Guida alla progettazione e prototipazione di schede a circuito stampato

Per capire cos’è la prototipazione PCB partiamo fornendo il significato delle due parole. Prototipazione in generale significa produrre il primo modello, ovvero il prototipo da cui si parte per giungere alla produzione in serie. In questo caso per giungere alla produzione in serie di un dispositivo hardware.

PCB è un acronimo inglese che significa Printed Circuit Board. In italiano viene tradotto con la dicitura "circuito stampato”. Prototipazione PCB significa, quindi, progettazione di nuovi dispositivi elettronici mediante l’uso di un circuito stampato, su cui si vanno a innestare i vari componenti, ovvero condensatori, resistenze, diodi, porte logiche, microcontrollori, ecc.

A cosa serve la prototipazione

La progettazione di circuiti elettrici mediante la prototipazione su circuito stampato serve a testare quanto realizzato in fase di progettazione, per verificare nella pratica che tutto funzioni.

Grazie alla prototipazione è possibile scovare eventuali errori di progettazione prima della produzione, con immaginabili riduzioni di costo.

La prototipazione è utile anche per futuri sviluppi del progetto. Ad esempio, per integrare nuove funzioni o per potenziare la prima versione del prodotto ormai commercializzato.

Infine, in presenza di progetti molto complessi e su cui lavorano più team di ingegneri e tecnici, la prototipazione facilita la collaborazione e la risoluzione di errori scoperti durante la fase di post-produzione.

Le fasi da seguire per giungere alla prototipazione PCB

Prima di giungere alla prototipazione PCB si passa attraverso la progettazione del dispositivo. A grandi linee, possiamo riassumere il processo nel modo che segue:

1. Ideazione e scelta dei componenti elettronici;
2. Sviluppo dello schema elettrico mediante software;
3. Realizzazione del prototipo PCB;
4. Fase di test dell’hardware su prototipo.

Vediamo ora con quali schede di prototipazione PCB puoi superare con successo questi passaggi, per giungere alla produzione industriale e alla messa in esercizio del circuito.

Esiste una vasta gamma di schede di prototipazione con cui potrai realizzare ogni tipo di lavoro elettronico. Le schede a circuito stampato in commercio, infatti, ti permetteranno di creare componenti per l’elettronica di consumo, per dispositivi medicali, per apparecchiature industriali o per sviluppare tecnologie di illuminazione. E non dimentichiamo le applicazioni in campo aerospaziale e automobilistico!

Qui di seguito ti elenchiamo alcuni tipi di schede di prototipazione disponibili:

• Breadboard (riusabili senza saldatura per prototipare plug and play o fare test di circuiti);
• Eurocard (PCB in formato standard europeo collegabili insieme in un rack secondario standardizzato);
• Schede a matrice o matrix (usate per la posa sicura di componenti elettrici per creare circuiti analogici e ad alta frequenza);
• Schede di espansione e adattatori (si usano per portare una scheda PCB fuori da un contenitore o da una gabbia per schede);
• Schede madri e backplane (circuito stampato principale usato in qualsiasi tipo di calcolatore);
• Schede millefori a strisce (una scheda di connessione conosciuta anche col nome di Veroboard, con un lato liscio e l’altro formato da strisce di rivestimento in rame);
• Schede ramate (costituite da un rivestimento in rame in combinazione con fibra di vetro o resina, sono usate per l’ottima capacità di condurre elettricità e trasmettere segnali).

Troviamo ancora le schede per esercizi di saldatura SMD e le schede di prototipazione LED con cui creare circuiti LED di prova.

Le schede di prototipazione PCB sono la base per i tuoi progetti hardware, ma necessitano di una serie di accessori indispensabili o specifici per determinati usi.

Tra gli accessori di cui non si può fare a meno per una prototipazione PCB rapida troviamo:

• I pettini di cablaggio, con cui semplificare i collegamenti elettrici tra le componenti, conferendo in un tempo ridotto un aspetto cablato curato al prototipo;
• Contatti di massa, utilizzati per la messa a terra dei circuiti ma anche per la protezione dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) e statiche;
• Ponticelli per breadboard, utilizzati per collegare tra loro i componenti di un circuito o di una breadboard evitando la saldatura.

A questi elementi, che possiamo considerare degli essenziali, si aggiungono i distanziali, le colonnine, i supporti e i reggischeda per PCB. Tali accessori, non meno secondari, possono risultare utili per ottenere un prototipo ben realizzato, stabile e in ordine.

Per fare in modo che la prototipazione PCB sia economica, oltre che rapida, è vitale una corretta progettazione dei circuiti elettrici.

I software per la progettazione di circuiti elettrici sono la risposta a questa necessità. Grazie ai moderni e professionali software per la prototipazione PCB e alle simulazioni digitali, puoi sin da subito ridurre il numero di errori. Rivedendo al computer lo schema più volte, poi, hai anche la possibilità di trovare soluzioni per ridurre la componentistica necessaria al tuo circuito.

Tra i software storici per la prototipazione PCB troviamo EAGLE (pubblicato e aggiornato dal 1988) e KiCad (dal 1992). Quest’ultimo software è open source.

Per giungere alla produzione del nuovo componente elettronico, la prototipazione PCB è un anello essenziale nel processo. Voler fare a meno di questo passaggio potrebbe comportare un aumento di costi e non una riduzione come auspicato.

Tutti i passaggi sono essenziali. Abbiamo elencato gli step da seguire per velocizzare e rendere economica la prototipazione di circuiti stampati. Non potrai dunque fare a meno di un software per la realizzazione dello schema elettrico. In questa fase ti sarà possibile risolvere molti dei problemi e degli errori che eviterai di riportare nel prototipo PCB.

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