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La miniaturizzazione presenta un gran numero di opportunità di progresso in molte industrie, nelle quali la domanda di soluzioni innovative di miniaturizzazione è in costante aumento. Tecniche di assemblaggio innovative, attrezzature apposite, processi ed un'elevata expertise sono necessari per affrontare le sfide e spingere sempre più oltre i limiti della miniaturizzazione.
La tendenza verso la miniaturizzazione è stata reindirizzata verso un nuovo approccio che va oltre la semplice riduzione delle dimensioni dei componenti.
Leggi l'intero articolo per scoprire i processi di miniaturizzazione più innovativi, i loro vantaggi e le sfide nella loro implementazione.
La miniaturizzazione oggi
Fino a poco tempo fa, la miniaturizzazione nell'elettronica si è affidata esclusivamente alla riduzione delle dimensioni dei componenti, ma questo tipo di miniaturizzazione presenta degli ovvi limiti. Per illustrare in modo semplice questi limiti, pensa di piegare un pezzo di carta a metà. Piegandolo a metà è stato ridotto lo spazio di superficie del 50%. Tuttavia, se si continua a piegare la carta a metà, ad un certo punto non si è più in grado di piegare la carta e il processo di piegatura si interrompe. Per rendere quel pezzo di carta ancora più piccolo, è quindi necessario cambiare il processo e provarne uno nuovo: per esempio facendo uso delle forbici e tagliando la carta piegata a metà. La dimensione della carta è ancora ridotta, ma attraverso un metodo diverso. Tornando alla miniaturizzazione nell'industria elettronica, è stata applicata la stessa logica. Al giorno d'oggi è stato introdotto un altro approccio per la miniaturizzazione, chiamato miniaturizzazione attraverso l'integrazione modulare.
Essenzialmente, l'integrazione modulare significa integrare più circuiti integrati, sia componenti attivi che passivi, in un unico pacchetto compatto per produrre un System in a Package (SiP) dove tutti i componenti lavorano insieme. Questo approccio ha un potenziale di riduzione delle dimensioni ancora maggiore rispetto alla semplice riduzione dei componenti. In tali SiP, i circuiti sono molto densi e sono sviluppati con tracce e spazi stretti, posizionando piccoli componenti molto vicini in modo preciso, così come essi sono partizionati in modo diverso, al fine di fornire le stesse capacità ma utilizzando meno componenti. Qui un esempio di un circuito tradizionale sviluppato utilizzando il processo innovativo SiP:
I telefoni cellulari sono uno degli esempi più lampanti quando si parla di miniaturizzazione, che col tempo sono diventati sempre più piccoli e più sottili. Sempre di più però, la domanda di miniaturizzazione sta aumentando in molti settori. L'industria aerospaziale, quella militare e della difesa, del MedTech e della grande industria dell'elettronica di consumo, sono industrie costantemente alla ricerca di soluzioni innovative che possano produrre dispositivi miniaturizzati il più possibile. I prodotti wearables ad esempio, sono uno dei mercati più fiorenti nel settore dei beni di consumo, pensiamo agli smartwatch, che sono in grado di misurare e registrare dati sulla salute e sull'attività fisica, di leggere e-mail e messaggi, oppure agli auricolari wireless con un'alta qualità del suono e funzioni di cancellazione del rumore, o ancora, alle innovazioni più recenti come gli occhiali intelligenti in grado di scattare fotografie, registrare video e supportare la realtà aumentata, dispositivi tecnologici che stanno per entrare nel mercato. Per non parlare dei dispositivi di monitoraggio medico e dei sistemi elettronici nel settore automobilistico. Tutte queste industrie sono estremamente dipendenti dalla miniaturizzazione.
Con il crescente interesse per i wearables, i dispositivi medici e i sistemi automobilistici, e il continuo obiettivo di sviluppare dispositivi intelligenti sempre più piccoli, la tecnologia andrà sempre più di pari passo con la miniaturizzazione che sicuramente aumenterà ancora, soprattutto grazie a un approccio SiP.
I vantaggi della miniaturizzazione
Senza dubbio la miniaturizzazione rappresenta un valore chiave per il progresso tecnologico, e la corsa allo sviluppo di dispositivi sempre più piccoli, sottili e leggeri, senza però perdere prestazioni e funzionalità, ha guidato e sta ancora guidando molti mercati tecnologici.
La miniaturizzazione ha l'ovvio vantaggio della riduzione delle dimensioni, ma i benefici non si limitano a questo. In qualità di esperti dell'industria elettronica, abbiamo analizzato i principali vantaggi di essere aggiornati con le soluzioni più all'avanguardia:
PIÙ SPAZIO ALLE BATTERIE
La miniaturizzazione dei componenti elettronici permette di liberare spazio che può essere utilizzato per aumentare l'efficienza di un dispositivo. Per esempio, le batterie sono di solito le più ingombranti in un dispositivo ma sono molto importanti per garantire una certa autonomia. Quindi, un ulteriore spazio è utile per incorporare batterie più grandi senza aumentare le dimensioni complessive di un dispositivo.
PRESTAZIONE TERMICA
I SiP ben implementati offrono anche eccellenti prestazioni termiche combinate con un'alta affidabilità grazie al loro incapsulamento, che fornisce una protezione completa contro l'ambiente esterno.
SiP MODULARIIn varie applicazioni, l'integrazione modulare di SiP attentamente progettati può offrire un design di prodotto semplificato e riduce l'inventario, così come permette di risparmiare tempo e denaro poiché il SiP deve essere testato, approvato e qualificato solo una volta.
MIGLIORE SEGNALEMiniaturizzazione significa maggiore densità di circuiti e maggiore vicinanza dei componenti. Questo, a sua volta, significa percorsi di segnale più brevi che permettono frequenze e velocità di clock più elevate.
STILE DEL PRODOTTO FINALE
Per i prodotti finali, specialmente nei beni di consumo, anche l'estetica è molto importante. I moduli più piccoli danno ai designer più libertà e flessibilità per produrre prodotti più eleganti per garantire l'appeal del consumatore.
Dati i molti vantaggi, i potenziali miglioramenti in termini di miniaturizzazione sono quasi illimitati, e varie aree di applicazione creeranno sempre più richieste di soluzioni miniaturizzate.
Supera le sfide con un partner EMS affidabile
Con i numerosi vantaggi, arrivano anche diverse sfide e limitazioni. Il ridimensionamento dei dispositivi non è né semplice né senza sforzo. Integrare più funzionalità in dispositivi più piccoli porta molte sfide in termini di progettazione, sviluppo e produzione. Dal posizionamento accurato dei componenti più piccoli al requisito di progettare componenti ibridi e ad alta densità personalizzati, la sfida principale sta nell'innovare tenendo a mente i test e la producibilità. A causa di queste sfide, approfittare dei molteplici vantaggi degli ultimi progressi nella miniaturizzazione non è facile e le aziende sono spesso sotto pressione a causa della mancanza di esperienza. Ecco le tre principali sfide di cui bisogna essere consapevoli:
- Approvvigionamento di componenti miniaturizzati: i manager responsabili della catena di montaggio hanno spesso difficoltà a trovare i componenti di cui hanno bisogno per gli assemblaggi di componenti elettronici miniaturizzati da produrre nella propria fabbrica. Questo richiede un'alta competenza nell'industria elettronica e nella capacità di trovare alternative ogni volta che un componente non è disponibile sul mercato, specialmente durante le attuali sfide legate alla carenza di componenti elettronici.
- Assemblaggio di PCB ad alta densità: le sfide nella fase di assemblaggio sono inversamente proporzionali alla dimensione dei componenti utilizzati nelle schede. A dimensioni ridotte, i componenti possono diventare estremamente difficili da rilavorare e le schede che non possono essere rilavorate hanno un impatto significativo sulle prestazioni di produzione. Quindi, è molto importante per i produttori di elettronica avere attrezzature e macchinari in grado di gestire tali potenziali rischi.
- Competenza nella manipolazione dell'assemblaggio dei componenti: ridurre le dimensioni dei PCB è una sfida anche quando si tratta di progettare il layout. Per ospitare il numero massimo di componenti, gli ingegneri devono sfidare le specifiche IPC e devono essere in grado di manipolare l'assemblaggio dei componenti. Devono essere sviluppate tecniche di layout innovative per impaginare un circuito ad alta velocità mantenendo intatta l'integrità del segnale
Per mitigare i rischi e superare efficacemente le sfide sopra menzionate, la selezione della giusta azienda EMS diventa cruciale per lo sviluppo e la produzione del vostro dispositivo elettronico.
Le soluzioni di miniaturizzazione di Hemargroup
Dati i vari vantaggi di questo nuovo approccio basato sul SiP, le aziende abbracciano con entusiasmo la miniaturizzazione nei loro programmi di sviluppo di nuovi prodotti per diventare più redditizi e per essere innovativi. Tuttavia, un progresso senza intoppi dipende in gran parte, se non completamente, dal trovare il giusto partner EMS per sostenere lo sviluppo, l'implementazione e la produzione di soluzioni miniaturizzate. La progettazione di tali soluzioni richiede competenze ingegneristiche per ottenere la funzionalità desiderata, ma anche per garantire prestazioni termiche e di compatibilità elettromagnetica (EMC) ottimali, massimizzando il risparmio energetico. La competenza lato software è anche necessaria per raccogliere i benefici dei dispositivi programmabili. Ultimo ma non meno importante, un partner EMS adeguato deve disporre di strutture di produzione adatte con macchinari e attrezzature altamente sofisticate.
Hemargroup è un'azienda EMS internazionale conto terzi con sede in Svizzera, con 50 anni di esperienza nella progettazione elettronica, prototipazione, industrializzazione e fabbricazione, fino alla produzione di massa, di componenti elettronici e prodotti finali in molti settori high-tech. La qualità dei nostri processi è il cuore della nostra strategia e il nostro obiettivo principale è quello di offrire il miglior servizio possibile attraverso l'intero ciclo di vita del prodotto, comprensivo di soluzioni di miniaturizzazione. Il nostro sito di produzione e tutti i processi e le procedure sono certificati ISO e IPC. Siamo certificati ISO 9001 per la gestione della qualità, ISO 14001 per la gestione ambientale, AQAP 2110 per lo sviluppo e la produzione di dispositivi militari e ISO 13485 per i dispositivi medici. La nostra esperienza e i nostri servizi elettronici a 360° permettono di massimizzare i benefici e minimizzare i problemi associati alla miniaturizzazione.
Il nostro team, attraverso una catena di fornitura strategica, si coordina con i clienti e raccoglie gli ordini dei clienti il più presto possibile, al fine di pianificare in anticipo il fabbisogno di componenti del prossimo e lontano futuro. Abbiamo stabilito relazioni forti e strategiche con i fornitori e con molte aziende internazionali. La nostra due diligence e il codice di condotta dei fornitori ci assicurano una catena di fornitura solida e affidabile. Inoltre, il nostro magazzino completo e il nostro sistema di stoccaggio intelligente possono immagazzinare, attraverso un sistema di armadi automatici all'avanguardia, i vostri componenti in condizioni di umidità e temperatura ideali. Operiamo applicando il principio First-In-First-Out, garantito dalla nostra avanzata infrastruttura di tracciabilità e gestione dei materiali. Infine, ma non meno importante, la forte collaborazione tra i nostri dipartimenti di ingegneria e produzione garantisce l'applicazione delle migliori pratiche di Design-for-Manufacturing (DfM), Design-for-Excellence (DfX), Design-for-Procurement (DfP) e Design-for-Cost (DfC), dove i nostri ingegneri sono in grado di superare gli ostacoli, trovando alternative equivalenti o riprogettando il vostro prodotto secondo la disponibilità attuale dei componenti sul mercato.
Non esitate a contattarci per ulteriori informazioni o per sottoporci le vostre richieste.