Gli errori da evitare nella progettazione di circuiti elettronici complessi

Progettare una scheda elettronica è qualcosa di alquanto complesso. Un processo articolato, che necessita di visione d’insieme e allo stesso tempo spiccate capacità analitiche, nell’ottica di coniugare performance e precisione, anticipando le possibili criticità.

Aspetti cruciali quando si parla di circuiti elettronici ad alto tasso di difficoltà, come quelli dell’epoca odierna, dove il margine di errore è davvero molto sottile: basta soltanto una scelta progettuale sbagliata per compromettere la totalità del sistema.

Errori che possono apparire come minori, ma che stanno alla base di inefficienze, surriscaldamenti e malfunzionamenti. La prevenzione di questi fenomeni permette non solo di garantire un’affidabilità e una durata dei prodotti finiti superiore, ma anche di massimizzare costi e tempistiche.

Fattori di cui hanno piena consapevolezza le aziende più innovative del panorama dei circuiti stampati come Vt100 (maggiori informazioni al sito VT100.srl), che mette a disposizione una progettazione su misura di schede elettroniche per le realtà di diversi ambiti dell’economia: da quelle dell’Industrial Internet of Things, passando per le imprese del settore automotive, aerospaziale e molti altri ambiti ancora. Alla base c’è un approccio integrato che parte dall’analisi dei requisiti fino alla validazione finale, con ogni passaggio completamente gestito internamente.

Un metodo che consente di tutelare il cliente finale dal più piccolo errore e che dunque fa la differenza sempre, specialmente nei progetti più all’avanguardia. Vediamo dunque quali sono le problematiche più comuni – e quindi da cui stare più in guardia – nel settore dei circuiti stampati.

4 errori comuni nella progettazione dei PCB

Per quanto supportata da software evoluti e processi digitali di ultima generazione, la progettazione di una scheda elettronica rimane qualcosa di altamente strategico, dove persino le scelte più minute tendono a determinare il successo o il fallimento della performance non solo del circuito, ma del dispositivo nel suo insieme.

Sbagliare significa spesso dover riprogettare tutto da capo, con un impatto su tempi, costi e affidabilità complessiva, esponendo il cliente finale a rischi degni di nota. Vediamo allora quali sono alcuni degli errori più comuni, partendo da uno dei punti chiave: la geometria delle tracce.

Geometria errata delle tracce

Le tracce sono tra le componenti più importanti di un circuito stampato. Consistono in sottili percorsi di rame che assolvono una funzione ben precisa: collegare le parti presenti all’interno del circuito.

Fungono, per utilizzare una metafora che possa essere ancora più esplicativa, da binari lungo cui far scorrere il segnale elettrico.

In virtù del loro ruolo così cruciale, si rivela essenziale definirne in maniera accurata la lunghezza, la larghezza e il percorso. Qualora invece si registrassero degli errori di tali fattori si potrebbe assistere a problematiche come quelle che seguono:

• cadute di tensione o instabilità di segnale;
• effetti di interferenza tra linee troppo vicine;
• surriscaldamento dovuto al passaggio di correnti troppo elevate su tracce troppo sottili.

La definizione precisa delle tracce è ancora più critica quando si lavora su progetti multilayer, dove sussiste una densità elevata delle componenti. Non si tratta solo di “far stare tutto” in un determinato ambiente di dimensioni contenute, ma di tenere conto delle specifiche elettriche e termiche.

Un errore in questa fase può essere difficile da individuare di primo acchito, onde per cui occorre impostare alla base dei passaggi rigorosi di verifica.

Scorretta disposizione dei componenti

Un altro errore piuttosto frequente nella progettazione dei circuiti stampati complessi interessa il posizionamento dei componenti elettronici all’interno della scheda.

Quando non vengono collocati in maniera impeccabile, e dunque poco strategica, le conseguenze tendono a risultare rilevanti specialmente in termini di funzionalità, aggiornamenti e manutenzione.

Tra le situazioni che si possono manifestare troviamo ritardi di segnale nonché problematiche di integrità elettrica. Ma non è tutto. Nel momento in cui non vengono rispettate le distanze minime impostate durante la fase progettuale è facile che si verifichino delle interferenze tra le componenti ad alta frequenza, provocando dei guasti intermittenti o fenomeni simili.

Altri errori possono riguardare la distanza dei bordi: se troppo vicini al perimetro sono soggetti a una maggiore vulnerabilità, a stress meccanici e urti. Infine – ed è la situazione da evitare di più in assoluto – in presenza di una disposizione poco logica si vanno a complicare le attività di riparazione e di test.

Come evitare tali errori? Con una fase di progettazione definita nei dettagli fin dall’inizio è predisposta a misura del singolo circuito stampato, coniugando esigenze tecniche, e dunque elettriche, nonché operative.

Selezione dei materiali inadeguata rispetto al progetto

Uno dei fattori di maggior rilevanza nella progettazione dei circuiti elettronici complessi è rappresentato dalla scelta dei materiali: un elemento che detiene un impatto diretto in termini di resistenza meccanica, isolamento termico e comportamento elettronico.

Utilizzare una base inadatta è facile possa compromettere l’intero dispositivo, cosa che intercorre quando si scelgono materiali economici, poco performanti o con proprietà non in linea con lo specifico circuito che si va ad approntare.

Un aspetto che viene sovente sottovalutato è la compatibilità ambientale: i materiali della scheda si trovano, in ambienti come quelli medicali o industriali, a relazionarsi con condizioni estreme; devono inoltre essere compatibili con determinate normative.

La selezione dei materiali dovrebbe perciò sempre essere parte integrante dell’analisi iniziale del progetto, e mai una scelta dettata solo da logiche di costo o da una scarsa capacità analitica.

Cattiva gestione dei layer

L’ultimo aspetto che portiamo alla vostra attenzione è inerente la gestione dei diversi strati che compongono i cosiddetti PCB multilayer: una delle sfide progettuali più complesse e al tempo stesso decisive per le aziende del settore.

Ogni layer detiene un ruolo preciso, a seconda della tipologia: alcune soluzioni sono dedicate più all’alimentazione, altre più al segnale e via dicendo. Cosa comporta una cattiva organizzazione di questi livelli? Tra le problematiche più comuni si annoverano rumore elettrico, interferenze, instabilità termica e difficoltà di sbroglio.

Anche la simmetria della stratificazione è cruciale, poiché, quando non bilanciata, tende a causare tensioni interne che provocano deformazioni fisiche del PCB dopo la saldatura.

Per questi motivi, la progettazione dei layer non è solo un dettaglio tecnico, ma un elemento chiave della qualità complessiva della scheda.