Dalla loro invenzione a cavallo del secolo e dalla loro brevettazione da parte di Paul Eisler nel 1943, i circuiti stampati si sono evoluti e sviluppati ben oltre le loro funzionalità originarie.
Le PCB di oggi sono sistemi minuscoli, multistrato e complessi che somigliano ben poco ai loro primi antenati. Vengono inoltre prodotti a un ritmo molto più elevato ed efficiente rispetto al passato, grazie a sofisticati software di progettazione e processi di produzione. Anche solo 10 anni fa, microvia, HDI e FPGA si trovavano solo nei progetti più costosi, mentre ora sono facilmente disponibili ai progettisti di tutto il mondo.
Tuttavia, con la crescita e l’evoluzione della tecnologia e della domanda dei consumatori, anche i PCB devono evolversi. In quanto base di tutti i dispositivi elettronici, i PCB sono sottoposti a una forte pressione per lo sviluppo e la crescita. Con i consumatori che spingono per dispositivi più sottili e veloci e con le industrie alla ricerca di funzionalità migliorate, il PCB deve continuare a svilupparsi in futuro.
Ma come sarà esattamente il futuro dei circuiti stampati?
Futuro dei PCB
Sebbene i moderni PCB vengano prodotti a ritmi incredibili e con una complessità sorprendente, c’è sempre spazio per lo sviluppo. Che si tratti della forma stessa del PCB o degli accessori collegati direttamente alla scheda, i consumatori spingono continuamente per ottenere PCB e funzioni dei PCB nuove e diverse.
C'è anche ampio margine di crescita nel processo di produzione stesso, poiché l'aumentata complessità dei PCB introduce nuove sfide per le aziende manifatturiere. Ecco perché la maggior parte delle previsioni sul futuro dei circuiti stampati si concentra fortemente sulle seguenti aree.
1. Telecamere con scheda PCB
Le board camera, chiamate anche telecamere PCB, sono telecamere montate direttamente su un circuito stampato. Queste telecamere PCB sono costituite da un obiettivo, un diaframma e un sensore di immagine e sono progettate per scattare sia foto digitali che video. In totale, le telecamere hanno all’incirca le dimensioni di una moneta da 25 centesimi e possono essere montate su PCB di qualsiasi dimensione. Ciò significa che queste telecamere sono abbastanza piccole da poter essere inserite in quasi qualsiasi dispositivo elettronico.
Dalla loro introduzione, le board camera si sono sviluppate rapidamente, con l’imaging fotografico e video e la robustezza come principali ambiti di miglioramento. Oggi queste piccole fotocamere possono acquisire con facilità immagini e video ad alta risoluzione. Nei prossimi anni, si prevede che le board camera si svilupperanno ulteriormente, offrendo soluzioni potenti sia per l’industria sia per l’elettronica di consumo.
A causa delle loro dimensioni, le telecamere a scheda trovano numerose applicazioni in una varietà di settori. Queste includono:
•Elettronica di consumoLe telecamere su scheda hanno trovato grande utilità nell’elettronica di consumo, in particolare nei dispositivi mobili portatili. Oggi, smartphone, tablet, laptop e altri piccoli dispositivi elettronici portatili utilizzano comunemente telecamere su scheda. Le aziende di elettronica di consumo spingono costantemente per telecamere più piccole e più potenti.
•Strumenti mediciIn particolare, le piccole telecamere a scheda hanno trovato una nicchia nel settore medico per procedure non invasive e minimamente invasive. Sono ora in uso telecamere delle dimensioni di una pillola che possono essere ingerite dai pazienti, così che i medici possano acquisire video e immagini completi dall’interno del tratto digerente senza ricorrere a interventi chirurgici invasivi. Anche le telecamere indossabili stanno guadagnando terreno durante gli interventi chirurgici come strumento didattico.
•Tecnologia di sorveglianzaPoiché le telecamere PCB sono così piccole, è facile nasconderle all’interno di oggetti, il che le rende una scelta eccellente per usi di sorveglianza. Molti consumatori, aziende di sicurezza e organizzazioni utilizzano queste piccole telecamere per monitorare le loro case e le loro attività commerciali contro gli intrusi. Con il miglioramento della tecnologia, le sue applicazioni di sorveglianza continuano a crescere.
Questi settori sono solo alcuni esempi di come le telecamere a scheda possano essere utilizzate e di come le tendenze possano proseguire in futuro. Allo stato attuale, l’industria delle telecamere a scheda si sta orientando sempre più verso modelli personalizzabili che siano al tempo stesso di alta qualità e durevoli. Sono inoltre in fase di sviluppo capacità migliorate per il funzionamento giorno/notte e in condizioni di scarsa illuminazione, al fine di ottimizzare sia le applicazioni di imaging medico sia quelle di sorveglianza.
2. Elettronica stampata in 3D
La tecnologia di stampa 3D è probabilmente una delle innovazioni tecnologiche più entusiasmanti degli ultimi anni. Dagli organi stampati in 3D alle armi da fuoco e alle munizioni, la stampa 3D ha realizzato cose incredibili in una varietà di settori. L’industria dei PCB non fa eccezione.
La stampa 3D si è dimostrata parte integrante di una delle grandi innovazioni nei PCB degli ultimi anni: l’elettronica 3D PE. L’elettronica stampata in 3D, o 3D PE, è destinata a rivoluzionare il modo in cui i sistemi elettrici verranno progettati in futuro. Questi sistemi creano circuiti 3D stampando un elemento di substrato strato dopo strato, quindi aggiungendo sopra un inchiostro liquido che contiene funzionalità elettroniche. Le tecnologie a montaggio superficiale possono poi essere aggiunte per creare il sistema finale. Il risultato è un circuito che può assumere qualsiasi forma immaginabile.
Il PE 3D può potenzialmente offrire enormi vantaggi tecnici e produttivi sia per le aziende produttrici di circuiti sia per i loro clienti, soprattutto se confrontato con i tradizionali PCB 2D. Questi vantaggi includono:
•Design innovativiConsentendo la stampa dei circuiti sopra una forma esistente, le tecniche di produzione 3D PE permettono ai circuiti di assumere forme nuove e straordinarie che semplicemente non erano possibili con la produzione tradizionale di PCB. I 3D PE possono essere modellati per adattarsi a qualsiasi supporto di circuito, pur combinando funzioni elettroniche, ottiche e meccaniche. Ciò consente nuove funzionalità di prodotto e ottimizzazioni. I 3D PE non solo possono essere modellati, ma possono anche essere scalati per stampare su componenti più grandi di qualsiasi cosa sia possibile utilizzando i metodi di produzione di PCB 2D.
•Maggiore efficienzaPoiché la produzione di PE 3D è un processo additivo che utilizza metodi digitali, è molto più parsimoniosa nell’uso dei materiali rispetto alla produzione di PCB 2D. Il sistema applica solo la quantità di materiale necessaria e nulla di più, il che significa che i materiali vengono utilizzati in modo più efficiente. Inoltre, l’aspetto digitale del processo di produzione aumenta la precisione complessiva eliminando le fonti di errore umano. Sebbene i circuiti possano comunque talvolta guastarsi con questo metodo, l’aumento dell’automazione riduce la probabilità di guasto, migliorando l’efficienza complessiva.
•EcologicoPoiché non esiste alcuna limitazione effettiva sul tipo di materiale di substrato che può essere utilizzato nella produzione 3D PE, i produttori di PCB possono selezionare qualsiasi materiale desiderino. Questo rende la produzione ecologica molto più semplice, poiché possono scegliere materiali riciclabili a basso costo.
Grazie a questi vantaggi, la produzione di PE 3D è avanzata rapidamente e si sta orientando verso una produzione di massa ad alto volume. Sebbene le applicazioni dei PE 3D siano attualmente relativamente limitate, riguardando per lo più indicatori, antenne e sensori, è in corso una quantità significativa di ricerca per ampliare le capacità produttive dei PE 3D. Ciò include lo sviluppo dei tipi di superfici su cui possono essere stampati, dei tipi di SMD che possono esservi aggiunti e degli strumenti di produzione che possono essere utilizzati per stamparli.
Molti leader del settore si aspettano che l’industria del PE 3D si espanda rapidamente man mano che le aziende manifatturiere e i settori dei consumi scoprono nuovi metodi e applicazioni per la tecnologia PE 3D.
3. Autoposizionatori PCB
La maggior parte dei PCB oggi include un autorouter nella propria progettazione. Questo componente del PCB instrada le funzioni elettroniche in tutto il circuito per modellare le caratteristiche del layout del PCB, rendendo quindi il processo di automazione molto più semplice.
Tuttavia, gli autorouter sono difficili da creare e configurare, richiedendo una grande quantità di tempo e lavoro. A causa di questa difficoltà, il tempo risparmiato tramite l’automazione viene perso nel processo di configurazione. Per questo motivo, molti produttori e progettisti di PCB stanno valutando gli autoplacer come alternativa. Gli autoplacer rendono il processo di automazione molto più rapido cercando di integrare i sistemi CAD meccanici ed elettrici, semplificando il processo di produzione. Ad oggi, gli strumenti di posizionamento automatico non hanno ancora ottenuto l’accettazione diffusa nell’industria della produzione di PCB. La ragione risiede principalmente nella differenza tra i vincoli degli autoplacer e quelli degli autorouter:
•Instradatori automaticiI vincoli di instradamento sono principalmente dettati dalle caratteristiche della scheda, che possono essere facilmente modellate all'interno dell'ambiente di progettazione PCB. Queste proprietà includono il numero di strati, la spaziatura tra le piste, le distanze di connessione e le direzioni degli strati.
•AutoplacersI vincoli che determinano il posizionamento dei componenti possono essere dettati da considerazioni meccaniche. Queste includono la forma dell’involucro del prodotto, aspetti ergonomici come il posizionamento dei pulsanti, la dissipazione del calore e l’ottimizzazione del pick-and-place.
I vincoli che regolano il funzionamento degli autoplacer non devono necessariamente avere a che fare con il progetto della scheda, ma piuttosto con il design del prodotto. Questo può significare un notevole sovraccarico per i progettisti, poiché devono tenere conto di molto più del semplice progetto del PCB. Sebbene gli autoplacer possano accelerare in modo sostanziale i processi di produzione rispetto agli autorouter, ciò dipenderà principalmente dall’ottimizzazione della gestione dei vincoli dell’autoplacer. È qui che devono entrare in gioco le nuove tecnologie.
La tecnologia di progettazione PCB è in crescita recentemente, e con essa l’idea di sistemi CAD integrati. Poiché gli autoplacer si basano sia sugli aspetti di progettazione elettrica che meccanica, è necessario un sistema CAD elettrico e meccanico integrato che applichi vincoli in entrambi gli ambiti per rendere gli autoplacer più efficienti.
Con il passaggio verso queste scelte di software di progettazione, gli autoplacer stanno diventando lentamente l’alternativa più efficace rispetto agli autorouter. Si prevede che questo passaggio dagli autorouter agli autoplacer porterà benefici concreti al processo di progettazione PCB.
4. Capacità ad alta velocità
Il mondo di oggi è incredibilmente frenetico e richiede che anche le persone e la tecnologia si muovano rapidamente. Con il passare degli anni, ci aspettiamo che tutto diventi ancora più veloce, compresa l’elettronica. Per consentire ai nostri dispositivi di tenere il passo con questa crescente domanda di velocità, la tecnologia dei PCB dovrà adattarsi di conseguenza.
I PCB ad alta velocità sono un argomento particolare per i progettisti, principalmente perché la definizione di PCB ad alta velocità è relativamente vaga. La definizione generalmente accettata di PCB ad alta velocità è quella in cui l’integrità del segnale è influenzata dal layout del circuito. Questo può significare cose diverse:
•Segnale digitaleNei segnali digitali dei PCB, l’intelligenza è contenuta negli impulsi digitali. Pertanto, gli effetti sull’integrità del segnale possono manifestarsi come segnali digitali ritardati o annullati.
•Segnale analogicoIn un circuito analogico ad alta velocità, l’informazione risiede nella forma del segnale. In questi casi, i problemi di integrità del segnale si manifesteranno come forme di segnale alterate.
In entrambi i casi, l’integrità del segnale può essere compromessa da diversi fattori, sia all’interno che all’esterno del PCB. Tra questi vi sono il dielettrico del PCB, la lunghezza delle piste, la vicinanza ad altri segnali e ai disturbi EMI, tra gli altri fattori. Molti progettisti di sistemi ad alta velocità sanno come modificare i progetti per mitigare questi problemi, ma sono costantemente in sviluppo nuovi metodi, così come nuovi strumenti software per gestire i progetti ad alta velocità.
Per ulteriori informazioni sulle attuali tecniche di progettazione PCB ad alta velocità, visita la nostra pagina di risorse sulla progettazione PCB per leggere i nostri articoli suconsigli per layout ad alta velocitàe comeridurre l'influenza EMI nei progetti ad alta velocità.
Poiché le funzionalità ad alta velocità continueranno a essere molto richieste in futuro, le innovazioni nei circuiti stampati incentrate sui progetti ad alta velocità continueranno a essere richieste. Gli addetti ai lavori del settore dei PCB si aspettano che le innovazioni ad alta velocità continuino a rappresentare una parte importante del futuro dei PCB.
5. Un'attenzione ai PCB flessibili
L'industria dei PCB è già un settore in rapida crescita, e alcuni studi stimano che il mercato passerà da 63,5 miliardi di dollari nel 2016 a 73,8 miliardi di dollari nel 2021. Tuttavia, il segmento in più rapida crescita dell'industria dei PCB èPCB flessibili - si prevede che cresceranno fino a 15,2 miliardi di dollari entro il 2020 e 27 miliardi di dollari entro il 2022.
Tra l’elettronica indossabile, i display flessibili e le applicazioni mediche, la tecnologia flessibile sta spingendo il settore sempre più verso PCB flessibili e flessibili‑rigidi. La tecnologia dei PCB flessibili sta già superando i PCB rigidi in termini di crescita delle vendite, il che significa che il futuro appare promettente.
Allora perché i PCB flessibili sono così popolari? Grazie alla loro flessibilità, i PCB flessibili possono sopportare più sollecitazioni e piegature rispetto ai PCB rigidi e possono persino essere ripiegati per adattarsi a spazi 3D scomodi, il che li rende utili per applicazioni in cui la flessione è un evento regolare. Tendono inoltre a essere molto leggeri e sottili, pur rimanendo relativamente facili da produrre in grandi quantità.
Diverse industrie stanno spingendo la tendenza verso i PCB flessibili, tra cui:
•Illuminazione a LEDL’illuminazione a LED è estremamente diffusa come alternativa luminosa ma a basso consumo alle tradizionali lampadine a incandescenza. Per le strisce LED, la flessibilità lungo tutta la lunghezza della striscia è fondamentale, così che i clienti possano piegarla in base alle proprie esigenze. I PCB flessibili rendono possibile questa funzionalità indispensabile.
•Tecnologia indossabile: Oggi i dispositivi elettronici indossabili stanno diventando sempre più popolari, con un mercato globale che dovrebbe raggiungere i 30,6 miliardi di dollari entro il 2020. Questi dispositivi elettronici sono spesso integrati in capi di abbigliamento e accessori flessibili come calzini intelligenti, cinture e braccialetti. Perfino alcuni caschi sportivi ora incorporano sensori, utilizzando PCB, per monitorare urti e velocità. I PCB flessibili sono necessari per queste applicazioni, sia per garantire la flessibilità sia per gestire urti e vibrazioni.
•Display flessibiliI display flessibili hanno goduto di attenzione per anni ma sono ancora relativamente rari da trovare e non sono ancora di uso generale a causa degli elevati costi di produzione. Tuttavia, una volta che questi costi di produzione diminuiranno, ci si aspetta che i dispositivi flessibili diventino la prossima grande novità nella tecnologia mobile. In grado di gestire urti e sollecitazioni meglio dei tipici design rigidi, i display flessibili probabilmente porteranno a smartphone e tablet flessibili. Questo probabilmente richiederà che tutto il resto nel dispositivo sia anch’esso pieghevole, inclusi i PCB.
•Strumentazione medica: Finora l’innovazione nei dispositivi medici si è concentrata principalmente su due tendenze tecnologiche: la miniaturizzazione e la flessibilità. I PCB flessibili consentono ai progettisti di dispositivi medici di ottenere entrambe, permettendo circuiteria compatta su un substrato flessibile. I PCB flessibili sono inoltre apprezzati per la loro affidabilità e biocompatibilità, poiché le loro connessioni sono uniformi e i loro substrati sono compatibili con il contatto con i tessuti umani. Per questi motivi, i PCB flessibili sono diventati un elemento fondamentale in molti dispositivi medici e vengono utilizzati in strumenti chirurgici, dispositivi medici impiantabili, monitor e sensori.
Grazie alla loro flessibilità sia letterale che figurata, i PCB flessibili hanno trovato numerosi impieghi in tutto il settore, diventando un prodotto molto richiesto. Se questa tendenza continuerà, chi lavora nell’industria dei PCB può aspettarsi di vedere molti più progetti di PCB flessibili entrare in forte domanda nel prossimo futuro.
6. PCB biodegradabili
I rifiuti elettronici, noti anche come e-waste, sono tra le maggiori preoccupazioni ambientali dell’era moderna. Questo tipo di rifiuti include oggetti elettronici come computer, laptop, TV, smartphone e elettrodomestici, molti dei quali contengono parti che non sono né biodegradabili né ecologiche. Sebbene il riciclo dei rifiuti elettronici sia diventato popolare negli ultimi anni, l’e-waste continua a essere un problema mentre le persone cercano modi per sbarazzarsi dei vecchi dispositivi elettronici.
I PCB sono una parte importante di questo problema. Alcuni materiali per PCB non si degradano molto bene e spesso finiscono nelle discariche, inquinando il suolo circostante. Questo problema è aggravato dal fatto che le sostanze chimiche utilizzate durante il processo di produzione dei PCB sono spesso dannose per l’ambiente se non smaltite correttamente.
Considerando quanti dispositivi elettronici il consumatore medio utilizza nel corso di un decennio, insieme alla tendenza del settore verso prodotti elettrici di breve durata, ciò può significare un gran numero di PCB gettati via che arrecano danno all’ambiente.
Sono state proposte molte soluzioni a questo problema, che vanno dallo smaltimento di massa ai servizi organizzati di raccolta dei rifiuti elettronici. Alcuni operatori stanno persino sostenendo l’idea di estrarre metalli preziosi dai rifiuti elettronici, come palladio, argento, oro, gallio e tantalio, per riutilizzarli tramite fusione e raffinazione. Questo, a sua volta, ridurrebbe la pressione sulle compagnie minerarie affinché producano enormi quantità di metallo per l’industria elettronica.
Per quanto riguarda specificamente i PCB, alcuni scienziati propongono di affrontare il problema dell’inquinamento modificando i processi di produzione dei PCB. Ciò significherebbe sostituire i substrati tradizionali con alternative più ecologiche. I substrati biodegradabili sono attualmente oggetto di attento esame, così come le alternative che non richiedono sostanze chimiche di incisione nocive per completare il processo di assemblaggio.
Entrambi contribuirebbero a ridurre l’impatto ambientale complessivo dell’industria elettronica e potrebbero potenzialmente contribuire a ridurre i costi di assemblaggio e produzione.
Altri futuri progressi nell'industria dei PCB
I miglioramenti e le innovazioni nel settore dei PCB elencati sopra non esistono isolatamente. Molte altre potenziali innovazioni si trovano appena oltre l’orizzonte tecnologico.
Uno di questi progressi è l’idea dei PCB come componenti di sistema attivi. Al momento, i PCB sono utilizzati come componenti di collegamento nell’elettronica, trasmettendo segnali tra i componenti attivi affinché il dispositivo nel suo insieme possa funzionare. Gli ingegneri stanno attualmente lavorando per rendere i PCB stessi i sistemi attivi, riducendo il numero di componenti nel PCB mantenendo al contempo la funzionalità.
Altri progressi riguardano l’interazione tra queste innovazioni. Ad esempio, la produzione 3D di PE sta ampliando i tipi di materiali che possono essere utilizzati per i circuiti. Questo rende più fattibile l’uso di materiali di substrato flessibili e biodegradabili. Utilizzando combinazioni di queste idee innovative, i progettisti di PCB possono realizzare nuovi design straordinari che mantengono l’industria dei PCB in costante avanzamento.
Scegli PCBCart per i tuoi futuri progetti PCB
La tecnologia PCB continuerà a progredire in futuro man mano che le nostre esigenze e priorità cambiano. Quando la tua azienda sviluppa nuovi progetti e investe in nuove tecnologie, tieni d’occhio i trend in evoluzione, inclusi quelli elencati sopra. Inoltre, dovresti collaborare con un partner di soluzioni PCB che sia pronto a gestire le mutevoli esigenze tecnologiche anche in futuro. È qui che PCBCart può aiutarti.
PCBCart è il principale fornitore di soluzioni PCB, che aiuta le aziende in tutto, dall'approvvigionamento dei componenti all'assemblaggio dei PCB. Saremo il tuo partner e ti assisteremo in ogni fase del processo di fabbricazione e assemblaggio dei PCB, offrendo una competenza completa grazie ai nostri rappresentanti esperti. I nostri servizi di assemblaggio soddisfano gli standard di certificazione IPC Classe 3, RoHS e ISO 9001:2008 e sono strutturati per gestire anche i progetti PCB più complessi. Qualunque sia la tua esigenza, PCBCart può aiutarti.
Per saperne di più su PCBCart e su come possiamo aiutarvi con il vostro prossimo progetto PCB, richiedete oggi stesso un preventivo gratuito per il nostroPCB standard,Prototipo di PCBoAssemblaggio PCBservizi.
Ottieni un preventivo immediato per il tuo prossimo progetto PCB
Risorse utili
•Introduzione ai circuiti stampati e tipi di PCB
•Applicazione e utilizzo dei circuiti stampati
•Come viene prodotto un circuito stampato?
•Processo di assemblaggio PCB - Saldatura dei componenti sui PCB
•Come valutare un produttore di PCB o un assemblatore di PCB
