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pcb [2016/04/13 06:52] – [Considerazioni pratiche per i circuiti stampati realizzati a scuola] admin | pcb [2020/09/27 16:49] – [Fasi finali] admin | ||
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Linea 1: | Linea 1: | ||
====== Circuiti stampati (PCB) ====== | ====== Circuiti stampati (PCB) ====== | ||
- | **Premessa** La pagina contiene tre parti: | + | ===== Note generiche sulla progettazione di circuiti elettronici ===== |
- | * la prima parte è solo un accenno dell' | + | |
- | * la seconda è sull' | + | |
- | * la terza è sull' | + | |
- | + | ||
- | ====== 1 Note generiche sulla progettazione di circuiti elettronici | + | |
Passaggi nella realizzazione di un circuito stampato: | Passaggi nella realizzazione di un circuito stampato: | ||
Linea 12: | Linea 7: | ||
* schematico, schema elettrico del circuito | * schematico, schema elettrico del circuito | ||
* layout, spazio dove collocare i componenti | * layout, spazio dove collocare i componenti | ||
- | * master per fotoincisione | + | * master, stampa |
- | Circuito stampato: supporto in vetronite (FR4) su cui è depositato uno strato di rame; il circuito si ottiene asportando il rame, poi si montano | + | Circuito stampato: |
+ | * supporto in vetronite (FR4) su cui è depositato uno strato di rame | ||
+ | * il circuito si ottiene asportando il rame in eccesso | ||
+ | * foratura del PCB in corrispondenza delle piazzole | ||
+ | * montaggio e saldatura dei componenti | ||
Tecnologie per realizzare il circuito stampato: | Tecnologie per realizzare il circuito stampato: | ||
- | * master e fotoimpressione; obsoleta, usata a scuola perché più semplice | + | * master e fotoimpressione: è obsoleta |
- | * si fa produrre la scheda all' | + | * si fa produrre la scheda all' |
- | Quando | + | Quando |
Passaggi: | Passaggi: | ||
- | * schematico | + | * schematico |
* controllo che ogni componente abbia il suo footprint | * controllo che ogni componente abbia il suo footprint | ||
* viene generata una **netlist** che trasferiremo ad un altro software | * viene generata una **netlist** che trasferiremo ad un altro software | ||
* creo il layout | * creo il layout | ||
- | * devo sapere come collegare tra loro i terminali (o piedini) dei vari componenti (i software che utilizziamo ci guidano in questa operazione mostrando con delle linee i collegamenti fare) | + | * devo sapere come collegare tra loro i terminali (o piedini) dei vari componenti (i software che utilizziamo ci guidano in questa operazione mostrando con delle linee giuda i collegamenti fare) |
- | La scheda viene mostrata come un rettangolo con tutti i componenti disposti all' | + | La scheda viene mostrata come un rettangolo con tutti i componenti disposti all' |
- | Fattori | + | Fattori |
- | * costo | + | * numero e da tipo dei componenti |
- | * tecnologia | + | * dimensioni del PCB |
+ | * tecnologia | ||
+ | * PCB single layer o layer multiplo | ||
Definizioni: | Definizioni: | ||
- | * **Single | + | * **single |
- | * **Sbroglio**: realizzare i collegamenti sul circuito stampato senza incrociare le piste (se non è possibile evitare incroci su un solo layer si usano più strati e delle **vie** per collegarli) | + | * **sbroglio**: realizzare i collegamenti sul circuito stampato senza incrociare le piste (se non è possibile evitare incroci su un solo layer si usano più strati/ |
+ | |||
+ | /* | ||
===== Schede elettroniche che realizzeremo ===== | ===== Schede elettroniche che realizzeremo ===== | ||
Linea 46: | Linea 49: | ||
* attuazione | * attuazione | ||
- | Progetti 2016: | + | Progetti |
* scheda POV (// | * scheda POV (// | ||
* shield harvesting energetico per alimentare una scheda Arduino con pannelli fotovoltaici (con misura della tensione prodotta) | * shield harvesting energetico per alimentare una scheda Arduino con pannelli fotovoltaici (con misura della tensione prodotta) | ||
Linea 64: | Linea 67: | ||
* collaudare la scheda | * collaudare la scheda | ||
- | ====== 2 Materiale e attrezzi di laboratorio ====== | + | */ |
- | ===== Il cassetto attrezzi | + | ====== Multisim e Ultiboard ====== |
- | + | ||
- | Ogni studente dispone di un cassetto, numerato e assegnato in base al numero del registro, che contiene gli attrezzi di laboratorio. Gli **studenti sono responsabili del materiale loro assegnato** e tutti gli attrezzi, elencati in un foglio contenuto nel cassetto. Quando si prende il proprio cassetto controllare sempre che ci siano tutti gli attrezzi e che siano sistemati correttamente; | + | |
- | + | ||
- | Contenuto della scatola attrezzi: | + | |
- | * saldatore a 24V (ha una presa italiana) o a 220V (presa tedesca) | + | |
- | * pompetta succhiastagno; | + | |
- | * supporto per schede/ | + | |
- | * pinzetta metallica per componenti | + | |
- | * tronchesino per tagliare la parte eccedente dei reofori | + | |
- | * pinza per piegare/ | + | |
- | * spellafili | + | |
- | * forbici | + | |
- | * spugna per pulire il saldatore | + | |
- | + | ||
- | ===== Il saldatore ===== | + | |
- | + | ||
- | La punta dello stagnatore (o saldatore) va pulita periodicamente. Una punta pulita ha un aspetto grigio e lucido, una sporca è nera ed è riconoscibile un deposito scuro sulla sua superficie. Lo sporco che si forma sulla punta è dovuto agli ossidi che si formano durante la saldatura. Una punta sporca non raggiunge una temperatura adeguata e produce saldature difettose. | + | |
- | + | ||
- | Per pulire la punta è sufficiente una spugna inumidita in acqua distillata. La pulizia va fatta praticamente ad ogni saldatura toccando la spugna. Prima di cominciare a saldare e prima di riporre il saldatore è bene pulire la punta dopo aver sciolto una goccia di stagno (il flussante contenuto nella lega di stagno aiuta ad eliminare l' | + | |
- | + | ||
- | Per pulire una punta molto sporca e scrostare l' | + | |
- | + | ||
- | Il saldatore può essere riposto nella scatola anche caldo ma deve essere sistemato "come si deve". In particolare non deve toccare parti in plastica. | + | |
- | + | ||
- | ===== Lo stagno ===== | + | |
- | + | ||
- | Per saldare si usa una lega di stagno. Oggi si usano leghe senza piombo che non sono tossiche ma fondono a temperature leggermente maggiori rispetto a quelle con piombo. La saldatura un po' più difficile. | + | |
- | + | ||
- | ===== Come si salda ===== | + | |
- | + | ||
- | * la basetta può essere fissata sul supporto o appoggiata sul banco | + | |
- | * il saldatore deve essere efficiente, pulito e ben caldo | + | |
- | * inserire i componenti (prima quelli bassi, poi quelli alti) nei fori e divaricare i reofori per immobilizzarli | + | |
- | * toccare con la punta del saldatore piazzola e reoforo, poi avvicinare lo stagno | + | |
- | * lo stagno si scioglie sulle parti da saldare e si libera del fumo (è il flussante contenuto nella lega di stagno che reagisce con gli ossidi eliminandoli)((il fumo non è tossico ma meglio non respirarlo!)) | + | |
- | * 2-3 secondi di contatto col saldatore sono sufficienti; | + | |
- | * una buona saldatura deve avere una forma a cono, non a goccia (in questo caso si ha una saldatura fredda e che fa un cattivo contatto con la basetta) | + | |
- | * se la saldatura non riesce bene si può tentare di riprenderla o, ancora meglio, rifarla | + | |
- | + | ||
- | ===== Il trapano a colonna ===== | + | |
- | + | ||
- | La basetta va posizionata sopra un supporto di legno. Di solito si fora con punte da 0,8 mm. Diametri maggiori si usano per quei componenti che richiedono punte da 1 mm o 1,25 mm o se si riutilizzano componenti dissaldati sui cui reofori è presente un residuo di saldatura. La punta si fissa con una chiave che serve ad allargare e stringere il mandrino. | + | |
- | + | ||
- | Nei fori di fissaggio si usa una punta da 3 mm. | + | |
- | + | ||
- | **E' indispensabile l'uso degli occhiali protettivi**, | + | |
- | + | ||
- | ===== Come realizziamo i circuiti stampati ===== | + | |
- | + | ||
- | Il 90% degli istituti tecnici usa la tecnica di fotoimpressione e asportazione di rame con cloruro ferrico che usiamo al Pascal. Le alternative sono la fresatura con macchine a controllo numerico o l'uso di soluzioni non tossiche rigenerabili. | + | |
- | + | ||
- | Si parte da piastre presensibilizzate formate da: | + | |
- | * uno strato di bachelite | + | |
- | * un sottile strato di rame (pochi micron) | + | |
- | * un sottile strato di pellicola fotosensibile | + | |
- | + | ||
- | Procedimento: | + | |
- | * si stampa su carta il master del circuito stampato da produrre | + | |
- | * si toglie la pellicola protettiva dalle basette | + | |
- | * si posiziona il master sopra la basetta la si mette nel bromografo per sottoporla all' | + | |
- | * si espone la basetta per un tempo di esposizione che dipende dal tipo di master (9 min con carta, 1' | + | |
- | * con una soluzione di soda tiepida si elimina la pellicola colpita dai raggi UV esponendo il rame | + | |
- | * si elimina il rame esposto col un acido, il cloruro ferrico | + | |
- | * si elimina tutta la restante pellicola fotosensibile con una paglietta (dovrebbe condurre ma la togliamo lo stesso per facilitare la saldatura) | + | |
- | + | ||
- | Dopo queste operazioni si esamina il circuito stampato per verificare la presenza di piste tagliate o rame in eccesso. Per verificare la conduzione si usa il tester come ohmetro (o il test di continuità). Piccoli errori possono essere corretti con saldature o asportando meccanicamente, | + | |
- | + | ||
- | ===== Materiale utilizzato e schede prodotte ===== | + | |
- | + | ||
- | Ogni studente ha un sacchetto di plastica con un' | + | |
- | + | ||
- | Chi vuole può portare a casa la scheda finita pagando il costo dei componenti. | + | |
- | + | ||
- | ====== 3 Multisim e Ultiboard ====== | + | |
===== Multisim ===== | ===== Multisim ===== | ||
Linea 150: | Linea 79: | ||
* la sigla **PCB** sta per //printed circuit board// cioè circuito stampato | * la sigla **PCB** sta per //printed circuit board// cioè circuito stampato | ||
* lo **schematico** è una rappresentazione semplificata del circuito che mette in evidenza i componenti e le loro connessioni; | * lo **schematico** è una rappresentazione semplificata del circuito che mette in evidenza i componenti e le loro connessioni; | ||
- | * il **layout** rappresenta il circuito stampato vero e proprio e tiene conto delle dimensioni effettive dei componenti e del tracciato delle piste; il layout mostra l' | + | * il **layout** rappresenta il circuito stampato vero e proprio e tiene conto delle dimensioni effettive dei componenti, del loro posizionamento |
* il **footprint** di un componente è la descrizione fisica del componente che indica dimensioni, posizione e numerazione dei morsetti, ecc. (NB lo stesso tipo di componente può essere prodotto con footprint diversi) | * il **footprint** di un componente è la descrizione fisica del componente che indica dimensioni, posizione e numerazione dei morsetti, ecc. (NB lo stesso tipo di componente può essere prodotto con footprint diversi) | ||
Linea 162: | Linea 91: | ||
* verde -> solo footprint | * verde -> solo footprint | ||
* ogni componente ha: | * ogni componente ha: | ||
- | * un //RefDes// (// | + | * un //RefDes// (// |
* una //label// descrittiva opzionale | * una //label// descrittiva opzionale | ||
* un //value// col valore del componente (ad esempio '' | * un //value// col valore del componente (ad esempio '' | ||
- | Il footprint può essere associato quando si seleziona il componente dal database (in basso a destra nella finestra) o successivamente. Nel primo caso può capitare che il footprint che serve non sia indicato; in questo caso si piazza il componente e si cambia il footprint successivamente. Per cambiare il footprint di un componente si seleziona '' | + | Il footprint può essere associato quando si seleziona il componente dal database (in basso a destra nella finestra) |
==== Le net e la netlist ==== | ==== Le net e la netlist ==== | ||
- | In Multisim | + | In Multisim |
La **netlist** è una lista che elenca il nome delle connessioni e dei morsetti dei componenti ad esse collegati. | La **netlist** è una lista che elenca il nome delle connessioni e dei morsetti dei componenti ad esse collegati. | ||
Linea 184: | Linea 113: | ||
* fare le correzioni necessarie | * fare le correzioni necessarie | ||
* generare una nuova netlist che corregge quella in uso su Ultiboard scegliendo la voce '' | * generare una nuova netlist che corregge quella in uso su Ultiboard scegliendo la voce '' | ||
- | Questa procedura si chiama **forward annotation**. | + | Questa procedura si chiama **forward annotation**((esiste anche una backward annotation che riporta le modifiche fatte in Ultiboard sul file di Multisim)). |
Quando questo non è possibile o non funziona si può corregge la netlist in Ultiboard con lo strumento '' | Quando questo non è possibile o non funziona si può corregge la netlist in Ultiboard con lo strumento '' | ||
Linea 196: | Linea 125: | ||
* la stesura delle **piste** (// | * la stesura delle **piste** (// | ||
- | Il prodotto finale sarà una file (o uno stampato, il **master**) che servirà per la realizzazione fisica della scheda. Il circuito, cioè il tracciato con le piste e le **piazzole** (//pads//) per saldare i componenti, sarà ricavato con un processo fotochimico((fotoimpressione della maschera del circuito con un bromografo seguita da uno sviluppo in acido)) asportando il rame che inizialmente ricopre completamente la scheda. | + | Il prodotto finale sarà un file (o uno stampato, il **master**) che servirà per la realizzazione fisica della scheda. Il circuito, cioè il tracciato con le piste e le **piazzole** (//pads//) per saldare i componenti, sarà ricavato con un processo fotochimico((fotoimpressione della maschera del circuito con un bromografo seguita da uno sviluppo in acido)) asportando il rame che inizialmente ricopre completamente la scheda. |
==== Dimensioni, tecnologia e unità di misura ==== | ==== Dimensioni, tecnologia e unità di misura ==== | ||
Linea 207: | Linea 136: | ||
* nella finestra '' | * nella finestra '' | ||
La dimensione e forma della scheda può essere modificata: | La dimensione e forma della scheda può essere modificata: | ||
- | * selezionandola e spostandone i vertici (il pulsante dei filtri '' | + | * selezionandola e spostandone i vertici (il pulsante dei filtri '' |
* tracciandone una nuova con '' | * tracciandone una nuova con '' | ||
Linea 226: | Linea 155: | ||
Nella barra degli strumenti troviamo: | Nella barra degli strumenti troviamo: | ||
- | * una serie di filtri (pulsanti a forma di imbuto) che permettono | + | * una serie di filtri (pulsanti a forma di imbuto) che permettono di selezionare |
* un selettore a tendina per il layer e uno per la larghezza (//width//) delle piste (//track//) | * un selettore a tendina per il layer e uno per la larghezza (//width//) delle piste (//track//) | ||
* il pulsante '' | * il pulsante '' | ||
Linea 251: | Linea 180: | ||
==== Piste ==== | ==== Piste ==== | ||
- | A questo punto bisogna collegare le piazzole dove saranno saldati i piedini/ | + | A questo punto bisogna collegare le piazzole dove saranno saldati i piedini/ |
Prima di disegnare una linea bisogna selezionare un **layer** (livello) e una larghezza (//width//) per la traccia. I layer permettono di scegliere dove sarà disposto un elemento del layout. Sono particolarmente importanti: | Prima di disegnare una linea bisogna selezionare un **layer** (livello) e una larghezza (//width//) per la traccia. I layer permettono di scegliere dove sarà disposto un elemento del layout. Sono particolarmente importanti: | ||
Linea 259: | Linea 188: | ||
* il layer '' | * il layer '' | ||
- | Il circuito del progetto POV può essere realizzato su una scheda a singolo strato perché, posizionando opportunamente componenti | + | Nei progetti più semplici, posizionando opportunamente |
La larghezza delle tracce può essere impostata in vari modi: da un menu a tendina, scegliendo una larghezza predefinita per la net, oppure allargandola o restringendola (proprietà //width//) dopo averla tracciata. Il sistema più rapido per impostare la stessa larghezza per tutte le tracce è impostare il valore '' | La larghezza delle tracce può essere impostata in vari modi: da un menu a tendina, scegliendo una larghezza predefinita per la net, oppure allargandola o restringendola (proprietà //width//) dopo averla tracciata. Il sistema più rapido per impostare la stessa larghezza per tutte le tracce è impostare il valore '' | ||
Linea 270: | Linea 199: | ||
Per terminare il layout: | Per terminare il layout: | ||
- | * disegnare un **piano di massa** (//power plane//) con lo strumento //Polygon// e assegnarlo alla net '' | + | * disegnare un **piano di massa** (//power plane// |
- | * verifiche | + | * verificare |
- | * stampare il master | + | * stampare il master |
* controllare che le piazzole rispettino i criteri dettati dalla tecnologia di produzione scelta (ad esempio foro da 0,8 mm e diametro 2 mm) | * controllare che le piazzole rispettino i criteri dettati dalla tecnologia di produzione scelta (ad esempio foro da 0,8 mm e diametro 2 mm) | ||
* controllare che le // | * controllare che le // | ||
- | Il piano di massa si chiama così perché nelle schede multistrato si usano interi strati solo per GND e alimentazione e può essere creato anche in maniera automatica((con lo strumento '' | + | Il piano di massa si chiama così perché nelle schede multistrato si usano interi strati solo per GND e alimentazione e può essere creato anche in maniera automatica((con lo strumento '' |
* facilitare il collegamento a massa dei vari componenti e ridurre la lunghezza di questi collegamenti | * facilitare il collegamento a massa dei vari componenti e ridurre la lunghezza di questi collegamenti | ||
* ridurre i disturbi ed evitare l' | * ridurre i disturbi ed evitare l' | ||
Linea 292: | Linea 221: | ||
==== Collaudo ==== | ==== Collaudo ==== | ||
- | | + | La linea guida è: dubitare di tutto. Non avere fretta, bisogna esserer pazienti, precisi e metodici. |
- | * test alimentazione e tensioni nei piedini dello zoccolo senza micro inserito | + | |
- | * inserire | + | /* |
+ | |||
+ | Procedura di collaudo per Scheda POV: | ||
+ | * controllo generale del circuito: tutti i componenti presenti, collegati bene, presenza danni, ecc. (massima attenzione alla polarità dei condensatori elettrolitici!) | ||
+ | * valutare la continuità delle linee di massa (il dissipatore del regolatore è a massa) | ||
+ | * montaggio dello stabilizzatore e verifica del suo corretto collegamento (pin 1 al + della batteria) | ||
+ | * valutare il livello di tensione della batteria e collegarla al circuito | ||
+ | * valutare la tensione di ingresso | ||
+ | * valutare la tensione sui pin di alimentazione | ||
+ | * 5 Volt sui pin 1, 7, 20 e 21, | ||
+ | * 0-5 Volt sul 28 (trimmer) | ||
+ | * 0 Volt su tutti gli altri | ||
+ | * scollegare la batteria | ||
+ | * montare | ||
+ | * collegare la batteria e valutare il comportamento del circuito: | ||
+ | * si accendo tutti i led periodicamente? | ||
+ | * problemi HW (continuità, | ||
+ | * problemi SW (ricontrollare il programma e testarlo sulla scheda Arduino) | ||
+ | * usando un tester posizionare al 10% di escursione il trimmer | ||
+ | * scollegare la batteria | ||
+ | * montare sulla struttura rotante la scheda | ||
+ | * attaccare la batteria e attivare la rotazione | ||
+ | * tarare il trimmer affinché la scritta si veda al meglio | ||
+ | * valutare l’esito finale | ||
+ | * acquisire immagini significative al fine della descrizione del collaudo | ||
+ | |||
+ | */ | ||
+ | FIXME procedura collaudo | ||
===== Navigazione ===== | ===== Navigazione ===== | ||
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pcb.txt · Ultima modifica: 2020/09/27 16:55 da admin