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ANALOG/MIXED SIGNAL IPASSIVES TECHNOLOGY 27 - ELETTRONICA OGGI 482 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2019 mediante conduttori o tracce su un circuito stampato (PCB). Nel tempo si sono evoluti seguendo tre direzioni: dimensioni compatte, costo ridotto e prestazioni elevate. L’evoluzione oggi è matura e ottimizzata, ma le dimen- sioni e il profilo indicano che i componenti passivi di- screti continuano a rappresentare un limite alla riduzio- ne dell’area e del volume della soluzione complessiva. I passivi in genere rappresentano oltre l’80% della distinta base di un’applicazione, occupano il 60% della superfi- cie e costituiscono circa il 20% della spesa complessi- va per i componenti. Sommandosi, questi fattori porta- no a sfide complesse in termini di gestione delle scorte e stoccaggio. Per loro natura i dispositivi discreti sono componenti trattati singolarmente. Sebbene esistano modi per garantire che i componenti vengano selezio- nati da determinati lotti di processo, ogni singolo com- ponente presenta comunque un elevato livello di unicità. Ciò comporta, tuttavia, un notevole svantaggio quando si necessita di componenti perfettamente accoppiati. Per i dispositivi destinati a essere accoppiati, unicità e dif- ferenze tra componenti contribuiscono all’insorgenza di errori che riducono le prestazioni del circuito a tempo zero. Inoltre la riduzione delle prestazioni inevitabilmente peggiora nella gamma di temperature di esercizio e con il ciclo di vita del circuito. Un altro svantaggio dei dispositivi passivi discreti è che le operazioni di assemblaggio e cablaggio dei singoli componenti richiedono tempo e occupano molto spazio. Gli elementi vengono collegati mediante un processo di saldatura, in genere con tecnologia a montaggio su foro passante o superficiale (SMT). Il montaggio su foro pas- sante è la tecnologia più datata e prevede l’inserimento delle parti a filo nei fori del circuito stampato, il filo in ec- cesso viene fissato e tagliato e una saldatura a onda fusa collega i fili dei dispositivi alle piste di interconnessione del circuito stampato. La tecnica di montaggio superfi- ciale ha consentito lo sviluppo di componenti passivi più piccoli; in questo caso un land pattern viene inciso sul circuito stampato, la pasta saldante viene usata per co- prire i pattern, quindi i componenti SMT vengono posi- zionati mediante una macchina ‘pick & place’. In seguito il circuito stampato viene sottoposto a un processo di saldatura per rifusione in cui la pasta saldante si fonde e fissa temporaneamente le connessioni elettriche e, una volta raffreddata, connette meccanicamente i compo- nenti SMT al circuito stampato. Il problema principale di queste due tecnologie è che i processi di saldatura pos- sono non avere un’elevata affidabilità e, in un settore in cui gli obiettivi di qualità sono espressi in parti per milio- ne, questo diventa sempre più preoccupante. L’affidabi- lità della saldatura dipende da diversi fattori: la compo- sizione della pasta saldante (che in genere non contiene piombo, quindi è meno affidabile), la stabilità meccanica durante la saldatura per rifusione (le vibrazioni mecca- niche possono far seccare il giunto di saldatura), la pu- rezza della pasta saldante (eventuali contaminanti pre- giudicano l’affidabilità della saldatura) e la durata e la temperatura del processo di saldatura per rifusione. Di fondamentale importanza è la velocità con cui la pasta saldante si riscalda, la temperatura effettiva e la sua uni- formità e per quanto tempo la pasta viene riscaldata. Una qualsiasi variazione di questi aspetti può danneggiare i land pad o i fori passanti oppure può sottoporre i com- ponenti a stress meccanico e, di conseguenza, provocare guasti nel corso del tempo. Un’altra limitazione derivante dall’uso di componenti passivi sui PCB, dovuto al fatto che devono essere distanziati, è che le tracce devono es- sere lunghe. Ciò può comportare l’nsorgenza di elementi parassiti non preventivati che possono limitare le pre- stazioni e la ripetibilità dei risultati. In genere le tracce dei circuiti stampati hanno un’induttanza dell’ordine di 1 nH/mm e una capacità che dipende dalla larghezza del- la traccia e dalla vicinanza degli elementi adiacenti. Le tolleranze delle tracce contribuiscono alla variabilità de- gli elementi parassiti che, oltre a essere distruttivi, sono anche imprevedibili. Tolleranze più rigorose sui circuiti comportano un aumento dei costi. I dispositivi passivi presentano anche numerosi punti di contatto potenziali con il mondo esterno, in cui possono verificarsi anche scariche elettrostatiche, mediante trattamento manuale o meccanico. Anche questo aspetto può comportare con- seguenze e rischi in termini di affidabilità e solidità. Tabella 1 – Formule base per componenti passivi primari Elemento discreto Equazione Simbolo Resistore V = tensione I = corrente t = tempo Condensatore R = resistenza in ohm C = capacità in farad Induttore L = induttanza della bobina in henry I S = corrente inversa di saturazione del diodo Diodo V T = tensione termica h = fattore d’idealità del diodo