Tecnologie Avanzate: Esploriamo le Tendenze Tecnologiche che Stanno Rivoluzionando l'Industria delle PCB

Fattori chiave che modellano il futuro dell'industria delle PCB:

• Le tecnologie avanzate continuano a stimolare nuove opportunità di crescita
• I progressi crescenti nell'elettronica di consumo aumentano la complessità delle PCB
• Continua miniaturizzazione dei dispositivi elettronici
• Miglioramento della manutenzione predittiva con l'uso dell'IA
• Applicazione sempre più ampia delle PCB nel settore automobilistico

Le PCB di oggi, complesse ma piccole e multistrato, sono molto diverse dai loro design e funzionalità originali, inventati all'inizio del secolo e brevettati da Paul Eisler nel 1943. Da allora, processi di produzione più sofisticati e software di progettazione hanno anche permesso maggiori efficienze nella produzione e ridotto i costi. Ad esempio, solo un decennio fa, HDI, FPGA e microvie erano esclusivi dei design più costosi, ma oggi sono facilmente accessibili in tutto il mondo.

Al centro del gioco dell'innovazione elettronica, l'industria delle PCB deve tenere il passo con il ritmo del cambiamento, maturando e sviluppandosi in risposta alle tecnologie dipendenti dalle PCB man mano che avanzano e cambiano le richieste dei consumatori. Mentre i consumatori spingono per dispositivi più veloci e sottili e sia gli individui che le industrie cercano una funzionalità raffinata, i principali progettisti di PCB sono sotto intensa pressione per stare al passo. Un esempio è come le trasmissioni ad alta frequenza richieste per il 5G abbiano ora reso necessario l'uso di PCB misti segnale complessi, che possono essere molto difficili da progettare senza gli strumenti di progettazione PCB adeguati.

Diamo uno sguardo più approfondito alla tecnologia e alle tendenze che stanno rivoluzionando l'industria delle PCB.

Tendenze che guidano le tendenze: IA, IoT e connettività 5G

Si prevede che il mercato globale dell'IoT passerà da 399,41 miliardi di dollari nel 2022 a 1057,55 miliardi di dollari entro il 2027.

L'IA convergente, la connettività 5G e l'Internet delle cose (IoT) sono stati un impulso per il cambiamento, alimentando la crescita e i progressi nella produzione di PCB.

Fornendo accesso a velocità di rete fino a 20 Gbps, il 5G dovrebbe funzionare dieci volte più veloce delle attuali reti LTE e venti volte più veloce del 4G con una bassa latenza (di un millisecondo, offrendo essenzialmente il tempo reale), e un'elevata affidabilità fino al 99,9999 percento. Questo influisce notevolmente sul funzionamento dei dispositivi IoT consentendo a gadget di ogni tipo, inclusi sensori e macchine, di comunicare e condividere dati più velocemente che mai, rivoluzionando il modo in cui viviamo e, soprattutto, il modo in cui lavoriamo.

Dove il Wi-Fi è stato carente in passato, il 5G rende possibili comunicazioni critiche in tempo reale, diventando un differenziatore produttivo e un prerequisito essenziale per le fabbriche intelligenti del futuro.

Tuttavia, con il dispiegamento dei sistemi 5G in tutto il mondo, le loro capacità ad alta velocità continuano a rappresentare una sfida per quanto riguarda la progettazione e la produzione di schede PCB. Per garantire l'integrità del segnale, ad esempio, i progettisti devono considerare fattori come la larghezza, la lunghezza delle tracce, il routing, la terminazione e lo schermaggio. Un altro problema, l'interferenza elettromagnetica, può essere ridotta attraverso la filtrazione, lo schermaggio, la messa a terra e il layout.

Per soddisfare le esigenze delle applicazioni 5G e ottenere un'alta densità di circuito con bassa perdita di segnale, invece del tradizionale approccio di incisione sottrattiva, i produttori di PCB stanno utilizzando la tecnica del processo semi-additivo modificato (MSAP). In questa tecnica, dove il fotoresist non è presente, viene applicato uno strato sottile di rame sul laminato. Impiegando la fotolitografia per ottenere un'incisione di alta precisione con poca perdita di intensità del segnale, il rame tra i conduttori viene rimosso.

Miniaturizzazione e Altri Progressi Emergenti nell'Elettronica di Consumo

La pervasività delle PCB nelle nostre vite personali persiste poiché i consumatori iniziano sempre più a incorporare nuove tecnologie nella loro vita quotidiana, ora monitorando e controllando compiti comuni di tutti i giorni come accendere le luci o impostare l'AC a una fresca temperatura di 78 gradi Fahrenheit attraverso un semplice comando vocale.

Dagli smartwatch che monitorano tutto, dai tuoi passi all'assunzione di calorie, ai dispositivi intelligenti che controllano le luci del tuo soggiorno, la domanda di elettronica di consumo è aumentata, guidando progressi tecnologici in tutto, dalle console per videogiochi, smartphone e case intelligenti ai dispositivi di Realtà Virtuale (VR) e Realtà Aumentata (AR).

Per soddisfare la domanda guidata dalla tendenza verso la miniaturizzazione e abilitare funzionalità come il controllo del battito cardiaco a riposo su uno smartwatch, i produttori di PCB stanno migliorando funzionalità e capacità attraverso l'utilizzo di materiali avanzati nelle schede elettroniche come i polimeri a cristalli liquidi, il rame rivestito di resina e le fibre di vetro.

IA per un Miglioramento della Manutenzione Predittiva

Sebbene l'uso dell'IA per un controllo di qualità e produzione più rigoroso sia abbastanza diffuso in altri settori da tempo, è ancora piuttosto raro nella produzione di PCB. L'IA può aiutare a migliorare l'output e la qualità del prodotto, progettando circuiti e producendo più velocemente e in modo più consistente rispetto ai metodi tradizionali.

I sistemi avanzati di Ispezione Ottica Automatica (AOI) basati sull'Intelligenza Artificiale con ML possono essere utilizzati per rilevare difetti come componenti mancanti e giunti di saldatura rotti, riducendo falsi allarmi e ritardi nella linea di produzione catturando immagini 2D/3D e utilizzando algoritmi di riconoscimento dei modelli per confrontare le immagini catturate con un dato punto di riferimento.

Rilevando più rapidamente i difetti, un sistema AOI può aiutare a migliorare l'efficienza della linea di produzione, avvisare gli operatori di potenziali problemi prima che diventino problemi reali, accelerare le riparazioni e, di conseguenza, ridurre i costi di produzione complessivi.

Assistite dall'IA, le macchine per saldare possono essere molto efficienti nella saldatura di circuiti integrati a passo fine, un processo critico nella produzione di piccoli componenti elettrici dove viene utilizzato un ugello ad altissima temperatura per saldare piccoli componenti elettrici alla scheda.

Le vaste quantità di dati raccolti dai sistemi guidati dall'IA durante le operazioni dovrebbero essere sfruttate al massimo, valutate attentamente per identificare aree di miglioramento e produrre PCB in modo più efficace e affidabile. Per migliorare la manutenzione predittiva nel processo di fabbricazione dei PCB, si possono utilizzare sensori intelligenti per catturare dati importanti che vengono poi analizzati per identificare aree del processo più inclini agli errori, aiutando a ridurre i tempi di inattività della linea di assemblaggio ed evitare potenziali perdite.

Le vaste quantità di dati raccolti dai sistemi guidati dall'IA durante le operazioni dovrebbero essere sfruttate al massimo e valutate attentamente per identificare aree di miglioramento, ottimizzare le operazioni e produrre PCB in modo più efficace e affidabile.

Per migliorare la manutenzione predittiva nel processo di fabbricazione dei PCB, si possono utilizzare sensori intelligenti per catturare dati importanti che vengono poi analizzati per identificare aree del processo più inclini agli errori, aiutando a ridurre i tempi di inattività della linea di assemblaggio ed evitare potenziali perdite.

Ampliamento dell'applicazione dei PCB nel settore automobilistico

Previsto per crescere a un CAGR del 7,7% tra il 2023 e il 2031, la dimensione del mercato globale dei PCB automobilistici era di 13,2 miliardi di dollari nel 2022 e si prevede che raggiungerà 25,6 miliardi di dollari entro il 2031.

Come riportato da Transparency Market Research, l'aumento della domanda di mercato per automobili di nuova generazione e la crescente adozione della Mobilità 4.0 sono previsti per spingere la crescita dell'industria dei PCB automobilistici. L'obiettivo della Mobilità 4.0 è sviluppare sistemi di trasporto intelligenti, efficienti e sostenibili con l'uso di tecnologie all'avanguardia come l'IoT e l'IA menzionati in precedenza, così come i veicoli autonomi.

I consumatori desiderano opzioni di trasporto efficaci e pratiche che possano essere personalizzate, caratteristiche offerte dalle automobili di nuova generazione. Ulteriormente stimolando il mercato, per promuovere la sostenibilità e la riduzione dei combustibili fossili, i governi stanno promuovendo l'adozione di veicoli elettrici e ibridi attraverso incentivi e sussidi.

Stampa 3D dei PCB

Negli ultimi dieci anni, la tecnologia di stampa 3D è maturata da un mezzo per la prototipazione a una tecnica che consente la produzione di massa, ora utilizzata in molte industrie, inclusa la fabbricazione dei PCB. La stampa 3D utilizza la fabbricazione additiva per costruire oggetti. I substrati possono essere stampati strato per strato con inchiostro liquido, poi aggiunti su parti che contengono funzionalità elettriche. Il processo può essere utilizzato per realizzare schede PCB con caratteristiche e capacità uniche precedentemente impossibili attraverso processi convenzionali.

Poiché la stampa 3D limita gli errori umani, riduce gli sprechi ed elimina la necessità di stampi, attrezzi e attrezzature costose, rappresenta un ottimo modo per abbassare i costi, ridurre il consumo energetico e migliorare l'efficienza, consentendo al contempo una progettazione personalizzata.

Altri vantaggi includono:

• Prototipazione e test rapidi, che permettono di accelerare la produzione di schede e abilitano la personalizzazione e la produzione su richiesta.
• Nella progettazione di schede PCB, la stampa 3D offre più spazio per la creatività e la flessibilità, consentendo forme e strutture complesse e abilitando l'incorporazione di più componenti e funzioni su un'unica scheda PCB.
• La stampa 3D aiuta a minimizzare l'impronta ambientale della produzione di PCB, consentendo l'uso di materiali biodegradabili o riciclabili e riducendo la quantità di sostanze chimiche e materiali pericolosi rispetto alla produzione convenzionale di PCB.

PCB Biodegradabili

Per aiutare a minimizzare l'impatto dei PCB sul nostro pianeta, i produttori devono lavorare collaborativamente per promuovere metodi sostenibili, ridurre i rifiuti elettronici non degradabili e minimizzare le sostanze pericolose nell'ambiente.

La dipendenza dell'industria dal silicio ha spinto i produttori di PCB a trovare alternative più sostenibili, propellendo un aumento verso i PCB organici o biodegradabili. I PCB biodegradabili evitano l'uso di materiali non biodegradabili come sostanze chimiche, metalli e plastiche e possono, quindi, decomporre naturalmente quando esposti a condizioni favorevoli come calore, umidità, luce o microorganismi.

I PCB biodegradabili non sono solo più ecologici, riducendo il consumo di energia e risorse naturali attraverso l'uso di materiali rinnovabili e riciclabili, ma riducono anche i costi attraverso l'uso di materiali più economici e abbondanti. Alcuni dei componenti che possono essere utilizzati nei PCB biodegradabili e parzialmente biodegradabili includono bio-compositi privi di sostanze chimiche realizzati con fibre di cellulosa naturale estratte da rifiuti agricoli e coprodotti come glutine di grano, steli di banana o piume di pollo.

Fonti di Energia Rinnovabile

L'energia rinnovabile produrrà il 35% dell'elettricità globale entro il 2025: rapporto sul mercato dell'elettricità 2023 dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) Electricity Market Report 2023.

La tendenza alla sostenibilità dietro la transizione ai PCB biodegradabili stimola ulteriormente la crescita del settore poiché la nostra dipendenza dai combustibili fossili diventa sempre maggiore, impattando progressivamente il nostro ambiente e forzando la priorità della ricerca e dello sviluppo di fonti di energia rinnovabile. Ciò ha risultato in una maggiore domanda di PCB utilizzati in fonti di energia rinnovabile come sistemi di controllo per turbine eoliche, inverter solari e sistemi di accumulo energetico.

La necessità di PCB di complessità sempre maggiore continuerà ad espandersi. Quello che oggi è considerato tecnologia all'avanguardia diventerà rapidamente comune domani. Per tenere il passo con le tendenze previste, i principali produttori devono prepararsi e posizionarsi per supportare strutture più grandi e l'uso di materiali diversi. Questo potrebbe portare alla necessità di nuove materie prime, linee di produzione aggiornate, nuove macchine e, naturalmente, all'allineamento con i partner giusti.