I PCB (circuiti stampati) non sono più una novità per noi, essendo un componente fondamentale di dispositivi elettronici come cellulari, computer, radio e luci. Senza lo sviluppo dei PCB, non avremmo potuto godere della praticità offerta da questi dispositivi elettronici. Mi sorge quindi una domanda: qual è la storia dello sviluppo dei PCB? Bene, ne parliamo in questo articolo.
Pietre miliari nel processo di sviluppo della storia dei PCB
Possiamo apprendere il processo di sviluppo del PCB dividendolo in diverse fasi vitali elencate di seguito:
Fase di sviluppo (anni 1900-1920):
Nel 1903, un famoso inventore tedesco di nome Albert Hanson presentò una domanda di brevetto britannico e fu pioniere nell'utilizzo di "fili" utilizzati nei sistemi di centrali telefoniche: il foglio metallico veniva utilizzato per tagliare i conduttori di linea, quindi la carta paraffinata veniva incollata sulla parte superiore e inferiore dei conduttori di linea e venivano praticati fori passanti alle intersezioni dei conduttori per realizzare l'interconnessione elettrica tra i diversi strati. Questo metodo differiva dal nostro moderno metodo di produzione di PCB, poiché la resina fenolica non era ancora stata inventata a quel tempo e la tecnologia di incisione chimica non era ancora matura. Il metodo inventato da Albert Hanson può essere considerato il prototipo della moderna produzione di PCB, che costituisce la base per gli sviluppi successivi.
Fase di sviluppo (anni '1920-'1940):
Nel 1925, Charles Ducas, originario degli Stati Uniti, ebbe l'intuizione innovativa di stampare circuiti stampati su un substrato isolante, per poi applicarne la placcatura ai conduttori per il cablaggio. In questo periodo nacque il termine "PCB". Questo metodo semplifica la produzione di apparecchi elettrici.
Nel 1936, il Dr. austriaco Paul Eisler, noto come "il padre dei circuiti stampati", pubblicò nel Regno Unito la tecnologia dei film in lamina, sviluppando il primo circuito stampato per l'utilizzo in una radio. Il metodo utilizzato da Paul Eisler è molto simile a quello che usiamo oggi per i circuiti stampati. Questo metodo, chiamato sottrazione, permette di rimuovere le parti metalliche non necessarie.
Intorno al 1943, l'invenzione tecnica di Paul Eisler fu utilizzata su larga scala dagli Stati Uniti per realizzare spolette di prossimità da utilizzare durante la Seconda Guerra Mondiale. Allo stesso tempo, la tecnologia è ampiamente utilizzata nelle radio militari.
Punto di svolta (1948):
Il 1948 rappresenta un punto di svolta nello sviluppo della storia dei PCB, poiché gli Stati Uniti riconobbero ufficialmente l'invenzione dei circuiti stampati per uso commerciale. Sebbene all'epoca fossero poche le apparecchiature elettroniche che utilizzavano i PCB, questa decisione ne promosse in larga misura lo sviluppo e l'applicazione.
Fase di fioritura (anni '1950-'1990):
Dagli anni '1950 agli anni '1990, l'industria dei PCB si è formata e ha registrato una rapida crescita: si è trattato cioè di una fase iniziale di industrializzazione dei PCB, momento in cui i PCB sono diventati un'industria.
Negli anni '1950, i transistor iniziarono ad essere utilizzati nel mercato dell'elettronica, il che contribuì a ridurre in modo efficace le dimensioni dei dispositivi elettronici e a semplificare notevolmente l'integrazione nei PCB; inoltre, l'affidabilità elettronica fu notevolmente migliorata.
Nel 1953, Motorola sviluppò una scheda a doppia faccia con fori di via elettroplaccati. Intorno al 1955, la giapponese Toshiba introdusse una tecnologia per generare ossido di rame sulla superficie di un foglio di rame, e apparve il laminato rivestito di rame (CCL). Grazie a queste due tecnologie, i circuiti stampati multistrato furono inventati con successo e sono stati utilizzati su larga scala.
Negli anni '1960, i circuiti stampati erano ampiamente utilizzati, la tecnologia PCB era sempre più avanzata e, grazie all'ampio utilizzo di circuiti stampati multistrato, il rapporto tra cablaggio e area del substrato era aumentato in modo efficiente.
Negli anni '1970 si verifica un rapido sviluppo di PCB multistrato, aspirando a una maggiore precisione e densità, fori piccoli con linee squisite, elevata affidabilità, costi inferiori e produzione automatizzata. A quel tempo, la progettazione dei PCB veniva ancora eseguita manualmente. Gli ingegneri addetti al layout dei PCB utilizzavano matite colorate e righelli per disegnare i circuiti su pellicola di poliestere trasparente. Per migliorare l'efficienza del disegno, realizzarono diversi modelli di packaging e modelli di circuiti per alcuni dispositivi comuni.
Negli anni '1980, la tecnologia di montaggio superficiale (SMT) ha iniziato a sostituire gradualmente la tecnologia di montaggio a foro passante, diventando la tecnologia più diffusa in quel periodo. È anche entrata nell'era digitale.
Fase matura (dagli anni '1990 a oggi):
Con lo sviluppo di dispositivi elettronici come personal computer, CD, fotocamere, console di gioco, ecc., si sono verificati grandi cambiamenti. Le dimensioni dei PCB devono essere ridotte per adattarsi a questi piccoli dispositivi elettronici.
La progettazione computerizzata ha portato all'automazione di molte fasi della progettazione di PCB e ha semplificato la progettazione di componenti piccoli e leggeri. Per quanto riguarda i fornitori di componenti, anche loro devono migliorare i propri dispositivi riducendo il consumo elettrico, ma allo stesso tempo devono considerare la questione della riduzione dei costi.
Negli anni 2000, i PCB sono diventati più complessi, con più funzioni e dimensioni ridotte. In particolare, i PCB multistrato e flessibili hanno reso questi dispositivi elettronici molto più pratici e funzionali, con dimensioni ridotte e costi inferiori.
All'inizio del XXI secolo, l'avvento degli smartphone ha guidato lo sviluppo della tecnologia PCB HDI. Pur mantenendo le micro-vie forate al laser, le via sovrapposte hanno iniziato a sostituire le via sfalsate e, combinate con la tecnologia di costruzione "a qualsiasi strato", la larghezza/interlinea finale della scheda HDI ha raggiunto i 21 μm.
Questo metodo a strati arbitrari si basa ancora su un processo sottrattivo, ed è certo che per i prodotti elettronici mobili, la maggior parte dei produttori HDI di fascia alta utilizza ancora questa tecnologia. Tuttavia, nel 2017, HDI ha iniziato a entrare in una nuova fase di sviluppo, passando da un processo sottrattivo a un processo basato sulla placcatura a pattern.
Le principali tendenze che avranno un impatto sul settore dei PCB
Al giorno d'oggi, vari tipi di circuiti stampati tra cui PCB rigidoPCB rigid-flex, PCB multistrato e PCB HDI sono ampiamente utilizzati sul mercato e hanno subito numerose evoluzioni. Possiamo confermare che tale evoluzione continuerà in futuro, di pari passo con le esigenze sempre più elevate delle persone.
Quindi, ecco un'altra domanda: avete mai considerato quali saranno le tendenze che si svilupperanno nel settore dei PCB? Oltre alle applicazioni emergenti di prodotti elettronici nel mercato consumer, come dispositivi elettronici indossabili, apparecchi acustici elettronici, misuratori di glicemia, dispositivi intelligenti per veicoli elettrici, settore aerospaziale e altri settori, le persone hanno requisiti più elevati in termini di progettazione, materiali e produzione di PCB. Di seguito sono riportate 5 tendenze principali che influenzeranno il settore dei PCB in futuro:
Internet delle cose
L'Internet delle cose, in breve IoT, è un settore con un futuro brillante e senza limiti. Questa tecnologia porta ogni oggetto su Internet, consentendo a ciascuno di comunicare con gli altri condividendo dati. Rende la vita delle persone più intelligente e comoda. Normalmente, i dispositivi IoT dovrebbero essere dotati di sensori e connettività wireless. Pertanto, è necessario sviluppare i PCB per soddisfare questi requisiti.
Ad esempio, i dispositivi IoT di piccole dimensioni, come i braccialetti BLE o altri dispositivi portatili, necessitano di componenti più piccoli con le stesse funzionalità. Per quanto riguarda i PCB, questi dovrebbero diventare più piccoli, integrando al contempo componenti ancora più complessi. Questo può rappresentare una sfida, ma anche un'opportunità per i produttori di PCB che vogliono entrare nel mercato dell'IoT e trarne profitto.
PCB flessibile
Negli ultimi anni, PCB flessibili stanno rapidamente guadagnando quote di mercato nello sviluppo di PCB. Diamo un'occhiata all'immagine sottostante, tratta da https://www.www.grandviewresearch.com, che mostra le dimensioni del mercato dei circuiti stampati flessibili nella regione Asia-Pacifico dal 2015 al 2025. Da questa immagine possiamo dedurre che la dimensione complessiva del mercato è in continua crescita e che i settori in cui vengono utilizzati i PCB flessibili spaziano dall'elettronica e dalle telecomunicazioni all'aerospaziale e all'automotive. La domanda di PCB flessibili è destinata a crescere in modo esponenziale con il passare del tempo.
Perché i PCB flessibili sono così popolari? Ecco alcuni motivi: da un lato, i PCB flessibili consentono di risparmiare spazio poiché sono più piccoli rispetto ad altri tipi di PCB. Dall'altro, possono resistere ad ambienti difficili con maggiore capacità e affidabilità.
PCB ad alta densità di interconnessione (HDI)
I vantaggi dei PCB ad alta densità di interconnessione includono l'affidabilità e l'alta velocità del segnale, le dimensioni ridotte e la leggerezza. Inoltre, le larghezze delle tracce nei PCB HDI sono molto più ridotte e la densità di cablaggio è maggiore, consentendo agli ingegneri di integrare più funzionalità e potenza anche in spazi ridotti. La necessità di stratificazione è ridotta per i PCB HDI, con conseguente riduzione dei costi di produzione. Grazie a così tante eccellenti caratteristiche, PCB HDI stanno diventando componenti essenziali in molti dispositivi e applicazioni.
Attualmente, le persone preferiscono utilizzare dispositivi automatici disponibili ovunque, inclusi, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, applicazioni aerospaziali, comunicazioni militari, strumenti diagnostici medici e tecnologie indossabili. Nel frattempo, la necessità di componenti più piccoli con segnali più veloci è diventata sempre più diffusa, ecco perché abbiamo bisogno di PCB ad alta densità di interconnessione.
PCB ad alta potenza
I PCB ad alta potenza sono un tipo di PCB in grado di gestire tensioni superiori a 48 V, stanno diventando più sottili e leggeri, con maggiore efficienza, migliore capacità di assorbimento del calore e maggiore durata. I PCB ad alta potenza più recenti possono sopportare più calore con una migliore dissipazione del calore. Grazie a un package batteria migliorato, questo tipo di PCB è in grado di funzionare molto più a lungo.
L'emergere di questa tendenza è dovuto alla crescente domanda di veicoli elettrici, che richiedono tensioni spesso nell'ordine delle centinaia di volte. Inoltre, sempre più persone apprezzano il concetto di sostenibilità, quindi la domanda di pannelli solari, che richiedono una tensione di 24 V o 28 V, sta aumentando di conseguenza. In una parola, i PCB ad alta potenza hanno una gamma di applicazioni più ampia, sia oggi che in futuro.
Soluzioni commerciali pronte all'uso
Un'altra tendenza nel settore dei PCB è rappresentata dalle soluzioni commerciali già pronte all'uso, note anche come COTS, che includono moduli, componenti e schede PCB. Il punto di forza dei componenti COTS è la loro facilità di installazione nei sistemi esistenti, il che ne aumenta la praticità. Il loro utilizzo è considerato in grado di rendere i componenti più standardizzati e affidabili. Vi starete quindi chiedendo in quale tipo di applicazione vengano utilizzati i COTS. Infatti, l'aerospaziale è uno dei principali settori in cui i COTS vengono utilizzati per ridurre i costi delle principali iniziative, garantire qualità e sicurezza e completare i progetti più rapidamente.
Conclusione
Guardando al processo di sviluppo, la storia del settore dei PCB è in continuo aggiornamento ed evoluzione. I PCB svolgono un ruolo importante nell'era moderna, poiché la tecnologia è in continuo miglioramento. Indipendentemente da ciò che queste tendenze ci porteranno, c'è una cosa che non cambierà mai: i PCB saranno sempre necessari.
Tuttavia, l'evoluzione e lo sviluppo del settore dei PCB avrebbero avuto un impatto significativo sia sulla progettazione che sulla produzione. Pertanto, se i produttori di circuiti stampati vogliono rimanere competitivi, devono essere innovativi per stare al passo con le tendenze, apportando modifiche all'assemblaggio, alla progettazione e alla produzione dei PCB per soddisfare le crescenti esigenze dei consumatori.
MOKO, azienda leader nella progettazione e produzione di PCB in Cina, vanta oltre 16 anni di esperienza nel settore e vanta un team di ricerca e sviluppo professionale. Seguiamo costantemente le tendenze del settore. Hai domande sui PCB? Contatti, immergiamoci insieme nel mondo dei PCB!
