
con spessori differenziati è una questione
di altezza precisa del gradino
da realizzare, richiede una bassa rugosità
delle superfici delle pareti delle
cave, un tempo di produzione e una
vita media del prodotto accettabili. Il
laser si è rivelato il metodo migliore
per rimuovere quantità ben definite di
materiale, oltretutto in una singola fase
di lavoro.
I fattori che, nel loro complesso, influenzano
il risultato finale sono:
- i parametri di macchina;
- i dati CAM;
- l’intervallo degli impulsi;
- i parametri del gas;
- la copertura media dell‘area da lavorare;
- la presenza di marcature multiple;
- effetti di non linearità dovuti
all’ampiezza degli impulsi.
La comparazione tra i due sistemi
P6060 e G 6080 è stata fatta per trovare
il risultato ottimale e più corrispondente
alle aspettative. Le prove sono
state inoltre condotte per verificare
l’influenza dei singoli parametri sulla
profondità dei vari step. Nel caso in cui
l’influenza di come sono stati imposta-
Fig. 4 - Analisi
delle altezze
raggiunte dalla
lavorazione
progressiva con
tecnologia stepdown
ti i singoli parametri si fosse dimostrata
non lineare, questo avrebbe potuto
portare a dei risultati non soddisfacenti,
come per esempio un aumento
nella rugosità delle superfici, ma d’altro
canto avrebbe potuto portare anche
a risultati effettivamente strutturati.
Come in definitiva è emerso, la copertura
della superficie irradiata è l’elemento
determinante nella realizzazione
di un profilo differenziato su lamine
sottili. Questo tipo di lavorazione
può essere realizzato con buoni risultati
qualitativi ricavando nicchie di 20,
30 o 50 μm.
LPKF
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62 PCB giugno 2013
▶ TECNOLOGIE - SERIGRAFIA
Step stencil e coating
delle lamine
Il volume di pasta depositato è la variabile di riferimento per il processo
di serigrafia. Dipende principalmente dallo spessore dello stencil e
dalle dimensioni delle aperture la cui geometria è in relazione alla
dimensione delle piazzole. Se la scelta delle racle è obbligatoriamente
metallica, gli altri fattori che influenzano il volume depositato
dipendono dai parametri di stampa
di Dario Gozzi
In linea di massima lo spessore dello
stencil non dovrebbe superare i
due terzi della minima apertura;
nella pratica quotidiana lo spessore di
0,150 μm può ritenersi di uso comune.
Se si utilizzano lamine il cui spessore
non è nelle giuste proporzioni rispetto
alle aperture si corre il rischio che
la crema rimanga aderente alle pareti
delle aperture o all’estremo opposto di
depositare volumi eccessivi.
Da studi compiuti dalla ricerca e
sviluppo di produttori di lamine serigrafiche
è emerso che un maggiore
contenuto di Ni nella composizione
metallica degli stencil costituisce un
vantaggio nell’utilizzo di leghe leadfree.
Le ricerche avevano per obiettivo
di capire se e in che misura il materiale
costituente lo stencil poteva incidere
sulla ripetibilità del volume depositato
e in secondo luogo sul grado
di centratura del deposito di crema
rispetto alla piazzola, caratterizzando
in questo modo la finestra di processo.
I risultati ottenuti evidenziano co-
Fig. 1 - Lavorazione step mediante laser su una lamina serigrafica
me e quanto il rilascio di crema dalle
aperture migliori con l’utilizzo di
stencil in nichel rispetto all’uso dei
più comuni stencil in acciaio inossidabile.
Infatti dopo aver comparato i risultati
fra i diversi materiali impiegati
nella costruzione degli stencil e fra
le diverse tecnologie costruttive (con
identico layout e identico pcb di test),
è stata dimostrata una ripetibilità del
volume di pasta pari al 90% a favore di
stencil realizzati in puro nichel; tra le
tecnologie costruttive l’elettroformatura
evidenziava risultati leggermente
migliori rispetto al taglio laser.
Sebbene la lega SAC sia il riferimento
nella produzione della crema
lead-free, lo studio ha parallelamente
evidenziato che esistono risultati discordanti
nelle prestazioni tra produttori
diversi. Le differenze principali,
che incidono pesantemente sulla ripetibilità
del volume depositato, dipendono
soprattutto dal comportamento

Fig. 2 - Lavorazione step down nell’area di un QFP
reologico delle creme testate in relazione
alle diverse caratteristiche delle
aperture. Lo studio ha posto particolare
l’attenzione anche sull’aspect
ratio come fattore direttamente coinvolto
nella qualità e nella ripetibilità
del processo. L’aspect ratio è il rapporto
tra lo spessore dello stencil e
l’ampiezza delle aperture.
La crema lead-free ha un più alto
contenuto metallico rispetto alle creme
SnPb. L’effetto di questa differenza
sulla velocità di stampa e sulla ripetibilità
del volume depositato è stata
maggiormente evidenziata mediante
l’utilizzo delle teste di stampa, che ha
consentito un migliore riempimento
delle aperture. Il risultato è dovuto
al più accurato aggiustamento della
pressione, che permette di ampliare la
finestra di processo.
Stencil con taglio laser
LaserJob è specializzata nella produzione
di lamine serigrafiche per
l’industria elettronica, mercato in cui
opera con successo da oltre vent’anni.
In questa azienda tedesca sono state
uniformate tutte le procedure produttive
per ottenere la stessa identica precisione
su tutti i prodotti.
Il servizio di service può ricevere ed
elaborare diversi tipi di formato da cui
partire per ricavare il layout delle lamine:
DXF, DWG, HPGL, Gerber,
DPF, ODB++, GDSII e IGES. Tra
le varie alternative c’è anche la possibilità
di convertire file JPEG, TIF
o photoshop. Le soluzioni utilizzate
dall’azienda tedesca sono a volte autoconcepite,
ma perfettamente in grado
di dare i migliori risultati di processo
tanto nel taglio quanto nelle altre
operazioni sugli stencil che vanno
dalla foratura alla saldatura e alla
marcatura.
La garanzia della migliore qualità
nella lavorazione è data non soltanto
dall’operare in ambienti condizionati,
ma anche dall’utilizzo di moderni sistemi
di controllo. Questo consente di
poter lavorare su fogli di acciaio inox
dello spessore di 0,010 mm con tolleranze
pari a 0,005 mm.
Per garantire aperture di 20 μm sono
utilizzati laser a fibra o Nd-YAGlaser
pulsati col supporto di aria compressa.
Questa tecnologia, in particolare
quella del laser a fibra, generano
un basso livello di stress termico
nel materiale lavorato. Sono lavorate
non a contatto e senza distorsioni superfici
di 550x560 mm o di 600x800
mm per diversi settori della produzione
elettronica.
A differenza di altre tecnologie le
prestazioni dei laser a fibra non dipendono
dall’allineamento di barre e
specchi (percorso ottico), eliminando
la necessità di interventi di manutenzione
ordinaria; inoltre l’assenza
di camere di pompaggio raffreddate
ad acqua elimina i rischi di perdite.
L’utilizzo della fibra drogata (usualmente
con terre rare) come mezzo
di guadagno, con la sua caratteristica
lunghezza d’onda risulta in una qualità
del fascio laser intrinsecamente eccellente,
con la possibilità di lavorare
Fig. 3 - Schematizzazione dei risultati di un processo di serigrafia con lamina
lavorata step down
PCB giugno 2013
63

64 PCB giugno 2013
Fig. 4 - Step down su BGA
una più ampia varietà di materiali, inclusi
i materiali alto riflettenti.
La flessibilità e la velocità del taglio
laser a fibra annullano qualsiasi vincolo
legato alla geometria, allo sfrido e
alla lavorabilità, riducendo come visto
i costi di esercizio e di manutenzione.
La lavorazione delle lamine avviene
in ambiente totalmente condizionato
dove il laser lavora su aperture di
20 μm con un’accuratezza di ±3 μm e
una precisione di posizionamento di
±10 μm. La precisione delle aperture
leggermente coniche, dai bordi ben
definiti, consente un più efficiente rilascio
di crema.
Le strette condizioni operative
consentono di ottenere lamine con
aperture dalla geometria precisa, pareti
interne delle aperture lisce e bordi
ben definiti. Tutte le lamine prima
di lasciare il ciclo di produzione passano
attraverso il processo di spazzolatura
dove una macchina a controllo
CNC rimuove anche la più piccola
bava (anche inferiore ai 2 μm) che
possa essere rimasta sul lato di uscita
del laser. Questo assicura il mantenimento
dello spessore all’interno
del +3%. Ogni lamina è controllata al
100% con ScanCheck, un sistema di
ispezione con CCD in bianco e nero,
avente una precisione dello 0,5 μm
che compara lo stencil coi dati di produzione
assicurandone la congruenza.
Per la verità il controllo inizia ben prima,
con l’ispezione delle lamine al loro
arrivo in azienda, di cui viene controllato
lo spessore con un’accuratezza
di ±0,5 μm. A fine ciclo è inoltre
misurata la tensione per ogni singolo
telaio.
Tra brevetti e innovazioni
migliora la qualità di stampa
Quando sono richieste aperture
di dimensione rilevante sul lato bottom
della lamina, l’incisione chimica
è una delle alternative per realizzarle.
Sebbene le aperture delle singole finestre
siano eseguite via laser, l’incisione
chimica è utilizzata per ampliarne
la dimensione (per esempio in corrispondenza
dei piani di massa) in un
unico passo di processo con un’accuratezza
di ± 3 μm e una precisione di
posizionamento di ±10 μm.
In presenza appunto dei piani di
massa e di piste piuttosto spesse, lo
stencil non può aderire al 100% sulla
superficie del pcb, ragione per cui
si interviene nell’area interessata con
l’incisione chimica per asportare sul
lato scheda dello stencil regioni di geometria
e spessore analoghe. Stessa
considerazione vale per i fori di via
presenti sul pcb.
Per serigrafare in un’unica passata
differenti spessori di crema saldan-
te LaserJob ha realizzato PatchWorkstencil,
il proprio sistema di stencil a
spessori differenziati coperto da brevetto.
Con la possibilità di accomunare
diverse geometrie di aperture sulla
stessa lamina, aperture circolari incluse,
oltre alla lavorazione step-up e
step-down è disponibile anche la lavorazione
step-in-step. Questa tecnologia
consente di accomunare differenze
di spessore variabile dai 10 μm
ai 2 mm. La finitura NanoWork è disponibile
anche per questa lavorazione;
si tratta di un rivestimento il cui
massimo spessore è di 2 μm e che ha
proprietà antiadesione. È un’altra realizzazione
brevettata da LaserJob per
migliorare le prestazioni degli stencil
serigrafici. Dal 2007 è un processo realizzato
in azienda per rivestire il lato
bottom e le pareti interne delle aperture
negli stencil e negli step stencil.
La superficie su cui scorre la racla non
è rivestita.
La superficie rivestita dal
Nanowork riduce significativamente
l’adesione della crema saldante per
cui la deposizione del corretto volume
di crema e la definizione dei contorni
dei depositi è notevolmente migliorato,
questo porta a una diminuzione
dei corti con beneficio della stabilità
del processo e della diminuzione
delle difettosità. Un ulteriore beneficio
del processo serigrafico è la diminuzione
nei cicli di pulizia richiesti
in macchina, dovuti alla miglior facilità
di pulizia della superficie.
Il rivestimento è basato sul processo
Sol-Gel, una chimica che combina
molecole organiche e inorganiche
in una reazione idrolitica di soluto in
solvente. Nel successivo passo in temperatura
il solvente evapora e il processo
Sol-Gel inizia la polimerizzazione
durante la quale è aggiunto un
elemento con proprietà antiaderenti.
Il rivestimento che ne risulta ha elevate
proprietà di resistenza chimica e
meccanica.

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66 PCB giugno 2013
▶ PROGETTAZIONE - SISTEMI INNOVATIVI
Progettare meglio
e con maggiore rapidità
Gli approcci “divide et impera” possono essere
applicati sia alla fase iniziale di progettazione,
durante la definizione della connettività,
sia durante le fasi di implementazione fisica
e nelle fasi di place and route
di Hemant Shaw, Cadence (seconda parte)
Se da una parte il fatto che un
team di ingegneri lavori in
parallelo accorcia il ciclo di
progettazione, dall‘altra aggiunge
qualche difficoltà nella gestione della
progettazione e dei processi. Gli ingegneri
che lavorano in team durante la
definizione della connettività, devono
gestire segnali globali e segnali che si
interfacciano con i blocchi in fase di
progettazione da parte dei colleghi.
In tali casi, l‘uso di una convezione
ben nota nel nominare i segnali alla
quale si attengono tutti i progettisti
del team è importante per evitare di
introdurre un problema che sarebbe
possibile rilevare solo in fase di simulazione
post-layout o peggio, in fase
di debugging in laboratorio con un
prototipo fisico.
Un altro aspetto da considerare è
la gestione dei vincoli sui segnali da
parte degli ingegneri. Quando ai segnali
circoscritti ad un singolo blocco
si aggiungono delle regole di layout,
le cose dovrebbero funzionare bene.
Quando invece i segnali si interfacciano
con altri blocchi, deve esser-
ci uno strumento per la gestione delle
regole che abbia la capacità di comprendere
la portata delle stesse.
Spesso, un sistema in fase di progettazione
possiede più di una struttura
- una combinazione di ASIC
sviluppati internamente ed utilizzati
su un circuito stampato o un sistema
di schede multiple collegate mediante
un backplane o dei cavi. In casi
del genere, la gestione di segnali di
interfaccia che superano i limiti della
struttura presenta problemi simili a
quelli che si verificano quando più ingegneri
lavorano su un sottoinsieme
del progetto destinato a una struttura,
un circuito stampato o un System
in Package (SiP).
Progettazione in team durante
l’implementazione fisica
Mentre i progetti diventano sempre
più complicati ed il tempo di progettazione
diventa sempre più breve,
uno dei metodi per ridurre i tempi
di progettazione è quello di partizionare
la scheda tra vari progettisti
di circuiti stampati. Il partizionamen-
to può essere effettuato “tagliando” la
scheda verticalmente oppure in orizzontale,
assegnando solo alcuni layer
per singolo progettista. Vi sono pro e
contro legati all’uso di un metodo di
partizionamento rispetto ad un altro.
È importante che il sistema di progettazione
consenta la gestione delle
partizioni e la loro sincronizzazione
in modo automatico senza rallentare
il sistema né richiedere l’assistenza
di enti esterni per poter abilitare la
suddivisione.
Miglioramenti
della produttività
e della semplicità d’uso
Questo è un settore comune a tutti
i tool EDA. Con ogni release del software,
vi sono miglioramenti che aiutano
i progettisti ad aumentare la propria
produttività. La produttività si
presenta sotto varie forme.
La più semplice riguarda l’automazione
di alcune delle attività manuali
valida per tutti i settori dei tool. In
questo documento, abbiamo trattato
una delle capacità di miglioramento
della produttività più basilari cioè la
progettazione guidata da vincoli. Di
seguito, sono riportati alcuni esempi
di miglioramenti della produttività
che abbreviano il ciclo di progettazione
e lo rendono prevedibile.
I tool intuitivi, facili da utilizzare
aiutano a ridurre il tempo di creazione
dei progetti
Se da una parte questo concetto è
molto intuitivo e non richiede ulteriori
precisazioni, dall’altra i prodotti

Fig. 6 - Prioritizzazione delle connessioni con vincoli su segnali punto-punto
software tendono a perdere la propria
caratteristica “semplicità d’uso” nella
loro evoluzione nell’arco di un determinato
periodo di tempo. Spesso un
software facile da utilizzare non offre
una buona scalabilità adatta a problemi
di progettazione più vasti e complessi.
Un software molto flessibile
potrebbe risultare difficile da usare.
Questo è un aspetto che deve essere
tenuto in considerazione in ogni release
del software che si adotta.
Il successo richiede anche l’invio
costante (non una sola volta all’anno)
di feedback al proprio fornitore, tale
da consentire di incorporare i suggerimenti
e migliorare di conseguenza
l’esperienza di progettazione.
Un esempio di miglioramento della
semplicità d’uso è la capacità di inserire
i vias con la semplice pressione di
un tasto del mouse, ad esempio nelle
schede basate su tecnologia HDI ibrida
(strati HDI su ogni lato ed un core
non HDI). Con i classici fori di via
passanti, è diventata una prassi comune
utilizzare un solo mouse click per
posizionare un via.
Con gli strati HDI attorno a un
nucleo non HDI, il sistema dovrebbe
consentire agli utenti di creare
un’istanza di vari fori di via collocati
in base alla regola determina-
ta la quale specifica lo strato di inizio
e lo strato di fine. Questo è un buon
esempio di come il layout dei progetti
HDI può essere semplificato persino
con una serie complessa di regole.
L’integrazione di questi nuovi approcci
consente di ridurre il tempo
necessario per la creazione del progetto.
Pianificazione globale e sbroglio
La riduzione del pin pitch, l’ aumento
dei dispositivi a elevato numero di
pin e necessità di ridurre l’ingombro:
tutti questi fattori contribuiscono ad
aumentare i problemi legati alla pianificazione
e allo sbroglio di un circuito
stampato ad alta densità. Inoltre, man
mano che il paradigma di interconnessione
dei circuiti stampati si sposta
verso un impiego massiccio di interfacce
sincrone standard (come DDR2,
DDR3) e interfacce seriali (come PCI
Express), aumenta il numero di vincoli
da rispettare. Alcuni requisiti di sbroglio
per l’interfaccia DDR2/3 sono
elencati di seguito:
• raggruppamento di segnali e sbroglio
in base a colonne di “byte”:
- i vincoli dei byte lane sono rigorosi
(skew non superiore a
50 mil);
- skew di Addr / Cmd / Ctrl
nell’ordine di +/- 250 mil (a
533 Mhz);
• skew di Byte Lane vs. Byte
Lane non superiore a 0,8 pollici
(150 ps);
• routing di segnali su un layer, se
possibile:
- i vias aggiungono ritardo e capacità
indesiderati;
- se è necessario utilizzare i vias,
deve essere presente lo stesso
numero di via su ognuno dei
72 bit;
• sbroglio sugli strati interni e mantenimento
di tratti inferiori a 6
pollici;
• mantenimento di segnali vicino
ai piani di “riferimento” PWR,
GND;
• mantenimento di tratti su strati
esterni per segnalii di clock a meno
di 500 mil.
I tradizionali router automatici
non erano in grado di gestire questi
circuiti stampati ad alta densità
con interfacce ad elevata velocità
che richiedono un puntuale rispetto
vincoli delle regole (spesso ricavate
dalla simulazione alla ricerca di prestazioni
ottimali sul circuito stampato).
PCB giugno 2013
67

68 PCB giugno 2013
Per ridurre il tempo di progettazione
di queste schede, occorre fare
una pianificazione di “interconnessione”
globale per lo sbroglio di segnali
ad elevata velocità e dunque critici
sul progetto. Utilizzare poi il feedback
fornito dagli strumenti di pianificazione,
per regolare la migliore strategia
di sbroglio.
Le soluzioni classiche di sbroglio
sono incentrate sulla connettività
point-to-point. L‘unico approccio
globale è la prioritizzazione delle
connessioni con vincoli su segnali
punto-punto.
La pianificazione e lo sbroglio globali
consentono agli utenti di pianificare
i percorsi per i segnali critici. Il
feedback proveniente dall‘ambiente di
pianificazione e sbroglio globale consente
agli utenti di migliorare la capacità
di routing di questi segnali critici
riducendone il tempo necessario per l
loro implementazione.
CPU multi-core o computer
con CPU multiple
La maggior parte dei personal
computer moderni è dotata di processori
dual core. Le workstation dedicate
alla progettazione sono generalmente
dotate di più core in una
CPU. Le server farm esistono già
da tempo e utilizzano molti computer
collegati in rete per le attività che
richiedono elevate risorse di calcolo.
In entrambi i casi, molte applicazioni
traggono vantaggio dal fatto di
poter sfruttare più CPU, sia che siano
integrate in un solo computer o in
vari computer. Le applicazioni comprendono:
• Solution Space Exploration (varie
simulazioni simultanee) per l’analisi
dell’integrità dei segnali digitali;
• analisi parametrica Monte Carlo
per i segnali analogici;
• controllo batch delle regole di progetto.
Piano di release prevedibile
e affidabile
Poter disporre di un piano per il rilascio
delle nuove release prevedibile e
affidabile consente di pianificare l’adozione
di queste release sulla base del
valore dei miglioramenti in esse contenuti.
Il passaggio a una nuova release
può essere dispendioso in termini
di tempo, soprattutto se si è sfruttata
la possibilità di personalizzare i tool di
base attraverso le estensioni sviluppate
internamente o tramite tool di terzi
terze parti. Una piattaforma software
ad architettura aperta che funziona
insieme a tool di terze parti offre pre-
stazioni migliori per l’adozione rapida
di nuove release nelle quali sono state
implementate produttività, semplicità
d’uso e altri approcci innovativi.
Divide et impera II -
Outsourcing
Nel corso degli anni, molte aziende
hanno affidato in parte o per intero ad
agenzie di servizi esterne il layout dei
circuiti stampati. Molte grandi aziende
globali hanno aperto centri di progettazione
in aree a basso costo come
India e Cina, sperando che il lavoro di
due giorni venga fatto in uno per via
della differenza di fuso orario.
L’outsourcing pone le aziende davanti
ad una nuova serie di problemi
legati alla collaborazione. In tali casi
è fondamentale comunicare e condividere
l’intero progetto, il quale implica
non solo la tradizionale connettività
(le parti e come esse sono connesse)
ma anche i vincoli ai quali queste
parti e questi segnali devono attenersi.
Senza regole di comunicazione,
il ciclo di progettazione diventa lungo,
arduo e, peggio ancora, molto costoso.
La motivazione completa per
l’outsourcing potrebbe rivelarsi un nulla
di fatto se i vincoli non fossero incorporati
nel progetto.
Fig. 7 - La pianificazione e lo sbroglio globali consentono agli utenti di pianificare i percorsi per i segnali critici

Fig. 8 - Con macchine multicore i problemi di progettazione, naturalmente,
si moltiplicano
Dopo aver completato il layout e
averlo rinviato per la revisione e l’approvazione,
occorre adottare due approcci:
innanzitutto, verificare se, per
qualche motivo, sono stati modificati
dei vincoli (è necessario raggiungere
dei compromessi: quali modifiche
sono state apportate e quelle apportate
sono accettabili?). In secondo luogo,
effettuare una verifica post-layout per
accertarsi che l’implementazione fisica
realizzata funzioni entro limiti accettabili.
Utilizzare un’architettura aperta
Un’architettura aperta offre la libertà
di scegliere tool di terzi terze parti.
Tutti i fornitori affermano di disporre
di un’architettura di questo tipo:
spesso, però, si scopre troppo tardi
come dovrebbe essere fatta realmente
un’architettura veramente aperta.
Un’architettura aperta può aiutare ad
abbreviare il ciclo di progettazione in
due modi. Il primo è fornendo un accesso
semplice ai dati di progettazio-
ne per l’uso interno o per l’uso con tool
di terze parti. I dati di progettazione
sono archiviati in un database binario
o un database ASCII? È possibile
estrarre facilmente le informazioni
dal formato binario senza dover
scrivere un programma specifico?
Che capacità hanno i fornitori di terze
parti di integrare i propri tool nei
dati del progetto nel formato del fornitore
principale?
Avere a disposizione un metodo
per estrarre le informazioni necessarie
ad uso interno (documentazione,
report, ecc.) può essere molto utile
e può ridurre notevolmente il tempo
necessario per ciascun progetto. Molti
tool offrono la generazione di report,
alcuni sono personalizzabili. La capacità
di creare il proprio report non appena
si presenta la necessità consente
di dedicarsi al proprio progetto anziché
“lottare” con i tool e i relativi fornitori.
Il secondo è la personalizzazione
del tool per gestire le estensioni svi-
luppate internamente. Il tool permette
di personalizzare la User Interface
(GUI, menu, ecc.)? Consente di aggiungere
le vostre estensioni, sia allo
scopo di generare report sia per un’applicazione
più specifica per colmare
una lacuna nell’attesa che il fornitore
riesca a soddisfare le proprie esigenze?
Essere in grado di ampliare il sistema
è importante. Il supporto per queste
estensioni non deve essere necessariamente
coerente da una release all’altra
per 5-10-12 anni. Le estensioni devono
funzionare con i tool della stessa
famiglia, non devono presentare una
discontinuità nel passaggio a progetti
avanzati, quando si usano versioni
evolute dello stesso strumento.
Conclusioni
Nell’ambiente odierno, caratterizzato
da una maggiore complessità di
progettazione e una pressione continua
verso la riduzione del tempo di
authoring e implementazione di un
progetto, gli ingegneri devono sfruttare
tutte le tecniche e i trucchi possibili
per creare rapidamente un prodotto
differenziato.
Al minimo, è necessario utilizzare
un flusso di progettazione basato sui
vincoli in un ambiente aperto che eviti
iterazioni di progettazione inutili o
la rigenerazione di schemi elettrici, e
consenta ai team di lavorare in modo
efficiente. Le innovazioni più recenti,
quali l’authoring di progettazione
multi-stile, la pianificazione e
il routing globale, e la co-progettazione
FPGA-circuito stampato consente
ai team di creare prodotti differenziati
in modo molto più veloce rispetto
agli approcci tradizionali. Gli utenti
di queste tecnologie hanno riferito
riduzioni del ciclo di progettazione fino
al 40%.
Cadence
www.cadence.com
PCB giugno 2013
69

70 PCB giugno 2013
▶ OLTRE I PCB - NOZIONI
L’evoluzione
tecnologica dei display
Un display OLED è basato sulla tecnologia Organic Light Emitting Diode,
che permette di realizzare schermi a colori con la capacità di emettere luce
propria, ciò a differenza degli LCD che vengono illuminati da una fonte
esterna. Questo permette di realizzare display molto più sottili (addirittura
arrotolabili) che richiedono minori quantità di energia per funzionare
di Dario Gozzi
A
causa della natura monopolare
degli strati di materiale
organico, i display OLED
conducono corrente solo in una direzione,
comportandosi quindi in modo
analogo a un diodo da cui il nome di
OLED, per similitudine con i LED.
LED e OLED producono ambedue
luce per mezzo di materiale semiconduttore,
sono in grado di creare
eff etti cromatici decisamente migliori
delle lampade tradizionali e sono
fonti luminose dal consumo bassissimo.
Ci sono però molte diff erenze
tra LED e OLED, ad iniziare dal
modo in cui sono costruiti, per il tipo
di luce che emanano e per il loro utilizzo,
e si integrano gli uni con gli altri
quanto alle possibilità di applicazione.
Rispetto ai display LCD e Plasma,
quelli basati sugli OLED vantano reali
vantaggi in termini di colori molto
più brillanti e luminosi, con un angolo
di visione illimitato e un contrasto
elevatissimo, fi no a 1.000.000:1. Sono
in grado di eliminare il fastidioso “effetto
scia” tipico degli LCD grazie a
un tempo di risposta mille volte più
rapido. I display della famiglia OLED
sono ultrasottili e i consumi bassissimi.
Di contro il problema tecnico più
importante, ma in via di rapido miglioramento,
è la durata degli schermi
OLED che attualmente è inferiore
agli LCD a cristalli liquidi e
agli schermi al plasma. Il materiale
organico tende a perdere la capacità
di emettere luce propria
dopo alcune migliaia di ore di
esercizio, contro le decine di
migliaia delle altre due tecnologie
concorrenti.
Le nuove tecnologie consentono
di creare display per le applicazioni
più diverse, senza rinunciare
al massimo della funzionalità

La tecnologia costruttiva
I materiali organici normalmente
emettono solo luce bianca, ma con
opportuni drogaggi realizzati mediante
composti elettrofosforescenti,
possono emettere nelle frequenze dei
tre colori primari RGB. Ogni punto
del display è composto in realtà dalle
tre sorgenti di luce rossa, verde e blu,
che nell’insieme appare come un singolo
punto il cui colore varia col variare
della singola intensità della luce
emessa dalle tre sorgenti.
Un display OLED è composto da
vari strati sovrapposti, nonostante ciò
lo spessore totale, senza considerare lo
strato trasparente protettivo, è di circa
300 nm (1 nm è pari a 10-9 m).
Il primo strato trasparente ha funzioni
protettive, su di esso viene deposto
uno strato conduttivo trasparente
che funge da anodo. Successivamente
vengono aggiunti tre strati organici,
rispettivamente per l’iniezione delle
lacune (cariche positive), lo strato
coi materiali elettroluminescenti e lo
strato per il trasporto degli elettroni
(cariche negative). A chiudere è uno
strato rifl ettente con funzione di catado.
Applicando tensione tra catodo
(negativo) e anodo (positivo) si stimola
il materiale organico a produrre
luce visibile attraverso lo strato protettivo
trasparente.
AMOLED
L’active matrix organic light emitting
diode è una tecnologia utilizzata
nella realizzazione di schermi piatti
fl essibili. Fanno parte della famiglia
dei display OLED, ma hanno la particolarità
di costituire un display a matrice
attiva che ingloba una struttura
di transistor. Ne sono assegnati almeno
due per ciascun pixel; connessi
in sequenza ad anodo e catodo, il loro
compito è quello di tenere attivo ciascun
pixel fi no alla scansione successi-
Confronto tra tecnologia PenTile e la tecnologia tradizionale RGB. La prima offre
un miglior dettaglio grafi co e colori più luminosi
va. I display AMOLED sono costruttivamente
più complessi e quindi più
costosi dei display OLED tradizionali,
ma off rono immagini qualitativamente
più luminose e meglio defi nite rispetto
a quelli passivi, grazie anche a una
frequenza di aggiornamento maggiore
rispetto ai semplici display OLED. I
consumi sono signifi cativamente bassi,
caratteristica che permette agli schermi
AMOLED di essere applicati nei
dispositivi elettronici portatili, dove
il consumo elettrico grava sulla durata
della batteria. Di contro gli schermi
AMOLED potrebbero presentare
problemi di lettura quando si osservano
in presenza di luce solare.
La tecnologia super AMOLED
viene realizzata su matrice Pen Tile
(a marchio Samsung) ed è un’evoluzione
della precedente; off re maggior
luminosità, minori consumi, minori
rifl essi della luce solare, e permette
di costruire prodotti più sottili.
Super AMOLED Plus è un’ulteriore
evoluzione della tecnologia capace
di off rire, grazie a una quantità maggiore
di subpixel un più elevato dettaglio
grafi co.
Nella matrice Pen Tile RGBG ogni
pixel è composto da due coppie di subpixel
rosso, verde, blu e verde (con l’ordine
del rosso e del blu invertite nelle
due coppie), il sub-pixel verde ha dimensione
inferiore rispetto al rosso e al
blu. Con questa combinazione si utilizzano
due sub-pixel per ogni pixel,
questo vuol dire che per defi nire un
colore in modo corretto serve l’utilizzo
di più pixel, il che fa sì che la risoluzione
eff ettiva sia inferiore alla risoluzione
in pixel. La versione PenTile RGBW
utilizza il bianco al posto del secondo
verde, ha inoltre una dimensione omogenea
dei sub-pixel. Nell’insieme si ottiene
una maggiore versatilità del pixel
in quanto la luminosità viene in parte
separata dal colore, anche l’alimentazione
richiesta dai sub-pixel è inferiore
il che ne permette una maggior
durata nel tempo.
PHosphorescent Organic
Light-Emitter Diode
I display PHOLED si basano su
LED organici fosforescenti che lavorano
consumando pochissima poten-
PCB giugno 2013
71

72 PCB giugno 2013
Una delle prime applicazioni dei
display flessibili è quella militare.
Nella foto uno schermo applicato sulla
mimetica di un soldato
za, mantenendo di massima la stessa
struttura dei display AMOLED.
L’efficienza di questi display è molto
elevata risultando ben 4 volte più efficienti
rispetto ad altri display OLED,
il che si traduce in minori consumi e
più durata della batteria per i dispositivi
mobili; hanno colori più brillanti
rispetto agli AMOLED, mentre il
nero è molto più reale che non con altre
tecnologie.
I display PHOLED sono prevalentemente
realizzati con matrice
RGB, ma sono allo studio nuovi sistemi
di emissione di luce che fanno
uso dei colori giallo e arancione come
aggiuntivi ai colori primari rosso,
blu e verde.
Costruttivamente un film TFT
(Thin Film Transistor) poggia su di
un substrato e una passivazione lo divide
dalla griglia anodica. Sopra la
griglia è deposto lo strato PHOLED
che genera la luce RGB; un catodo e
un film trasparente protettivo chiudono
il display.
Il display PHOLED è una tecnologia
proprietaria della Universal
Display Corporation, azienda che
ha avviato lo sviluppo dei display
PHOLED durante lo scorso decennio
iniziandone la commercializzazione
nel 2003.
Il processo produttivo gode di un
alto grado di versatilità, dovuta ai materiali
con cui sono realizzati i display
che possono soddisfare vari standard
di applicazione a seconda dell’utilizzo
per cui sono stati pensati, garantendo
una lunga durata negli anni. In un
contesto più generale e non solo tecnologico,
sono dei display che possono
ridurre di molto l’esigenza di sfruttare
le energie non rinnovabili, fattore
che si traduce anche in meno rifiuti
da smaltire con relativo basso impatto
ambientale.
Photo-enforced
Stratification
Un nuovo e rivoluzionario processo
di fabbricazione apre la strada a
display LCD più economici, sottili e
leggeri e dalla libera forma; gli schermi
possono essere realizzati su una
grande varietà di substrati, compresi
i materiali plastici, rendendo possibili,
per esempio, grandi “paintable
display” sulle pareti di una stanza, su
tende o display flessibili integrati negli
abiti.
Realizzare un display completo
semplicemente stampando un certo
numero di layer su un qualsiasi materiale
di supporto può sembrare incredibile
a chiunque abbia una certa familiarità
con le molte fasi e con i tempi
del processo produttivo attualmente
usato nella produzione di display
tradizionali.
Eppure questo sta diventando
molto vicino alla realtà grazie ad
una nuova rivoluzionaria tecnologia
produttiva per i display a cristalli
liquidi. Tradizionalmente i display
LCD sono realizzati con la cosiddetta
cell-technology, in cui due lastre
di vetro contenenti elettrodi, filtri
di colore, switching e cosi via, sono
attentamente sistemati e posizionati
tramite spaziatori, cosicché si
vengano a formare celle dello spessore
desiderato. Le celle sono riempite
con cristalli liquidi mediante un
costoso procedimento chiamato vacuum
suction.
Con la tecnologia Photo-enforced
Stratification l’intero display viene realizzato
dall’inizio alla fine su un singolo
strato mediante stampe successive
degli strati funzionali.
Una complessa miscela contenente
cristalli liquidi e materiali polimerici,
viene applicata a stampa so-
Substrati, dimensioni e applicazioni senza limiti o quasi per i flex display

I supporti flessibili sono la nuova frontiera dell’elettronica che si fonde naturalmente con la fisica e la chimica
pra il substrato. Successivamente, lo
strato viene esposto ai raggi ultravioletti
che provocano la separazione
della miscela in due distinti elementi:
una parte a cristalli liquidi e
una parte polimerica. Distribuendo
l’irradiazione in due fasi successive,
si ha la formazione di celle chiuse di
cristalli liquidi.
Durante la prima fase, mediante
mascheratura solo una parte dello
strato viene esposta: questo provoca
la formazione di pareti polimeriche
che vanno a costituire i confi-
Samsung usa i display Amoled per realizzare telefoni di nuova generazione
ni di ogni singola cella; durante la
seconda fase lo strato viene esposto
completamente, garantendo la formazione
di uno strato di cristalli liquidi
sulla parte posteriore aderente
al substrato ed uno strato polimerico
di copertura sulla superficie delle
celle. A questo punto non è più necessario
applicare un vetro di protezione
e questo non solo riduce i costi
ma consente di ottenere display
particolarmente sottili.
C’è grande libertà di scelta nei materiali
da usare a livello di supporto,
per esempio, un supporto plastico
sottile apre la strada alla realizzazione
di display flessibili. Il processo
si presta facilmente alla realizzazione
di display con procedimento reelto-reel,
una tecnologia a basso colto
per la realizzazione di grandi superfici,
per mezzo della quale la realizzazione
dei dispositivi avviene direttamente
su grandi fogli che scorrono in
modo continuato durante il processo
produttivo.
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74 PCB giugno 2013
▶ AZIENDE E PRODOTTI - STRATEGIE LOCALI E GLOBALI
Crescere e produrre
in Valdarno
In Toscana si è sviluppata una realtà produttiva
tenacemente legata al territorio. Power-One è
costantemente cresciuta negli anni senza mai
rinunciare a ricercare, sviluppare e produrre in
Valdarno, la propria terra d’origine
di Dario Gozzi
Il titolo dell’articolo avrebbe potuto
suonare come “superare il campanilismo
locale per reggere il
confronto internazionale”. In realtà
è quanto è stato fatto nel corso
degli anni da tutto il management di
Power-One, azienda toscana che nei
vari decenni dal ’69 a oggi ha saputo
crescere e far crescere il suo indotto,
per arrivare ai primi posti nella classifica
internazionale dei produttori di
sistemi per l’energia.
Il problema, se di problema si può
parlare, non è solo di competitività
e quindi anche di costo puro della
manodopera, che oltretutto incide
per meno del 10% sul costo del prodotto
finale, la vera questione verte
sul fatto che i prodotti devono essere
venduti a un mercato che è principalmente
occidentale e quindi il valore
aggiunto della presenza produttiva
in Italia è e rimane un valore importante.
Un complesso industriale
di primaria importanza
Lo stabilimento sorge a Terranuova
Bracciolini (AR) su una superficie di
20.000 m 2 e impiega circa 600 addetti
di cui un terzo nella R&D. È l’unico
centro Power-One (da poco entrato a
far parte della galassia ABB) a livello
mondiale per ricerca e sviluppo di inverter
fotovoltaici ed eolici. L’azienda è
organizzata affinché partendo dai materiali
in ingresso si arrivi a far uscire il
prodotto finito e collaudato.
La produzione dei pcb avviene su
quattro linee, mentre una quinta è dedicata
alla prototipazione.
Le linee sono organizzate di modo
che ogni singolo set-up a bordo della
pick and place possa servire per l’assemblaggio
di numerosi codici di pcb
per la cui realizzazione sia necessario
cambiare solo il telaio serigrafico.
Nell’ottica dell’ottimizzazione del
flusso produttivo, a fine linea è stato
eliminato il test in-circuit, dopo la
rifusione il controllo è eseguito da un
AOI. La correttezza del componente
è assicurata dalla sua verifica elettrica
al momento del cambio della bobina
sulla P&P. L’insieme delle varie
azioni di ottimizzazione ha portato
non solo a far sì che un solo operatore
possa gestire tutto il reparto,
ma ad attestare il livello di difettosità
sugli 80ppm. Nell’area è presente
anche un sistema X-Ray che lavora
fuori linea solo per la messa a punto
del processo. I lotti di produzione sono
lanciati a numero chiuso, pertanto
un eventuale pcb difettoso viene su-

Staff di ingegneri nell’impianto produttivo di PowerOne a Terranuova Bracciolini (AR)
bito riparato, per assicurare che il lotto
non risulti incompleto.
In Power-One si viaggia con la cultura
Lean che ha come obiettivo la creazione
di valore agli occhi del cliente.
Questo vuol dire che tutti i processi
che costituiscono la supply chain devono
essere orientati alla creazione di
valore rispetto a un ben preciso sistema
di riferimento che altri non è se non il
cliente.
Questa visione ha costituito il punto
di partenza per ridisegnare i processi
che compongono l’intera filiera.
All’interno dell’azienda è stata ridisegnata
la supply chain partendo
dal cliente, ripensando a tutto ciò che
vuole ricevere dal proprio fornitore.
Assodato il prestigio del proprio brand
globalmente riconosciuto dal mercato,
il management ha lavorato sul livello
del servizio e sulla rapidità della fornitura
nel raggiungere il cliente, ponendosi
come obiettivo di essere superiori
ai competitor nella sua cura.
La flessibilità è stata la successiva dimensione
analizzata nella costruzione
della supply chain che è stata appunto
progettata tenendo ben saldi i due
riferimenti della rapidità e della flessibilità.
La riuscita del progetto è dovuta
anche al pieno coinvolgimento del
personale nelle strategie aziendali, in
quanto il miglioramento delle attività
è sempre frutto di un’azione interfunzionale.
La condivisione del know-how lungo
tutta la catena di fornitura consente
inoltre di eliminare colli di bottiglia
e rallentamenti, così come gli obiettivi
condivisi consentono di ridurre al minimo
i livelli di scorte.
La ricerca e sviluppo
La linea guida è stata ed è la sfida
continua posta dallo studio di nuovi
prodotti e innovative soluzioni che
soddisfino le sempre maggiori richieste
di energia pulita e di risparmio
energetico.
Dal 2011 è in atto un forte impegno
nella riorganizzazione dei laboratori di
ricerca, ridisegnandone l’organizzazione
con la stessa filosofia che ha guidato
i cambiamenti nella catena di fornitura.
Sono state ampliate le aree di ricerca
e completamente rinnovate le infrastrutture,
gli strumenti e i metodi di
lavoro. L’azienda dispone di 5.000 m 2
super attrezzati dove oltre 200 persone
specializzate nella conversione di potenza
e nello studio dei sistemi di controllo
realizzano le soluzioni del futuro.
Pensa locale e competi
globale
A supporto dell’impianto principale
è stato sviluppato un indotto
locale che conta varie centinaia
di persone dislocate in un raggio di
5 km da Terranuova Bracciolini, sede
dell’azienda, a cui è stato trasmesso
il valore premiante della flessibilità e
della qualità. Dal giugno 2010 è partito
il Consorzio Terra Nuova dove dieci
piccoli fornitori storici locali si so-
no organizzati per competere col mercato
estero, trasformando una rete di
piccole imprese in un’organizzazione
da grande impresa, facendo leva anche
sui costi d’acquisto della componentistica
e delle materie prime (negoziate
da Power-One).
Questa innovativa soluzione nell’insieme
consente di produrre a prezzi
competitivi con la manodopera cinese
permettendo però un controllo qualitativo
e di processo che sarebbe impossibile
in Cina o in altri paesi dell’area
EMEA. Questo ha permesso di sviluppare
una filiera corta e leggera che
ha saputo reagire tempestivamente alle
richieste del mercato garantendo al
tempo stesso costi competitivi. I costi
logistici sono molto ridotti. Inoltre, la
vicinanza ha permesso il trasferimento
al meglio dei processi industriali e della
best practices in uso, assicurando la
qualità elevata desiderata.
“Certo non è possibile competere e
confrontarci con il Far-East in termini
di costo del lavoro”, racconta Luciano
Raviola, direttore operativo di Power-
One. “Il terreno su cui possiamo competere
e batterli è la progettazione di
processi industriali robusti, flessibili,
leggeri e affidabili al tempo stesso.
La filiera corta, orientata all’integrazione
dei fornitori nei processi Power-
One, rappresenta una leva competitiva
che ha consentito la nostra crescita negli
ultimi quattro anni”.
Power-One
it.power-one.com
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75

76 PCB giugno 2013
▶ AZIENDE E PRODOTTI - REWORK
A ognuno
il proprio stilo
Le odierne applicazioni di elettronica spesso
combinano tecnologie diverse, ma ognuna
conserva le proprie specifi che esigenze. Per questo
Weller propone un’ampia gamma di punte e
soprattutto varie tipologie e tecnologie di saldatori
di Luca Conte, Apex Tool
Lavorando in elettronica spesso
si passa da microsaldature
a grosse piazzole con elevata
richiesta termica, da saldature standard
a schermi e dissipatori, o ci si
trova a lavorare su un circuiti con
substrato in alluminio, piuttosto che
su cablaggi.
In molti si limitano a cambiare la
punta del saldatore, adattandola alle
dimensioni della piazzola; ciò spesso
non è suffi ciente o conveniente. Per
queste ragioni Weller ha studiato e
realizzato non solo un’ampia gamma
di punte, ma anche di utensili caratterizzati
da varie potenze operative.
Con tecnologie specifi che sono pilotati
da unità di controllo che dispongono
da uno a tre canali, dalla
semplice tecnologia analogica a
quella digitale più sofi sticata delle
stazioni touchscreen WX.
Il servizio tecnico Weller, presente
su tutto il territorio nazionale, affi anca
i distributori qualifi cati nella gestione
del supporto al cliente per trovare
la soluzione più appropriata, oltre
che nell’organizzazione dei corsi formativi
sul corretto uso e manutenzione
degli utensili di saldatura.
Partendo dal presupposto che si
dovrebbe sempre lavorare alla temperatura
più bassa possibile, utilizzando
la punta più larga applicabile, bisogna
identifi care l’utensile più idoneo tra
quelli proposti. Weller, oltre a off rire
una vasta e completa scelta di punte
saldanti, peraltro in continuo ampliamento,
dà la possibilità di scegliere
fra tre diff erenti tecnologie, identifi
cate ognuna da specifi che peculiarità
e con diverse potenze.
A seconda delle dimensioni della
superfi cie di contatto (piazzola o
giunto da saldare) e della richiesta

Fig. 1 - Tabella per la valutazione dell’utensile più idoneo a seconda della richiesta termica (asse Y)
e superficie di contatto (asse X)
termica (definita dalle connessioni a
massa e dal tipo di componente), con
l’aiuto della tabella riportata in Fig. 1
si può facilmente individuare l’utensile
più idoneo per la specifica lavorazione.
Individuare e utilizzare l’utensile
più appropriato permette di ridurre
le temperature operative e di accorciare
i tempi, ottimizzando così il
processo e allungando parallelamente
la vita delle punte. In pratica permette
di ottenere i migliori risultati operativi
coi minori costi di gestione.
Active Tips – Punte attive
Tale sistema utilizza due micro
utensili basati sulla tecnologia a punte
attive, con sostituzione veloce. Le pun-
te integrano il sensore di temperatura
e la resistenza, offrendo tempi di riscaldamento
rapidissimi (100 °C/sec).
Il calore, che viene prodotto direttamente
in punta esprimendo al massimo
le prestazioni di riscaldamento,
rende questa tecnologia impareggiabile
su microsaldature con elevata richiesta
termica.
Uno dei due utensili è il microstilo
da 55 W (WMRP o WXMP), perfetto
per piccole e micro saldature, dove
è comunque richiesta un’elevata potenza
termica. Piccolo, leggero e dalle
eccellenti prestazioni, è particolarmente
apprezzato nell’utilizzo sotto
un microscopio.
La micropinza termica (WMRT o
WXMT), composta da due teste da
40 W ognuna, è praticissima invece
per saldare e dissaldare chip SMD
anche molto piccoli (tipo 0402, 0306)
così come per la dissaldatura di componenti
dual-in-line grazie all’ampliamento
della gamma di punte.
Entrambi gli utensili sono disponibili
anche nella versione Military
Standard (MS), che protegge maggiormente
il sensore in applicazioni
dove alto è il rischio di presenza di
cariche elettrostatiche o correnti parassite,
a cui questa tecnologia è particolarmente
sensibile. Nelle versioni
standard (WMRP e WMRT) i relativi
supporti sono provvisti di magnete
che porta in standby o allo spegnimento
(istantaneamente o con ritardo
preprogrammabile) gli utensili quan-
PCB giugno 2013
77

78 PCB giugno 2013
Fig. 2 - Panoramica stili Fast Response
(WXP 65, WXP 120, WXP 200)
do vengono riposti. Per la famiglia
WX sono disponibili i micro utensili
WXMP e WXMT, che utilizzano
le stesse punte delle versioni standard,
ma che integrano un sensore di movimento
(per gestire lo standby) e la
memoria per la programmazione dei
parametri operativi.
Fast Response – Risposta
veloce
Gli utensili di questa famiglia stanno
riscontrando un ottimo successo
sul mercato in quanto rappresentano
un’innovativa soluzione che risponde
pienamente alle richieste dell’elettronica
moderna, offrendo tre potenze
per coprire applicazioni differenti
(ved. Fig. 2). Tale famiglia utilizza
punte che rivestono la resistenza alla
perfezione, garantendo un contatto
ottimale con il sensore e sfruttandone
al massimo l’efficienza termica.
Il microstilo da 65 W (WP 65 o
WXP 65) è ottimo per microsaldature
con elevata richiesta termica e rappre-
senta una valida alternativa alla tecnologia
a punte attive per contenere i
costi di gestione. È veloce nel portarsi
in temperatura e presenta una resistenza
sottile per facilitare il lavoro in
zone con la presenza di componenti
che ne ostacolano l’accesso.
Lo stilo da 120 W (WP 120 o
WXP 120) è piccolo e leggero, ma
termicamente molto potente, indicato
per le saldature di medie e grandi
dimensioni, con elevata richiesta termica.
Lo stilo da 200 W (WP 200 o
WXP 200) dispone di una notevole
potenza termica adatta per applicazioni
su giunti di grosse dimensioni,
con elevatissima richiesta termica.
I saldatori della famiglia Fast
Response combinano velocità di riscaldamento,
prestazioni eccellenti
e costi di gestione contenuti. Tutti
gli utensili sono disponibili nella versione
standard (WP 65, WP 120,
WP 200) oppure nella versione WX
(WXP 65, WXP 120, WXP 200). Le
punte sono compatibili tra le due versioni
(a parità di potenza), ma nella
versione WX le prestazioni vengono
enfatizzate grazie alla comunicazione
digitale tra sensore e unità di controllo,
con il controllo fatto da un firmware
particolarmente intelligente. La gestione
operativa è facilitata grazie al-
Fig. 3 - Struttura costruttiva di una punta
la memorizzazione dei parametri, alla
possibilità di impostarli direttamente
dalla centralina o tramite software
dal pc o, ancora, tramite memory
card USB. La presenza dell’anello a
LED consente di riconoscere istantaneamente
lo stato dell’utensile (luce
fissa = “pronto a lavorare”, luce lampeggiante
= “standby o in riscaldamento”,
luce spenta = “spento”), mentre
il sensore di movimento integrato
nell’utensile lo porta automaticamente
a riposo quando non utilizzato, dopo
un tempo preimpostato.
Silver Line – Linea Argento
Silver Line è la linea storica e di
uso universale: gli stili WSP 80 e
WP 80 con le punte LT da oltre 15
anni sono tra i più usati al mondo in
ambito professionale per una vastissima
gamma di applicazioni. Gli 80
W di potenza e la vastissima gamma
di punte a basso costo riescono a
soddisfare le esigenze che vanno dalla
microelettronica alle saldature di
medie-grandi dimensioni. Di questa
famiglia fa parte anche il WSP 150,
stilo saldante da 150 W per applicazioni
gravose.
Gli utensili della famiglia WX non
utilizzano questa tecnologia, ma solo
le due precedentemente illustrate.

Fig. 4 - Il logo
Weller Genuine è
stato introdotto
a garanzia
dell’originalità
dei prodotti
Nuove leghe saldanti WSW
e nuove punte
A un paio di anni di distanza dal lancio
sul mercato della lega saldante a marchio
Weller, ottimi feedback arrivano dagli
utilizzatori che stanno utilizzando il filo
WSW. Grazie alle ottime caratteristiche
chimiche e fisiche, l’utilizzo della Weller
WSW SAC come minimo raddoppia la
vita delle punte (in alcuni casi si torna ai
livelli riscontrati con leghe al piombo),
velocizza le operazioni di saldatura e diminuisce
i tempi di manutenzione.
A seguito di questi ottimi riscontri
ricevuti dal mercato la proposta è stata
ampliata e oltre alla già apprezzata SAC
(Sn3.0Ag.5Cu) è ora disponibile anche
la versione SC (Sn0.7Cu), ambedue in
rocchetti da 500 gr con diametri compresi
tra 0,5 mm e 1,2 mm (per SAC anche
0,3 mm e 1,6 mm).
Una delle caratteristiche che le contraddistinguono
è l’omogenea distribuzione
del flussante lungo tutto il filo; sono
disponibili nelle versioni con flussante
mediamente attivato (M1, No-clean)
e senza alogenuri L0.
Per avere il meglio da questa lega, e
ottimizzare le prestazioni nelle microsaldature,
la divisione R&D di Weller ha
sviluppato una versione speciale di punte
denominata HS (High Speed, alta velocità),
disponibile per punte LT e XNT
di larghezza pari o inferiori agli 1,6 mm.
La versione HS prevede un ridotto strato
di ferro e una più ristretta area bagnabile,
fatto che consente a queste punte di
essere più veloci nel trasferire il calore,
riuscendo a lavorare con dotazione standard
su piazzole difficili da saldare.
Alla già completa gamma di punte, oltre
alla versione HS, sono stati aggiunti
recentemente ulteriori 31 nuovi modelli
per soddisfare tutte le esigenze. Il panorama
delle punte risulta ancor più ricco
e si può scegliere così tra punte lunghe,
corte, ad ago, a cacciavite, a lama (tipo
KN, per PLCC), a cucchiaino (tipo
GW, per saldature a strisciamento), dritte,
curve o inclinate, bagnabili o non bagnabili
tipo NW. Queste ultime sono
punte particolarmente utili per saldare
chip SMD piccolissimi, dove la lega non
bagna la punta (che quindi non trattiene
il componente), ma scarica solo il calore.
(Ved. Fig. 3)
Weller Genuine
Un’amplissima gamma di punte, vari
livelli di potenza, quattro differenti tecnologie
(considerando la Standard Line,
per lavorazioni con bassa richiesta termica),
il tutto per fornire la soluzione più
adatta a ogni specifica applicazione. Per
usufruire appieno della garanzia del produttore
e ottenere il massimo in termini
di prestazioni e durata operativa, bisogna
utilizzare esclusivamente parti originali
Weller acquistabili dai distributori
qualificati. Solo le punte originali
Weller garantiscono un perfetto contatto
tra punta e sensore/elemento riscaldante,
garantendo il massimo delle prestazioni
ed evitando di correre il rischio
di danneggiamenti o rotture. A supporto
degli utenti Weller è ora disponibile una
nuova brochure, specifica per l’argomento
punte e saldatori, che si può scaricare
dal sito www.weller.eu (disponibile anche
in italiano) nella sezione download.
I sistemi di saldatura e di rilavorazione
Weller soddisfano i requisiti dettati dalla
normativa IPC J-STD001 D; nelle versioni
digitali è anche possibile mantenere
ai massimi livelli le prestazioni come
la precisione e la stabilità, tramite la verifica
periodica e l’impostazione dei valori
di offset e di calibrazione.
Apex Tool Srl
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80 PCB giugno 2013
Fabbricanti di
circuiti stampati

Rubrica dedicata ai più importanti costruttori
di PCB, provvista di singole schede
personalizzate e descrizioni dettagliate
delle attività di ogni produttore di
circuiti stampati. Vengono raccolte in
questa sezione aziende che operano su diverse
tipologie di prodotti: dai monofaccia ai doppio
strato, dai multistrato ai fessibili, dai rigidi-fl essibili
ai più avanzati prodotti della printed electronics.
Produttori di circuiti stampati
pubblicati in base al logo di fabbricazione
Nel corso di tutto il 2013 questa sezione dedicata ai fabbricanti di circuiti stampati verrà aggiornata mensilmente.
Se siete interessati a comparire su queste pagine per ulteriori informazioni contattare il numero 02 30.22.60.60
Informativa ex D. Lgs 196/3 (tutela della privacy).
Il Sole 24 ORE S.p.A., Titolare del trattamento, tratta, con modalità connesse ai fini, i Suoi dati personali, liberamente
conferiti al momento della sottoscrizione dell’abbonamento od acquisiti da elenchi contenenti dati personali
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D.Lgs n. 196/03, per inviarLe la rivista in abbonamento od in omaggio.
Potrà esercitare i diritti dell’art. 7 del D.Lgs n. 196/03 (accesso, cancellazione, correzione, ecc.) rivolgendosi al
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Firma __________________________________________________________________________________data ______________________________________
PCB giugno 2013
A
B
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81

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