In cosa consiste la creazione di componenti PCB?

Zachariah Peterson
|  Creato: September 7, 2021  |  Aggiornato: October 15, 2021
Creazione di componenti PCB

Tutti i dispositivi elettronici hanno bisogno di componenti per funzionare correttamente: i modelli di tali componenti vengono creati con programmi CAD. Ciascun componente PCB contiene una serie di informazioni specifiche archiviate nei: simboli schematici, footprint PCB e nel modello 3D del componente. Queste informazioni sono fondamentali per: la visualizzazione, il posizionamento e il routing dei componenti nel progetto PCB. Ma in cosa consistono esattamente queste informazioni e come vengono create?

La creazione dei componenti di un circuito stampato è molto semplice e richiede solamente alcuni strumenti CAD standard. I dati dei componenti vengono generati disegnando specifiche informazioni all'interno di un'applicazione CAD. Queste informazioni vengono quindi inserite in una libreria per poter essere riutilizzate in progetti futuri. In questo articolo, esamineremo in modo più approfondito il processo di creazione dei componenti PCB ed alcuni degli strumenti CAD che è possibile utilizzare.

Selezione dei componenti desiderati

La selezione dei componenti fa parte del processo di progettazione front-end. Per eseguirla con efficacia, è necessario poter accedere ai dati della catena di approvvigionamento e alle specifiche elettriche dei componenti. Tutti i componenti selezionati per una scheda devono essere reperibili, ovvero in stock e provenienti da fonti autorizzate. È necessario utilizzare i dati tecnici dei componenti per creare modelli CAD, simulazioni e progetti degli involucri.

Purtroppo, non tutti i componenti sono dotati di simbolo schematico o footprint PCB. Spesso è quindi necessario creare questi dati CAD manualmente. I software di progettazione PCB sono dotati di funzionalità in grado di creare le strutture base di qualsiasi componente elettronico, in modo da poterlo inserire nel layout PCB.

Informazioni importanti nei componenti dei circuiti stampati

I due elementi fondamentali di qualsiasi componente sono il suo simbolo schematico ed il footprint PCB. I simboli schematici vengono utilizzati nella progettazione ingegneristica front-end per stabilire la connettività negli schemi, determinando di conseguenza le connessioni corrispondenti all'interno del layout PCB. I simboli schematici non contengono alcun dato fisico, ma solo le connessioni elettriche che è necessario riprodurre sul PCB.

Simbolo schematico del componente PCB
Simbolo scematico di un componente PCB.

Il footprint, o impronta PCB, al contrario, contiene i dati fisici necessari per riprodurre il componente in un disegno 2D. Le informazioni contenute in un footprint PCB verranno poi utilizzate per creare file Gerber e la documentazione d'assemblaggio. I dati compresi nel footprint PCB devono riflettere accuratamente le informazioni relative ai pad e ai package nelle schede tecniche dei componenti.

esempio di Footprint PCB
PCB footprint di un componente. La footprint di questo componente DIP mostra il profilo del componente sullo strato serigrafico ed i fori utilizzati per montare il componente.

La tabella di seguito riassume i dati necessari perché il componente sia riprodotto accuratamente negli schemi elettrici e nel layout PCB. Alcuni dati vanno inseriti nel simbolo schematico, altri nel footprint, altri ancora in entrambi.

Informazioni del componente

Simbolo schematico

Footprint PCB

Numero di parte del produttore

X

 

Informazioni sul fornitore

X

 

Land pattern

 

X

Profilo del package

 

X

Designazione pin

X

X

Nome pin

X

X

Informazioni serigrafiche

 

X

Dati della maschera di saldatura

 

X

Designatore I/O dei pin

X

 

L'ultima componente fondamentale per la creazione di un componente PCB è il suo modello 3D. Sebbene il modello 3D non sia strettamente necessario per la produzione PCB, i progetti di ultima generazione richiedono spesso verifiche meccaniche e la visualizzazione in 3D. Gli strumenti MCAD possono essere utilizzati per:progettazione di involucri, verifica d'interferenze meccaniche e per la progettazione della forma della basetta per il layout PCB.

Footprint del componente PCB
Un componente PCB include i seguenti elementi: un simbolo schematico, la PCB footprint ed il modello 3D.

Creazione librerie di componenti PCB

Una volta creati i componenti per un circuito stampato, questi vengono solitamente inseriti all'interno di librerie PCB. All'interno delle librerie, è possibile inserire in un unico file tutti i dati relativi ai componenti di un layout PCB, così come i fogli schematici. A seconda delle esigenze i dati relativi ai componenti possono essere condivisi con: collaboratori, produttori e clienti.

Le librerie possono contenere simboli schematici, footprint o componenti completi (simboli e footprint PCB). Molte aziende si trovano a dover tener traccia di migliaia di componenti contemporaneamente. Queste spesso scelgono di assumere un professionista interamente dedicato alla gestione delle librerie PCB. Il suo ruolo è quello di garantire che tutti i dati relativi ai componenti siano precisi ed aggiornati prima che questi vengano inclusi in un nuovo progetto. Verificare l'accuratezza e l'eventuale stato di deterioramento dei dati dei componenti agevola infatti la produzione su larga scala dei nuovi progetti.

Dopo aver creato i componenti e verificato i dati del progetto, è giunto il momento di aggiungere i componenti agli schemi elettrici ed al layout PCB. Le librerie sono fondamentali per garantire che i dati di ciascun progetto siano precisi ed aggiornati.

Dati dei componenti negli schemi elettrici e nel layout PCB

Una volta creati i componenti dei circuiti stampati e le relative librerie, è possibile utilizzarli in un nuovo progetto. Iniziare un nuovo progetto a partire da una serie di componenti già esistenti e verificati è un'ottima strategia per ridurre i tempi di progettazione. Sarà infatti sufficiente estrarre il componente desiderato dalla libreria e posizionarlo direttamente nello schema.

Se i componenti hanno modelli 3D in allegato (solitamente sotto forma di file .STEP), sarà possibile anche verificare il progetto in 3D, spesso direttamente nel software di progettazione PCB. Una volta completato il layout, sarà necessario verificare i vincoli meccanici dei componenti per garantire che non si verifichino interferenze o collisioni indesiderate tra i componenti, la basetta e l'involucro. Le distanze e le interferenze possono essere verificate automaticamente in 3D, utilizzando gli strumenti di progettazione PCB più avanzati. Per farlo, sarà sufficiente estrarre i dati di progettazione 2D e 3D direttamente dalle librerie PCB.

Esempio di Layout PCB in 3D
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Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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