Arduino e le piattaforme per creare prototipi sono strumenti fantastici con i quali realizzare semplici e articolati progetti ed imparare elettronica e programmazione. Sappiamo bene che esistono decine di strumenti adatti ai ragazzi di 10 anni come ai più esperti ingegneri elettronici, tecnici elettronici, educatori ed insegnanti.
Per costruire i nostri piccoli prototipi in maniera comoda e veloce utilizziamo le breadboard su cui inseriamo i componenti elettronici che pensiamo di utilizzare e con i cavetti colleghiamo questi alla scheda micro controllore. Quando però i progetti si fanno più complessi e sopratutto quando abbiamo bisogno di spostare e riutilizzare il nostro progettino cavetti e componenti non saldati diventano un problema, perché possono accidentalmente venir rimossi dalla breadboard.
La soluzione sono i PCB ( i circuiti stampati): essi ci aiutano a sbarazzarci di tutti quei cavi appesi ed a pulire il circuito. Per realizzarli però ci vuole una serie di strumenti ed uno spazio apposito in cui utilizzare acidi e solventi, oppure, possiamo utilizzare una macchina CNC (macchina a controllo numerico) cioè una sorta di stampante 3D con uno strumento adatto ad incidere le schede elettroniche per creare fori e piste di materiale conduttore. In entrambi i casi ci vuole tempo, pazienza, precisione e conoscenze, ed il procedimento è delicato per cui il risultato può essere impreciso.
Una soluzione più “pulita” e comoda è quello di far realizzare il circuito da aziende che hanno delle macchine per creare circuiti stampati, piuttosto che incisi. Alcune aziende lavorano online e spediscono il risultato. I prezzi possono essere anche molto convenienti ed il lavoro molto più preciso di quello che potremmo realizzare da soli. Una volta avuto il circuito stampato dobbiamo però inserire i componenti nei fori e saldarli sul retro della scheda.
Tra le aziende che effettuano tale servizio segnalo la JLCPCB e tra i software di realizzazione dei circuiti EasyEDA.
Altra cosa ancora più interessante è che le stesse aziende offrono un servizio di SMT, cioè di montaggio di componenti sulla superficie della scheda, cosa che ci “solleva” anche dall’onere di saldarli sulla parte posteriore del circuito stampato. Che ne dite di questa soluzione?
(SMT sta per SURFACE MOUNT TECHNOLOGY: individua quindi la tecnologia, il processo, che permette di montare dei componenti sulla superficie dei circuiti. SMD sta per SURFACE MOUNTING DEVICE: sono i componenti che si montano sulla superficie dei circuiti)
Puoi ottenere quindi le schede completamente realizzate da aziende specializzate e a prezzi convenienti, ma come si procede?
JLCPCB si avvale di uno software di progettazione gratuito dal nome EasyEDA. Con EasyEDA insegnanti, appassionati e tecnici possono realizzare il circuito indicando il disegno ed i componenti, condividerlo online, inviare il progetto alla azienda realizzatrice ed avere spedite le schedine elettroniche pronte all’uso. Per prima cosa bisogna realizzare il “layout” del PCB, ma cosa è il layout del PCB?
Il layout è la mappa dei componenti e delle piste attraverso le quali deve passare la corrente. Un layout è come il disegno di una città vista dall’alto dove ogni palazzo è raggiunto da una strada. Il disegno che dobbiamo realizzare contiene quindi le piste conduttrici, i fori ove inserire i componenti, e, nel caso di un progetto SMT, si indicano anche i componenti che vogliamo siano utilizzati e montati sulla superficie della scheda. Con il metodo a montaggio superficiale, i componenti non sono inseriti nei fori e saldati dalla parte posteriore della scheda (così come dovremmo fare se ordinassimo il PCB, utilizzando saldatore e stagno): i componenti sono specifici per questo tipo di montaggio e sono posizionati e montati solo dal lato superiore della scheda. Anche i “cavi” o meglio le piste sono “stampate” dal lato superiore. I componenti fatti apposta per questo tipo di montaggio SMT sono indicati con la sigla SMD (dispositivi a montaggio superficiale). LCSC è uno dei fornitori cinesi più grandi di componenti elettronici.
Progettando direttamente un circuito SMT abbiamo molti più vantaggi: il risultato sarà pulito e fatto da macchinari specializzati, lo spazio sarà più ottimizzato, possiamo ri-ordinare gli stessi circuiti, eguali ai precedenti. I circuiti saranno più piccoli. Non dovremo sporcarci con acidi e stancarci con procedimenti complicati.
7 passi per descrivere sinteticamente il procedimento.
- Si comincia con andare sul sito web di EasyEDA, si crea un account con Google per esempio, e si inizia un nuovo progetto attraverso l’editor .
- Si crea il circuito elettrico: si aggiungono i componenti cercando nel database di EasyEDA, li si posiziona nel disegno e si collegano con dei fili gli stessi componenti. Infine si salva il disegno.
- Si crea il PCB: il circuito si deve convertire in PCB, si crea il bordo del circuito e si spostano i componenti dentro. Poi si sistemano i fili in modo che non si intersechino, che siano vicini i componenti simili (tutti i resistori da un lato). Si può usare l’instradamento automatico che cerca di mettere ordine in automatico nel PCB.
- Ora si deve scaricare il file del progetto finito (file Gerber). Esistono anche il file BOM con l’elenco dei componenti usati e il file CLP utile per le macchine automatiche.
- Andiamo sul sito JLCPCB, registriamoci e creiamo un account. Ora dobbiamo caricare un file Gerber, visualizzare l’anteprima del circuito per controllo e indicare le caratteristiche dell’ordine (quantità PCB, colore….), infine indicare che si vuole l’assemblaggio del PCB online.
- Caricare anche i file BOM e CPL. Selezionare e confermare i componenti da utilizzare.
- Nell’ultima fase si verifica ancora l’ordine: se c’è qualche problema si possono ancora fare modifiche. Si vede la spesa totale. Si può infine confermare il carrello e indicare tipo di spedizione e pagamento.