Piedino (elettronica)

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Vari componenti con piedini diversi: 1, 2 e 3 pin passanti; 4 pin SOIC a montaggio superficiale con passo 1,27 mm; 5 e 6 pin PLCC visti su entrambi i lati
Dispositivo SOIC Small-outline integrated circuit a 14 piedini detti ad ala di gabbiano (gull wing in inglese)
Integrato PLCC52 (13 x 4). Interasse 1,27 mm. La particolare forma dei piedini permette di saldarlo su piazzole SMT o di montarlo su zoccolo
Analisi della saldatura dei piedini di un dispositivo BGA mediante raggi X
Led di potenza con piedini modificati, ricavati da uno stampato "MCPCB" con anima in metallo, adatto a dissipare il calore generato dai dispositivi

In elettronica, un piedino (in inglese pin[1]) è una qualunque terminazione metallica che, innestandosi nella sua controparte, stabilisce un contatto elettrico.

In elettrotecnica è usato principalmente per trasferire energia, mentre in elettronica si usa prevalentemente per trasmettere informazioni (il trasferimento di energia può avvenire, ma in genere si tratta di correnti più limitate).

Piedino in elettrotecnica

Il piedino è il singolo contatto di un connettore maschio (detto anche spina, in inglese plug[2]). Il connettore maschio è costituito da un certo numero di pin, ossia una certa piedinatura o pin-out, e va ad inserirsi nel corrispondente connettore femmina (detto anche presa, in inglese socket) consentendo il contatto elettrico tra circuiti multipli.

Piedino in elettronica

In elettronica un piedino è parte di molti tipi di connettori. Ad esempio nei computer sono presenti connessioni differenti per il collegamento di numerosi dispositivi (e per ognuno viene definita una piedinatura standardizzata). Per citare le più comuni: porte RS232 e USB e periferiche, come stampanti, tastiere, mouse, schermi e ethernet.

Piedino nei circuiti integrati

Piedino può anche riferirsi a un dispositivo elettronico (circuito integrato) che comunica con il mondo esterno tramite contatti metallici, detti appunto piedini o pin. In alcune tipologie di package ceramici i contatti sono costituiti da piazzole con trattamento galvanico in oro. Anche in questo caso per molti componenti è definita una piedinatura standard.

Piedini passanti

Lo stesso argomento in dettaglio: Tecnologia a fori passanti.

Il circuito integrato classico presenta pin "passanti" o PTH (Pin Through Hole): essi attraversano il circuito stampato che li ospita tramite fori metallizzati venendo successivamente saldati. La sezione dei piedini può essere tonda, ricavata da filo continuo, oppure quadrata o rettangolare, ricavata dalla tranciatura di una lamina; in alcuni casi, come in molte famiglie di microprocessori, circuiti personalizzati e ibridi, la sezione tonda è ricavata tramite lavorazione di tornitura: essi possono essere sottoposti ad un trattamento galvanico superficiale che può essere sia di stagnatura che di doratura (mentre il trattamento di argentatura, in uso negli anni '70, non è più praticato a causa della facilità di ossidazione nel tempo). In altri casi i circuiti integrati non vengono saldati sulla piastra ma inseriti in uno zoccolo compatibile col componente, saldato sul circuito stampato: in questo modo si ha la possibilità di sostituire il componente in modo veloce, come richiesto ad esempio per i componenti programmabili, in fase progettuale, i quali devono spesso essere riprogrammati e si vuole evitare di doverli dissaldare e saldare nuovamente[3][4].

Piedini a montaggio superficiale

Lo stesso argomento in dettaglio: Tecnologia a montaggio superficiale.
Piedini del contenitore detto BGA (nell’immagine in alto si intravedono le semisfere disposte a griglia)

I circuiti integrati più moderni, a montaggio superficiale, o SMT (Surface mount technology), presentano dei piedini più piccoli che si saldano sulla superficie del circuito stampato senza attraversarlo da parte a parte[5]. La necessità di avere un numero di connessioni sempre più grande in uno spazio sempre più limitato porta ad adottare contenitori (package) con dimensioni sempre più ridotte. Dalla tecnologia standard per i circuiti integrati PTH con interasse 1/10 di pollice (pari a 2,54 mm) si è passati a tecnologie SMT sempre più piccole e diversificate:

  • SOIC Small-outline integrated circuit dove l'interasse tra i piedini di 1/20 di pollice pari a 1,27 mm (per la loro forma i piedini si chiamano ad ala di gabbiano).
  • LCC nelle versioni PLCC Plastic leaded chip carrier o Ceramic Leadless Chip Carrier. Interasse tra i pin di 1,27 mm. Possibilità di montaggio diretto con saldatura al circuito stampato o su zoccolo.
  • LQFP Low-profile Quad Flat Package: l'interasse può variare (0,4 0,5 0,65 e 0,80 mm)
  • BGA Ball grid array. Piedini costituiti da semisfere metalliche disposte a griglia sotto il componente. L'analisi della buona qualità delle saldature dei piedini può risultare complessa e costosa (vedi analisi ai raggi X in figura)

Dispositivi di potenza

Anche in questo campo l'uso di componenti sempre più evoluti tecnologicamente permette l'adozione di tecnologie SMD per dispositivi che in passato erano disponibili solo nella tradizionale tecnologia PTH. La dissipazione di energia termica viene ridotta (mosfet a bassa RdsON) e l'uso di circuiti stampati con spessore di rame maggiorato che migliora la dissipazione termica (dal più comune 35 µm ai 70, 105 o più). Si realizzano inoltre nel circuito stampato superfici ramate attorno ai piedini con la funzione di dissipare il calore generato.

L'uso sempre più diffuso di LED di potenza ha spinto i progettisti a sostituire i piedini con piccole piazzole saldabili, più efficaci a dissipare il calore. Si è anche diffusa la tecnologia detta guaina termica o thermal clad (lett. "rivestimento termico"): sul lato opposto ai componenti il circuito stampato viene saldato su un dissipatore di alluminio, o meglio ancora di rame.

Note

  1. ^ pin, in Treccani.it – Vocabolario Treccani on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
  2. ^ Il termine jack in generale fa riferimento al connettore socket (femmina) ma è ambiguo e spesso è usato come abbreviazione di connettore Jack che è maschio.
  3. ^ Sono ormai di uso generalizzato dispositivi "riprogrammabili" in system: non c'è più la necessità di smontarli in quanto è possibile comunicare con essi e programmarli in modo seriale (i modi di comunicazione seriali necessitano di poche connessioni, in alcuni casi di un solo piedino). Questo metodo è chiamato in vari modi: ad esempio ISP (In System Programmable). Lo sviluppo di memorie di tipo EEPROM dette "flash" permette di riprogrammarli almeno 10.000 volte (come ordine di grandezza, variabile a seconda del costruttore).
  4. ^ Per il numero di riscritture della memoria di programma vedi ad esempio il documento relativo ad un piccolo microcontrollore ATtiny13A costruito dalla Atmel.
  5. ^ I vantaggi di questa tecnologia sono le dimensioni ridotte dei componenti e la facilità di montaggio automatizzato.

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