CIRCUITI STAMPATI, COME FUNZIONANO E COME AVVIENE L’ISPEZIONE DELLE SCHEDE PCB?

L’era digitale in cui viviamo non può assolutamente fare a meno dei circuiti stampati: dobbiamo intenderli come i tasselli che compongono quel mosaico chiamato “tecnologia”. Ma che cos’è nella pratica una scheda PCB (Printed Circuit Board)? 

Nelle prossime righe osserveremo da vicino quanto i circuiti stampati siano indispensabili per il funzionamento di tutti quegli strumenti digitali che accompagnano e semplificano la nostra vita quotidiana. Al tempo stesso ci soffermeremo su come vengono realizzati e su come, una volta ultimati, potrà essere controllato il loro funzionamento. In questa operazione giocano un ruolo di rilievo anche gli endoscopi industriali.

Che cos’è un circuito stampato?

Partiamo dalle basi provando a fornire una definizione di scheda a circuito stampato: si tratta di una base meccanica che supporta e connette elettricamente i componenti di un circuito elettronico.

I circuiti stampati popolano smartphone, tablet, computer, orologi intelligenti, caricabatterie, sistemi di controllo industriale e apparecchiature aerospaziali. Nella pratica, le PCB indirizzano il flusso di corrente tra componenti attivi (quelli che generano energia, come transistor, diodi, circuiti integrati e sensori) e componenti passivi (quelli che immagazzinano o regolano l’energia, come resistenze, condensatori, induttori e trasformatori). Se volessimo usare una metafora, i circuiti stampati costituirebbero la spina dorsale di ogni dispositivo elettronico.

In quali materiali sono realizzati i circuiti PCB?

Il componente principale di un circuito stampato è il cosiddetto substrato isolante, ovvero la base sulla quale verranno saldati tutti i vari componenti e che fornisce supporto meccanico e isolamento elettrico.

Il materiale più diffuso per realizzarlo è il FR4, una combinazione di fibra di vetro e resina epossidica che assicura resistenza all’umidità e stabilità termica. In alcuni casi si utilizzano anche poliammidi (PI) per PCB flessibili e substrati metallici per schede ad alta potenza.

Sopra il substrato sono incise le tracce in rame, i conduttori che trasportano la corrente elettrica. Gli ultimi, ma non meno importanti componenti di una scheda PCB sono:

• la maschera di saldatura per proteggere le tracce dall’ossidazione e dai cortocircuiti;
• lo strato di serigrafia, che riporta loghi, simboli e polarità dei componenti.

Quante tipologie di circuiti stampati esistono?

Non tutte le schede a circuito stampato sono uguali. La scelta del tipo di PCB dipende dall’applicazione, dal contesto di utilizzo e dalle esigenze di progettazione. Esistono infatti diverse varianti, che si distinguono per materiali, flessibilità e numero di strati.

PCB rigide

Le PCB rigide rappresentano la tipologia più comune. Realizzate in fibra di vetro o in metallo, offrono un’elevata resistenza meccanica e una grande stabilità dimensionale. Sono la soluzione ideale per prodotti elettronici di larga scala come computer, elettrodomestici, dispositivi industriali e veicoli.
Le schede rigide, oltre ad essere quelle più economiche da produrre, garantiscono una lunga durata nel tempo e ottime prestazioni elettriche, anche in ambienti difficili.

PCB flessibili

Le PCB flessibili, invece, sono costruite su sottili pellicole di poliammide o altri materiali plastici ad alta resistenza termica. Possono piegarsi, arrotolarsi e adattarsi a superfici curve. Proprio per questo motivo sono ideali per applicazioni compatte o con vincoli di spazio.

Troviamo tali circuiti stampati all’interno di smartphone, tablet, dispositivi medicali portatili, fotocamere digitali e display di bordo. La loro leggerezza riduce il peso complessivo del prodotto e migliora la dissipazione del calore.

PCB rigido-flessibili

A metà strada tra i due mondi si collocano le PCB rigido-flessibili, che combinano sezioni solide e sezioni piegabili nello stesso circuito. Questa architettura ibrida offre robustezza e versatilità: le parti rigide ospitano i componenti principali, mentre le aree flessibili consentono connessioni dinamiche e compatte. Vengono sfruttate per apparecchiature radar, sistemi avionici, dispositivi di comunicazione e moduli LCD.

Circuiti stampati HDI e UHDI

Oltre alla distinzione basata sulla flessibilità, le PCB possono variare anche per numero di strati conduttivi — da schede a singolo o doppio lato fino a complessi PCB multistrato con oltre 16 livelli — e per densità di connessione. 

Le versioni HDI (High Density Interconnect) e UHDI (Ultra High Density Interconnect) sono oggi indispensabili nei dispositivi elettronici miniaturizzati, dove è necessario concentrare numerosi collegamenti in spazi sempre più ridotti.

Come viene realizzato un circuito stampato?

La progettazione di una PCB comincia con la creazione dello schema elettrico mediante software ECAD. Successivamente, vengono scelti i materiali in base alle esigenze termiche, meccaniche ed elettriche, come i già citati FR4, laminati di poliammide o materiali compositi.

Dopodiché, il processo di produzione include le seguenti fasi:

• stampa dello schema elettrico. Il disegno del circuito viene trasferito sullo strato di rame del substrato, che fungerà da conduttore;
• incisione. Il rame in eccesso viene rimosso chimicamente, lasciando solo le tracce che formano il circuito;
• laminazione. Gli strati del PCB vengono compressi insieme mediante calore e pressione, creando una struttura solida e compatta;
• foratura. Si praticano i fori per i componenti a foro passante e per i vias, cioè i collegamenti elettrici tra gli strati;
• serigrafia. Sulla superficie vengono stampate indicazioni come simboli, polarità, codici o loghi aziendali;
• mascheratura di saldatura. Si applica uno strato protettivo che impedisce cortocircuiti e ossidazione delle piste di rame.

L’ispezione delle schede a circuito stampato

Nel mondo della produzione elettronica, l’ispezione dei circuiti stampati (PCB) non serve solo a controllare la qualità finale dei prodotti, ma rappresenta un vero e proprio strumento strategico di prevenzione. 

Infatti, un circuito stampato difettoso può determinare conseguenze gravi: malfunzionamenti, instabilità elettrica, guasti intermittenti e addirittura l’inutilizzabilità totale del dispositivo.

Per evitare che questi scenari si verifichino, l’ispezione viene effettuata in ogni fase produttiva — dalla realizzazione delle schede nude, fino all’assemblaggio e ai test funzionali — e non si limita a una semplice verifica visiva.

In sintesi, i controlli sui circuiti stampati permettono di:

• garantire la conformità dei circuiti agli standard internazionali di qualità;
• prevenire il rischio di guasti sul campo, in grado di compromettere la reputazione del produttore;
• migliorare la ripetibilità del processo produttivo, assicurando uniformità tra le diverse forniture;
• aumentare la customer satisfaction, offrendo un prodotto finale affidabile e duraturo.

Quali sono i difetti più comuni?

Nonostante i processi produttivi siano sempre più precisi e automatizzati, i difetti nei circuiti stampati restano all’ordine del giorno. Quali sono gli errori più comuni che possono emergere nelle varie fasi della produzione?

Difetti di saldatura

Le saldature rappresentano uno dei punti più sensibili di un PCB. Un piccolo errore durante il processo di saldatura può tradursi in connessioni deboli o instabili.

Gli errori di saldatura più frequenti sono:

• saldature fredde, quando il metallo non fonde correttamente e lascia una superficie opaca e fragile;
• ponti di stagno, che uniscono accidentalmente due piste creando cortocircuiti;
• vuoti di saldatura, bolle d’aria che riducono la conduttività termica e meccanica.

Errori di montaggio dei componenti

Durante la fase di assemblaggio, gli errori più comuni riguardano i disallineamenti, le polarità invertite e i componenti mancanti.

Un connettore montato nel verso sbagliato o un diodo invertito sono errori banali, ma potenzialmente critici, soprattutto nei dispositivi complessi. Per questo motivo, anche se oggi gran parte del montaggio è automatizzata, l’ispezione visiva manuale continua ad avere un ruolo importante, soprattutto nei piccoli lotti.

Difetti strutturali della scheda

Non tutti i problemi derivano dai componenti: alcuni nascono già nella fabbricazione del PCB.

Un’incisione irregolare del rame può produrre piste interrotte, mentre una placcatura incompleta dei fori può impedire la connessione tra gli strati interni. Anche fenomeni di delaminazione o microfessure dovuti a stress termici o umidità possono compromettere l’integrità meccanica della scheda.

Difetti elettrici e termici

Un altro gruppo di anomalie riguarda la continuità elettrica e la gestione termica del circuito. Cortocircuiti, piste interrotte o valori anomali di resistenza purtroppo emergono solo dopo il montaggio, durante i test funzionali o in-circuit (ICT). 

 Contaminazione e degrado

Infine, anche contaminanti microscopici, come residui di flussante, polvere o umidità, possono compromettere la qualità del circuito. Nel tempo, i residui possono favorire la corrosione delle piste o la formazione di dendriti metallici, ovvero minuscole strutture che provocano cortocircuiti latenti.

Quali sono le metodologie d’ispezione delle schede a circuito stampato?

I circuiti stampati si sono indubbiamente evoluti nel tempo. Allo stesso modo anche le metodologie di ispezione dei PCB si sono ampliate. Quali sono le più comuni e come funzionano?

Ispezione visiva manuale

Potremmo definirlo come il metodo classico: prevede l’esame diretto della scheda da parte di operatori qualificati. Con l’ausilio di microscopi stereo o sistemi ottici digitali, l’ispettore verifica la presenza di difetti visibili come saldature irregolari, danni meccanici, tracce interrotte o componenti montati in modo errato.

Ispezione ottica automatizzata (AOI)

L’AOI utilizza telecamere ad alta risoluzione e algoritmi di visione artificiale per analizzare automaticamente la superficie della scheda. Il sistema informatico confronta le immagini del circuito stampati con un modello di riferimento per individuare difetti di saldatura, componenti mancanti o polarità invertite.

Le moderne macchine AOI integrano intelligenza artificiale e machine learning offrendo un livello di accuratezza e controllo estremamente elevato.

Ispezione a raggi X automatizzata (AXI)

L’ispezione AXI è un metodo non distruttivo che impiega raggi X per visualizzare le connessioni interne di una scheda multistrato. È particolarmente utile per verificare saldature nascoste, come quelle dei BGA (Ball Grid Array), e per controllare vuoti o ponti invisibili a occhio nudo. È utilizzata in settori critici — aerospaziale, medicale, automotive — dove i margini di errore devono essere vicini allo zero.

Test in-circuit (ICT)

Il Test In-Circuit misura i parametri elettrici dei singoli componenti tramite sonde di contatto posizionate sui punti di test del PCB. Consente di identificare cortocircuiti, circuiti aperti, variazioni di valore o componenti difettosi, garantendo la continuità elettrica del circuito.

Test funzionale (FCT)

Il Functional Circuit Test simula il comportamento operativo del circuito, applicando segnali elettrici e monitorando la risposta della scheda. Questo test serve per verificare il corretto funzionamento del circuito stampato sotto condizioni reali e rappresenta spesso l’ultima fase di controllo prima dell’assemblaggio finale.

Imaging termico e profilometria 3D

L’imaging termico utilizza telecamere a infrarossi per rilevare anomalie nella distribuzione del calore, identificando componenti surriscaldati o problemi di dissipazione. La profilometria 3D e le misurazioni laser, invece, effettuano il controllo dimensionale delle saldature e delle piste, individuando deformazioni o difetti strutturali invisibili con metodi bidimensionali.

In alcune situazioni, le tecniche tradizionali di ispezione visiva o automatica non sono sufficienti a verificare l’integrità delle giunzioni o di parti nascoste di una scheda stessa. È in questi casi che entra in gioco l’endoscopia industriale, utilizzata come metodo complementare per esaminare zone altrimenti inaccessibili.

Gli endoscopi per il controllo dei circuiti stampati

Le tecniche di ispezione osservate fin qui a volte non sono sufficienti a verificare l’integrità delle giunzioni o di parti nascoste di una scheda a circuiti stampati. In queste situazioni entra in gioco l’endoscopia industriale, la quale va intesa come una metodologia che non sostituisce quelle viste nei paragrafi precedenti, ma le integra.

Nell’ambito dei circuiti stampati gli endoscopi permettono di

• osservare le saldature da una prospettiva laterale o da zone sotto i componenti (es. sotto BGA, CSP, flip-chip);
• verificare la qualità della saldatura, rilevare micro-crepe, residui di flussante o vetrificazioni;
• ispezionare strutture interne dei PCB multistrato, come connessioni tra strati interni difetti nella placcatura o nell’adesione dei materiali.

Fiber Optic realizza endoscopi industriali per qualunque ambito industriale. Contattaci per una consulenza: i nostri tecnici sono pronti a soddisfare tutte le esigenze di ispezione della tua azienda.