ITBG20130033A1

ITBG20130033A1 - OPERATIONAL PROCEDURE FOR THE CONSTRUCTION OF ELECTRONIC CIRCUITS SUBJECTED TO HIGH PRESSURE

Info

Publication number: ITBG20130033A1
Application number: IT000033A
Authority: IT
Inventors: Tiziano Cazzola; Giancarlo Cicalini
Original assignee: Insis S P A; Petrolvalves S R L
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-04-25

Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per TITOLO: Description of an invention patent having as TITLE:

PROCEDIMENTO OPERATIVO PER LA REALIZZAZIONE DI CIRCUITI ELETTRONICI SOTTOPOSTI AD ELEVATA PRESSIONE. OPERATING PROCEDURE FOR THE REALIZATION OF ELECTRONIC CIRCUITS SUBJECTED TO HIGH PRESSURE.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Questa invenzione si riferisce ad un procedimento operat ivo per la real izzazione di circuit i elettronici, costruit i con particolari accorgimenti, in grado di poter lavorare ad elevate pressioni. Per circuito stampato, più comunemente noto come “PCB” (Printed Circuit Board), si intende una tipologia di componente elettrico, comunemente utilizzato per la realizzazione di schede elettroniche. This invention refers to an operative process for the realization of electronic circuits, constructed with particular expedients, capable of being able to work at high pressures. By printed circuit, more commonly known as “PCB” (Printed Circuit Board), we mean a type of electrical component, commonly used for making electronic boards.

Questi circuiti stampati, vengono adibiti al le seguenti funzioni: collegamento elettrico tra i vari componenti elettronici, in modo da costituire un vero e proprio circuito elettrico propriamente detto, e di supporto meccanico per i componenti e gli accessori (dissipatori, connettori, eccetera), in modo da creare un sistema, nel quale ogni componente trova una precisa posizione geometrica. Inoltre, la lavorazione meccanica del “PCB”, consente la sagomatura dei bordi (mediante fresatura o tranciatura) in modo da permetterne l'alloggiamento meccanico in contenitori anche di forma complessa. These printed circuits are used for the following functions: electrical connection between the various electronic components, so as to constitute a real electrical circuit proper, and mechanical support for the components and accessories (heat sinks, connectors, etc.), in order to create a system, in which each component finds a precise geometric position. In addition, the mechanical processing of the "PCB" allows the shaping of the edges (by milling or shearing) so as to allow mechanical housing in containers even of complex shape.

A seconda del tipo di sub-strato e di processo produttivo, il circuito stampato può essere definito meccanicamente come “rigido", "flessibile" e "rigido-flessibile" (costituito da parti rigide, collegate tra loro da sezioni flessibili). Depending on the type of substrate and production process, the printed circuit can be mechanically defined as "rigid", "flexible" and "rigid-flexible" (consisting of rigid parts, connected together by flexible sections).

I l “PCB” è cost ituito da una serie di strati conduttivi (“ layer”) divisi fra di loro da strat i isolant i (vetroresina); a seconda del numero degli strati conduttivi presenti, il processo produttivo diventa progressivamente più complesso e costoso. In base al la complessità tecnologica, proporzionale al numero di strati , si parla di: The “PCB” is made up of a series of conductive layers (“layer”) divided between them by insulating layers (fiberglass); depending on the number of conductive layers present, the production process becomes progressively more complex and expensive. Based on the technological complexity, proportional to the number of layers, we speak of:

"monofaccia" o "monorame" (un solo strato conduttivo), "doppia faccia" o "due strati" (due strati conduttivi), "multistrato" (nel la maggior parte delle applicazioni di numero compreso tra quattro e otto strati, ma è possibile anche realizzare venti o più strati). "single-sided" or "single-layer" (a single conductive layer), "double-sided" or "two-layer" (two conductive layers), "multilayer" (in most applications four to eight layers, but it is it is also possible to create twenty or more layers).

Un circuito stampato a doppia faccia, si compone di un substrato solido, piano e di spessore costante, costituito da materiali aventi caratteristiche di auto-estinguenza. Questi materiali sono detti "materiali di base", esistono in una vasta gamma di varietà, e si distinguono essenzialmente per la diversa rigidità dielettrica e capacità di resistere alle elevate temperature. Su entrambe le facce esterne del substrato, viene applicato con un forte collante termo-adesivo, composto da tessuto di vetro impregnato di resina, uno strato di rame laminato, avente spessore costante e predeterminato; per lavorazioni di schede speciali si possono utilizzare spessori di rame da 5 µm a 175 µm. La piastra così ottenuta, viene forata per consentire i l futuro passaggio dei terminali passanti dei componenti elettronici, e soprattutto, per realizzare il collegamento elettrico tra i piani superiori ed inferiori. Per ricavare dal piano pieno di rame l ' insieme dei soli collegamenti necessari, si esegue l 'asportazione chimica selettiva del rame in eccesso. Il collegamento elettrico tra lo strato di rame superiore e quello inferiore, avviene attraverso la metallizzazione di tutti i fori precedentemente realizzati , ovvero, vengono metallizzati sia i fori dove successivamente verranno inseriti i vari componenti, sia appositi fori, detti "fori di via", realizzati appunto al solo scopo di collegare lo strato superiore a quello inferiore; questo è reso possibile da un delicato processo di deposizione galvanica di rame, detto appunto "processo di metallizzazione". I “fori di via” possono essere utilizzati per collegare i “ layer” esterni (fori di via passanti) o i “layer” interni (fori di via ciechi). Per definire i collegamenti elettrici creati mediante “pista” o “fori di via”, viene adottato (prima del “processo di metallizzazione”) il “processo di metal-resist”, che prevede la deposizione di un metallo, capace di proteggere il rame depositato. Le parti delle due facce esterne di rame non destinate alla successiva saldatura dei terminali dei componenti, i quali verranno poi montati sul circuito stampato, vengono protette dal l 'ossidazione e dai contatti elettrici indesiderati con una vernice isolante. Inf ine si procede all ’eventuale stampa di scritte, diciture, disegni e altre indicazioni sul circuito stampato (normalmente introdotte dal costruttore). Al fine di garantire che il circuito stampato non presenti anomalie elettriche, al termine di tutte le lavorazioni, il circuito stampato viene testato elettricamente per verificare la funzionalità elettrica. A double-sided printed circuit consists of a solid substrate, flat and of constant thickness, made up of materials with self-extinguishing characteristics. These materials are called "base materials", exist in a wide range of varieties, and are essentially distinguished by their different dielectric strength and ability to withstand high temperatures. On both external faces of the substrate, a layer of laminated copper, having a constant and predetermined thickness, is applied with a strong thermo-adhesive glue, composed of glass fabric impregnated with resin; for processing special boards, copper thicknesses from 5 µm to 175 µm can be used. The plate thus obtained is perforated to allow the future passage of the through terminals of the electronic components, and above all, to make the electrical connection between the upper and lower floors. To obtain only the necessary connections from the solid copper surface, selective chemical removal of the excess copper is carried out. The electrical connection between the upper and lower copper layer takes place through the metallization of all the holes previously made, that is, both the holes where the various components will subsequently be inserted and special holes, called "via holes", are metallized. made precisely for the sole purpose of connecting the upper layer to the lower one; this is made possible by a delicate process of galvanic copper deposition, called the "metallization process". Via holes can be used to connect external “layers” (through via holes) or internal “layers” (blind via holes). To define the electrical connections created by means of a "track" or "via holes", the "metal-resist process" is adopted (before the "metallization process"), which involves the deposition of a metal, capable of protecting the copper deposited. The parts of the two external copper faces not intended for the subsequent soldering of the component terminals, which will then be mounted on the printed circuit, are protected from oxidation and unwanted electrical contacts with an insulating paint. Finally, any written, wording, drawings and other information on the printed circuit (usually introduced by the manufacturer) is printed. In order to ensure that the printed circuit does not present electrical anomalies, at the end of all processing, the printed circuit is electrically tested to verify the electrical functionality.

La tecnica dei “fori ciechi” nei circuiti stampati, permette di ottenere una più alta densità di connessioni per unità di superficie, e diventa quasi inevitabile quando il progettista voglia montare sul circuito stampato componenti elettronici di ultimissima generazione. The technique of "blind holes" in printed circuits allows to obtain a higher density of connections per unit of surface, and becomes almost inevitable when the designer wants to mount the latest generation electronic components on the printed circuit.

Allo stato dell ’arte, l ’assemblaggio dei componenti elettronici sul circuito stampato, viene effettuato tramite la tecnologia chiamata “THT” (Through Hole Technology) o anche “PTH” (Pin Through Hole), in quanto prevede l'utilizzo di componenti dotati di lunghi terminali metallici da infilare in appositi fori del circuito stampato. Trattenuti in sede da una colla successivamente rimovibile, i componenti vengono poi saldati alle piazzole mediante una breve massiva esposizione ad una lega saldante fusa (metodo di saldatura "ad onda"). Nel caso di circuiti con fori metallizzati, la lega saldante aderisce ("bagna") alle piazzole di rame e ai terminali metallici dei componenti, e risale lungo il foro metallizzato bagnandone le pareti e il terminale, fino ad arrivare a bagnare correttamente anche la piazzola di rame superiore. Solitamente la tecnologia con fori metallizzati viene impiegata solo per un numero di strati uguale o superiore a due. Nel caso di circuiti a singolo strato (monofaccia), tecnologia ad oggi del tutto obsoleta e relegata ad apparati di bassissimo costo e scarsa complessità, è normale non impiegare la metallizzazione dei fori se non espressamente necessario. At the state of the art, the assembly of electronic components on the printed circuit is carried out using the technology called "THT" (Through Hole Technology) or even "PTH" (Pin Through Hole), as it involves the use of components with of long metal terminals to be inserted into special holes in the printed circuit. Held in place by a subsequently removable glue, the components are then soldered to the pads by means of a brief massive exposure to a molten solder ("wave" soldering method). In the case of circuits with metallized holes, the soldering alloy adheres ("wets") to the copper pads and to the metal terminals of the components, and goes up along the metallized hole, wetting the walls and the terminal, until it also correctly wets the pad. superior copper. Metallized hole technology is usually used only for a number of layers equal to or greater than two. In the case of single-layer (single-sided) circuits, a technology that is now completely obsolete and relegated to very low cost and low complexity devices, it is normal not to use hole metallization unless expressly necessary.

Altra tecnologia ampliamente praticata, è la tecnica chiamata “SMT” (Surface Mounting Technology), che prevede il montaggio di componenti appositamente progettati direttamente a contatto della superficie del circuito stampato. I componenti utilizzati, denominati “SMD” (Surface Mounting Device), sono progettati per avere i l minimo ingombro e peso possibile, ed i contatti sono costituit i dal la metall izzazione delle estremità del l 'oggetto, oppure da corte terminazioni metall iche sporgenti. Un componente “SMD” può avere un ingombro pari ad un decimo di un componente tradizionale, e costare, compreso i l montaggio, f ino ad un quarto. Another widely practiced technology is the technique called “SMT” (Surface Mounting Technology), which involves the assembly of specially designed components directly in contact with the surface of the printed circuit. The components used, called "SMD" (Surface Mounting Device), are designed to have the smallest possible size and weight, and the contacts are made up of the metallization of the ends of the object, or of short protruding metallic terminations. An “SMD” component can have a footprint equal to one tenth of a traditional component, and cost, including assembly, up to a quarter.

Questa fondamentale tecnologia ha consentito una vera e propria rivoluzione industriale nel mondo dei circuit i elettronici, ed ha preso gradualmente il sopravvento dalla f ine degli anni ottanta in poi, sorpassando di fatto, la tecnologia tradizionale “PTH”. This fundamental technology has allowed a real industrial revolution in the world of electronic circuits, and has gradually taken over from the end of the eighties onwards, effectively surpassing the traditional “PTH” technology.

La real izzazione di un circuito elettronico, in merito a quanto accennato, risulta abbastanza delicata, e necessita pertanto, di adeguati accorgimenti. The realization of an electronic circuit, with regard to what has been mentioned, is quite delicate, and therefore requires adequate precautions.

Nelle applicazioni industrial i che richiedono un alto grado di aff idabil i tà, si è obbligat i, quasi inevitabilmente, ad adottare una tecnica di saldatura denominata “Vapor-Phase” (Condensazione di Vapore). Tale tecnica, consiste nel portare ad eboll izione un f luido inerte (perf luoropolietere “PFPE”), i l quale crea, sopra di esso, una “zona di vapore”, dove il circuito-scheda, dopo una fase di pre-riscaldamento, viene saldato in modo estremamente uniforme, mediante il trasferimento termico del vapore sulla scheda, durante la fase di condensazione. In industrial applications that require a high degree of reliability, one is almost inevitably obliged to adopt a welding technique called “Vapor-Phase” (Steam Condensation). This technique consists in boiling an inert fluid (perfluoropolyether "PFPE"), which creates, above it, a "vapor zone", where the circuit-board, after a pre-heating phase, it is welded in an extremely uniform way, by means of the thermal transfer of the vapor on the board, during the condensation phase.

La tecnica del “Vapor-Phase”, rispetto alle tecniche tradizionali precedentemente accennate, offre dei vantaggi, che sinteticamente possiamo riassumere in: eccellente uniformità di distribuzione della temperatura durante la saldatura, e dunque nessun effetto “ombra” e surriscaldamento della componentistica; saldatura più uniforme, grazie alla bassa tensione superficiale al punto di ebollizione (il vapore penetra anche nelle aperture più nascoste); The “Vapor-Phase” technique, compared to the traditional techniques previously mentioned, offers some advantages, which can be summarized briefly as follows: excellent uniformity of temperature distribution during welding, and therefore no “shadow” effect and overheating of the components; more uniform welding, thanks to the low surface tension at the boiling point (steam penetrates even the most hidden openings);

riduzione dei “vuoti” nei “fori di via” o giunti dei componenti, eccetera. Per contro la tecnica del “Vapor-Phase”, non assolve pienamente il compito relativo all’eliminazione dei “vuoti”, poichè, quando sottoposti a forte pressione, possono collassare e creare dunque rotture e conseguente interruzione di continuità dei col legamenti elettrici. reduction of "voids" in "via holes" or component joints, etc. On the other hand, the "Vapor-Phase" technique does not fully fulfill the task of eliminating the "voids", since, when subjected to strong pressure, they can collapse and therefore create breaks and consequent interruption of the continuity of the electrical connections.

Infatti la formazione dei “vuoti” è dovuta alla differenza di pressione che si instaura tra i l vapore presente all’interno del giunto di saldatura, e l ’ambiente in cui avviene la rifusione della pasta saldante. In fact, the formation of "voids" is due to the pressure difference that is established between the vapor present inside the welding joint, and the environment in which the solder paste is re-melted.

La formazione dei “vuoti” nei giunti di saldatura, sono un problema ricorrente e conosciuto da molti anni, anche se nella maggior parte dei casi, il loro verificarsi non rappresentava un grosso problema. Tuttavia, in seguito alla crescente integrazione di nuove generazioni di componentistica, ed alle maggiori prestazioni richieste ai dispositivi elettronici, è sempre più sentita l ’esigenza di ottenere saldature esenti da “vuoti”. The formation of “voids” in the welding joints is a recurring problem that has been known for many years, even if in most cases, their occurrence was not a big problem. However, following the growing integration of new generations of components, and the increased performance required of electronic devices, the need to obtain welds free of "voids" is increasingly felt.

Nelle applicazioni industriali per il settore petrolchimico, in particolare nelle piattaforme marine “off-shore”, vengono impiegati opportuni attuatori meccanotronici capaci di gestire idonee valvole sottomarine destinate ad usi diversi. Gli attuatori meccanotronici ospitano al loro interno il circuito elettronico che, anch’esso, deve sopportare una elevata pressione del fondale marino, dell’ordine dei 300 bar. Per risolvere tale problematica, si adotta l ’espediente di porre l ’elettronica pressochè sottovuoto, con gas inerte, tipicamente azoto (normalmente a circa 0,02 bar). Questa soluzione, però, aumenta i rischi di danneggiamento dovuti al la notevole differenza di pressione tra esterno (i l fondale marino) e l ’ interno (il quasi vuoto). Il porre l ’elettronica sotto-vuoto, risolve anche parzialmente il problema delle forti vibrazioni ed urti che si vengono a creare in alcune circostanze operative, generando nei casi più gravi, l ’obbligo di intervento tempestivo con evidenti difficoltà manutentive. In industrial applications for the petrochemical sector, in particular in off-shore marine platforms, suitable mechanotronic actuators capable of managing suitable subsea valves destined for different uses are used. The mechanotronic actuators house the electronic circuit which, too, must withstand a high pressure of the seabed, of the order of 300 bar. To solve this problem, the expedient is adopted of placing the electronics almost under vacuum, with inert gas, typically nitrogen (normally at about 0.02 bar). This solution, however, increases the risk of damage due to the significant difference in pressure between the outside (the seabed) and the inside (the almost empty). Putting the electronics under vacuum also partially solves the problem of strong vibrations and shocks that are created in some operating circumstances, generating in the most serious cases, the obligation of timely intervention with obvious maintenance difficulties.

L’alta pressione impone dunque attenzione nella progettazione, con particolare riguardo ai material i impiegati ed alla affidabilità del circuito elettronico. The high pressure therefore requires attention in the design, with particular regard to the materials used and the reliability of the electronic circuit.

La scelta dei materiali impiegati, per applicazioni di questo tipo, cade necessariamente nell’utilizzare una ristretta componentistica elettronica di tipo a “stato solido”; per esempio i transistor ad “effetto di campo” (Mosfet), i t ransistor a “giunzione bipolare” (BJT), gl i amplificatori operazionali e differenziali, gli oscillatori al silicio, i condensatori ceramici ed elettrolitici al tantalio a “stato solido”, le resistenze in carbonio, eccetera. La componentistica a “stato solido” pur essendo più resistente alle sollecitazioni meccaniche della componentistica “classica”, non risolve anch’essa i problemi legati alla forte pressione cui è sottoposta, proprio in virtù della caratteristica del principale materiale costituente, ovvero il silicio e l ’ossido di silicio, che risultano particolarmente duri, ma anche molto fragili. The choice of materials used, for applications of this type, necessarily falls on the use of limited "solid state" electronic components; for example "field effect" transistors (Mosfet), "bipolar junction" transistors (BJT), operational and differential amplifiers, silicon oscillators, "solid state" tantalum ceramic and electrolytic capacitors, carbon resistors, etc. Although "solid state" components are more resistant to mechanical stress than "classic" components, they too do not solve the problems associated with the strong pressure to which they are subjected, precisely by virtue of the characteristic of the main constituent material, namely silicon and silicon oxide, which are particularly hard, but also very brittle.

Un altro problema da non sottovalutare, in merito alle sopraccitate problematiche, riguarda la tecnica del “Wire Bonding”, ovvero la tecnica principale per la realizzazione di interconnessioni all’interno di “IC” (Circuit i Integrati) durante la fabbricazione di dispositivi microelettronici. I circuiti integrati vengono poi racchiusi in un “package”, per consentire la successiva connessione con le diverse “PCB”. I fili conduttori, comunemente utilizzati nel “Wire Bonding”, sono realizzati in oro, alluminio o rame, e sono per ovvie ragioni delicatissimi. I diametri dei fili partono da 15 µm e possono raggiungere parecchie centinaia di µm per applicazioni di elevata potenza. Per questi motivi, i l “W ire Bonding” deve essere assolutamente evitato nella realizzazione dei circuiti elettronici sottoposti ad alta pressione. Another problem not to be underestimated, regarding the aforementioned issues, concerns the "Wire Bonding" technique, which is the main technique for creating interconnections within "IC" (Integrated Circuit i) during the manufacture of microelectronic devices. The integrated circuits are then enclosed in a “package”, to allow the subsequent connection with the different “PCBs”. The conductor wires, commonly used in "Wire Bonding", are made of gold, aluminum or copper, and are for obvious reasons very delicate. Wire diameters start at 15 µm and can reach several hundreds of µm for high power applications. For these reasons, “W ire Bonding” must be absolutely avoided when making electronic circuits subjected to high pressure.

Scopo del presente trovato, è quello di definire un procedimento che consenta, attraverso l’adozione di opportuni espedienti, la realizzazione di un circuito elettronico, in grado di operare ad una elevata pressione di esercizio, f ino a 450 bar, senza danneggiamenti. The purpose of the present invention is to define a process that allows, through the adoption of appropriate expedients, the creation of an electronic circuit, capable of operating at a high operating pressure, up to 450 bar, without damage.

Altro scopo è quello di definire un procedimento come sopra, che consenta l ’operatività del circuito elettronico, senza mutamento delle sue caratteristiche sistemico-funzionali; in particolare, l’alterazione della temperatura, del consumo energetico e dei tempi di risposta. Another purpose is to define a procedure as above, which allows the operation of the electronic circuit, without changing its systemic-functional characteristics; in particular, the alteration of temperature, energy consumption and response times.

Altro scopo è quello di definire un procedimento come sopra, che consenta di ottenere un’elettronica durevole nel tempo. Another purpose is to define a procedure as above, which allows to obtain long-lasting electronics.

Altro scopo è quello di definire un procedimento come sopra, che consenta di ottenere un alto grado di qualità ed affidabilità. Another object is to define a process as above, which allows to obtain a high degree of quality and reliability.

Altro scopo è quello di definire un procedimento come sopra, che consenta l’adempimento degli obblighi normativi in materia, quali la Compatibilità Elettro-Magnetica (EMC), e la Marcatura “CE”. Altro scopo è quello di definire un procedimento come sopra, che risult i attuabile con costi convenienti. Another purpose is to define a procedure as above, which allows the fulfillment of regulatory obligations on the subject, such as Electro-Magnetic Compatibility (EMC), and "CE" marking. Another object is to define a process as above, which can be carried out with convenient costs.

Questi ed altri scopi appariranno come raggiunti dalla lettura della descrizione dettagliata seguente, illustrante un procedimento per la realizzazione di circuiti elettronici sottoposti ad elevata pressione. These and other objects will appear as achieved by reading the following detailed description, illustrating a method for making electronic circuits subjected to high pressure.

I l trovato è i l lustrato in forma esemplificativa ma non limitativa, nella seguente descrizione e tavole di disegno, del le quali: The invention is illustrated in an exemplary but not limiting form, in the following description and drawing tables, of which:

La f ig. 1 mostra una vista in sezione schematica del trovato. Fig. 1 shows a schematic sectional view of the invention.

La f ig. 2 mostra un diagramma a blocchi delle fasi operative per la realizzazione del trovato. Fig. 2 shows a block diagram of the operating steps for making the invention.

La f ig. 3 mostra una vista in sezione schematica di un generico attuatore meccanotronico, con all ’ interno il trovato, come esempio tipico di applicazione. Fig. 3 shows a schematic sectional view of a generic mechanotronic actuator, with the invention inside, as a typical example of application.

La f ig. 4 mostra una vista assonometrica schematica di un generico microcontrollore avvolto nel la col la ceramica e pellicola protettiva. Fig. 4 shows a schematic axonometric view of a generic microcontroller wrapped in the la with the ceramic and protective film.

La f ig. 5 mostra una vista assonometrica schematica di un generico componente a stato solido avvolto nella pellicola protettiva. Fig. 5 shows a schematic axonometric view of a generic solid state component wrapped in the protective film.

Con riferimento alle summenzionate figure, un generico circuito stampato S, presenta sulla sua superficie di appoggio S1, una usuale componentistica elettronica di tipo a “stato solido” C ed una più del icata a microcontrollore M, pronta per essere assemblata mediante saldatura con una tecnica di tipo “Vapor-Phase”. Tale tecnica consente di effettuare una saldatura ad appoggio 1, ed una saldatura a copertura 2, priva di “vuoti d’aria”, rispettivamente in prossimità di terminali 3 della componentistica a “stato solido” C, e terminali più delicati 4 della componentistica a microcontrollore M. With reference to the aforementioned figures, a generic printed circuit S, has on its supporting surface S1, a usual electronic components of the "solid state" type C and a more del icated microcontroller M, ready to be assembled by welding with a technique of the “Vapor-Phase” type. This technique makes it possible to carry out a support welding 1, and a cover welding 2, free of "air pockets", respectively in the vicinity of terminals 3 of the "solid state" components C, and more delicate terminals 4 of the components with microcontroller M.

La prerogativa di base è quella di ottenere una saldatura uniforme e priva di “vuoti d’aria”; una saldatura di questo tipo aumenta infatti l ’affidabilità di un circuito elettronico 5. L’assenza di “vuoti d’aria”, nelle saldature ad appoggio 1 ed a copertura 2, rappresenta un valore aggiunto della tecnica utilizzata; detti vuoti infatti, come in premessa accennato, sono pericolosi quando sottoposti a forte pressione, perchè collassando possono creare rotture ed interruzioni di continuità elettrica dei collegamenti. The basic prerogative is to obtain a uniform weld without "air gaps"; a welding of this type in fact increases the reliability of an electronic circuit 5. The absence of "air gaps", in support 1 and cover 2 welds, represents an added value of the technique used; in fact said voids, as mentioned in the introduction, are dangerous when subjected to strong pressure, because collapsing they can create breaks and interruptions in the electrical continuity of the connections.

Ai componenti elettronici più complessi e delicati, quali per esempio il microcontrollore M, i processori di segnale digitale (DSP), i convertitori analogico-digitale (ADC), eccetera, viene applicato un rivestimento protettivo, consistente in una colla ceramica 6, di tipo bi-componente a base di poliammina e resina epossidica. To the more complex and delicate electronic components, such as for example the microcontroller M, the digital signal processors (DSP), the analog-digital converters (ADC), etc., a protective coating is applied, consisting of a ceramic glue 6, type bi-component based on polyamine and epoxy resin.

La colla ceramica 6, si ottiene mescolando una poliammina con una resina epossidica a temperatura ambiente; una volta mescolati , essi appaiono come un liquido bianco di semplice deposizione sui circuiti stampati S e sul microcontrollore M. The ceramic glue 6 is obtained by mixing a polyamine with an epoxy resin at room temperature; once mixed, they appear as a white liquid of simple deposition on the printed circuit boards S and on the microcontroller M.

La posa della colla ceramica 6 sul microcontrollore M, avviene in forma liquida mediante tecnica notoria “a spruzzo”, ricoprendo anche uniformemente le saldature a copertura 2, ed i relativi terminali delicati 4. La deposizione della col la ceramica 6 risulta facile e veloce; successivamente, basterà aspettare qualche ora, affinchè il liquido bianco si asciughi e diventi solido, adattandosi al microcontrollore M, ai terminali delicati 4 ed alle saldature a copertura 2. La solidità del rivestimento, ovvero della colla ceramica 6, consente una protezione del componente elettronico microcontrollore M, evitando così di sottoporlo a stress meccanico e termico, grazie al suo basso coefficiente di dilatazione termica. The laying of the ceramic glue 6 on the microcontroller M takes place in liquid form by means of the well-known “spray” technique, also covering evenly the covering welds 2, and the relative delicate terminals 4. The deposition of the ceramic glue 6 is quick and easy; subsequently, it will be enough to wait a few hours, for the white liquid to dry and become solid, adapting to the microcontroller M, to the delicate terminals 4 and to the cover welds 2. The solidity of the coating, that is of the ceramic glue 6, allows protection of the electronic component microcontroller M, thus avoiding subjecting it to mechanical and thermal stress, thanks to its low coefficient of thermal expansion.

Completata la posa della colla ceramica 6 ai microcontrollori M, e completato l ’assemblaggio di tutta la componentistica C, si procede ad un rivestimento protettivo dell ’ intero circuito elettronico 5, mediante l’applicazione di una pellicola protettiva 7, attraverso una tecnica nota come “coating”. Tale tecnica è ampiamente diffusa in tutt i i circuit i elettronici assemblati, al f ine di proteggerli dalla polvere, umidità, ossidazione, eccetera. Once the ceramic glue 6 has been laid on the microcontrollers M, and the assembly of all the components C has been completed, a protective coating of the entire electronic circuit 5 is carried out, by applying a protective film 7, through a technique known as "Coating". This technique is widely used in all assembled electronic circuits, in order to protect them from dust, humidity, oxidation, etc.

Il circuito elettronico 5, ultimato in tutte le sue fasi, è pronto per essere ospitato entro un volume V di un attuatore meccatronico 8, e successivamente immerso in un olio dielettrico 9, così da permettere una compensazione di una pressione interna P1, con una pressione esterna P2 (per esempio, quella di un fondale marino pari a circa 300 bar al la profondità di 3.000 m). The electronic circuit 5, completed in all its phases, is ready to be housed within a volume V of a mechatronic actuator 8, and subsequently immersed in a dielectric oil 9, so as to allow compensation of an internal pressure P1, with a pressure external P2 (for example, that of a seabed equal to about 300 bar at a depth of 3,000 m).

Allo scopo di eliminare la possibilità di malfunzionamenti e guasti relativi al circuito elettronico 5, si rende necessario l ’e liminazione di connettori elettrici; pertanto tutte le interconnessioni adottate sono di tipo “diretto”. Questo, al fine di evitare che l’olio dielettrico 9, in pressione P1, possa penetrare nell ’ intercapedine dei pin maschio, e corrispondenti pin femmina dei connettori, causando una potenziale interruzione di continuità elettrica. In order to eliminate the possibility of malfunctions and failures relating to the electronic circuit 5, it is necessary to limit the electrical connectors; therefore all the interconnections adopted are of the "direct" type. This, in order to prevent the dielectric oil 9, under pressure P1, from penetrating into the interspace of the male pins, and corresponding female pins of the connectors, causing a potential interruption of electrical continuity.

L’utilizzo della saldatura “diretta”, ha anche lo scopo di eliminare la possibilità che l’olio dielettrico 9 possa modificare la resistenza di contatto tra pin maschio e pin femmina, alterandone quindi le caratteristiche di conducibilità elettrica. Tale procedimento, è così sinteticamente descritto secondo le seguenti fasi operative: The use of "direct" welding also has the purpose of eliminating the possibility that the dielectric oil 9 can change the contact resistance between male and female pins, thus altering their electrical conductivity characteristics. This procedure is briefly described according to the following operating phases:

Fase I: realizzazione del progetto esecutivo. Phase I: realization of the executive project.

Fase II: scelta della componentistica elettronica adeguata; ovvero di una componentistica C di tipo a “stato solido”. Phase II: choice of adequate electronic components; or rather of a “solid state” type C components.

Fase III: sviluppo dell ’hardware, consistente nella realizzazione di un circuito stampato S, per il successivo assemblaggio di un circuito elettronico 5 tramite la tecnica “Vapor-Phase” evitando le connessioni elettriche di tipo “Wire Bonding”. Phase III: hardware development, consisting in the creation of a printed circuit S, for the subsequent assembly of an electronic circuit 5 using the "Vapor-Phase" technique, avoiding "Wire Bonding" electrical connections.

Fase IV: applicazione di rivestimento protettivo. Phase IV: application of protective coating.

Fase V: caricamento del firmware. Phase V: Loading the firmware.

Fase VI: collaudo del circuito elettronico 5. Phase VI: testing of the electronic circuit 5.

Il presente procedimento operativo sin qui esemplificato e descritto, consente la realizzazione di un circuito elettronico, in grado di operare ad elevate pressioni di esercizio. Il circuito elettronico immerso in olio dielettrico di opportuni attuatori meccanotronici, risulta particolarmente idoneo nelle applicazioni industriali per il settore petrolchimico. The present operating procedure, exemplified and described up to now, allows the realization of an electronic circuit, capable of operating at high operating pressures. The electronic circuit immersed in dielectric oil of suitable mechanotronic actuators is particularly suitable in industrial applications for the petrochemical sector.

Questo procedimento operativo non pregiudica di ottenere una Dichiarazione di Conformità Internazionale in materia di Compatibilità Elettro-Magnetica (EMC), ed una Marcatura “CE”; Questo procedimento operativo consente inoltre: This operating procedure does not affect obtaining an International Declaration of Conformity regarding Electro-Magnetic Compatibility (EMC), and a “CE” marking; This operating procedure also allows:

- di raggiungere, tramite opportune soluzioni, una notevole affidabilità tramite una certificazione di tipo S.I.L. 2, in modalità alta di test (HDM); - to achieve, through appropriate solutions, considerable reliability through an S.I.L. 2, in high test mode (HDM);

- di ottenere un alto grado di qualità, ed una certificazione ai massimi livelli internazionali “Lloyd’s Register”, per le applicazioni di tipo marittimo. - to obtain a high degree of quality, and a certification at the highest international levels "Lloyd's Register", for marine applications.

Claims

CLAIMS Claim 1: Operating process for the production of electronic circuits which can be inserted in mechanotronic equipment intended to operate in conditions of high pressure, comprising the following operating steps: Phase I: realization of the executive project, Phase II: choice of adequate electronic components, or rather of a "solid state" type (C) component, Phase III: hardware development, consisting in the creation of a printed circuit (S), for the subsequent assembly of an electronic circuit (5) using the "Vapor-Phase" technique, avoiding "Wire Bonding" electrical connections, Stage IV: application of protective coating, Phase V: Firmware Upload, Phase VI: testing of the electronic circuit (5), characterized by the fact of adopting in the aforementioned phase IV a ceramic glue (6), of the bi-component type based on polyamine and epoxy resin, applied directly on the most delicate electronic components, such as a microcontroller (M), in order to protect it from stress mechanical and thermal, adapting to it, and uniformly covering the respective cover welds (2), and the relative delicate terminals (4). Claim 2: Operating procedure as per claim 1, characterized by the fact of completing phase IV, by applying a protective film (7) of the entire electronic circuit (5).