Storia dei circuiti stampati: dagli albori al futuro – Parte 2

Nel precedente articolo abbiamo iniziato un breve percorso nella storia che ci ha portati fino ai giorni nostri. Prima di leggere questo articolo vi consigliamo di leggere la prima parte!

Durante il periodo del dopoguerra si vedono dei grandi miglioramenti nelle apparecchiature esistenti come aspirapolvere, lavatrici, televisori e radio. Ora che la Grande Depressione è passata, molti consumatori possono finalmente permettersi questi dispositivi nelle loro case, ma ciò che ancora non vediamo sono i circuiti stampati di livello consumer. Dov’era finito il brevetto di Paul Eisler? Se date un’occhiata a questa vecchia televisione nelle foto seguenti: possiamo vedere tutti i componenti elettronici, ma nessun circuito stampato. Le interconnessioni tra i singoli componenti sono costituite da semplici fili.

La scoperta che da una svolta allo sviluppo dei circuiti avviene nel 1947 presso i laboratori Bell dove venne costruito il primo transistor, però ci sono voluti altri sei anni perché questo dispositivo fosse finalmente utilizzato nelle apparecchiature. Ma perché così a lungo? A quei tempi, le informazioni venivano scambiate attraverso riviste o conferenze e la diffusione delle informazioni richiedeva naturalmente molto tempo per viaggiare.

Il periodo della Guerra Fredda (1947 – 1991), è stato segnato da un momento di tensione tra gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica, questi tenevano il mondo col fiato sospeso da una minaccia di strage nucleare.

Per restare al passo con la corsa agli armamenti, entrambe le nazioni hanno dovuto rafforzare le loro capacità comunicative in modo da capire come si muoveva il nemico; ed è in questi anni che i circuiti stampati vengono utilizzati al massimo delle loro potenzialità. Nel 1956 l’esercito degli Stati Uniti pubblica il brevetto “Processing of Assembling Electrical Circuits”. Adesso i produttori avevano un metodo standard per montare i componenti elettronici e stabilire le connessioni con piste di rame. Grazie a questo brevetto i circuiti stampati entrano nel mondo della produzione, consentendo di ridurre il cablaggio tra componenti elettronici e di ridurre i costi. Questo è il periodo della prima corsa allo spazio, in cui la Russia ottenne dei risultati sorprendenti tra cui:

• Lancio del primo satellite Sputnik (1957);
• Lancio della prima astronave verso la Luna (1959);
• Invio del primo cosmonauta, Yuri Gagarin, intorno alla terra (1961).

Ma dov’erano gli Stati Uniti in tutto questo? Sembrava che fossero indietro e spesso impiegavano uno o due anni per sviluppare le stesse tecnologie. Ma in realtà gli americani stavano investendo il loro tempo e le loro finanze per realizzare un evento memorabile per tutta l’umanità; difatti il 20 luglio 1969 gli Stati Uniti portarono il primo uomo sulla Luna. Le esplorazioni spaziali alla fine degli ’60 non sarebbero state compiute senza l’uso di circuiti stampati. Ad esempio, i circuiti stampati sono stati utilizzati nel veicolo spaziale costruito dalla la NASA durante il programma Apollo.

Nel 1963 la Hazeltyne Corporation ha depositato un brevetto per la prima tecnologia a foro passante placcata. Questa tecnica consentiva di ridurre la distanza dei componenti montati sulle schede senza preoccuparsi degli effetti di crossover. In quel tempo viene introdotta la tecnologia di montaggio superficiale (SMT) sviluppata da IBM.

Negli anni ’70 nasce il primo microprocessore sotto forma di circuito integrato. Nello stesso periodo i circuiti integrati vengono adottati nella produzione di componenti elettronici e l’utilizzo di circuiti stampati diventa fondamentale per connettere tra di loro due o più chip. L’era digitale degli anni ‘80 comporta enormi cambiamenti nel mondo con l’introduzione di dispositivi personali come compact disc, VHS, fotocamera, videogame, walkman, ecc.

È importante notare come i circuiti stampati venivano ancora disegnati a mano con una lavagna luminosa e l’ausilio degli stencil. Ma non appena arrivarono i computer ed i Software Electronic Design Automation (EDA) cambiò completamente il modo di progettare e di produrre l’elettronica. Invece di usare delle foto dei circuiti, si iniziano ad usare dei disegni accompagnati da file di testo “Gerber” le cui coordinate possono essere inserite nei macchinari per produrre PCB.

Negli anni ’90 viene adottato il silicio per la realizzazione di circuiti integrati Ball Grid Array (BGA), riuscendo ad integrare memorie e Systems on Chip (SoC) insieme. Il mondo dell’elettronica si dirige verso un’intensa miniaturizzazione. Non vi saranno nuove funzionalità aggiunte ai circuiti, ma l’intero processo di progettazione inizia a cambiare e ad evolversi passando all’IC (Integrated Circuit).

In quel periodo un quesito preoccupava i progettisti: tutti questi componenti contenuti su un circuito stampato sono posizionati in modo tale da essere facilmente rimossi e sostituiti?

I progettisti dovettero implementare strategie di Design for Test (DFT) nei loro layout, aggiungendo dei test-point in modo da semplificare la fase di test sull’hardware e per verificare la presenza di difetti di fabbricazione che potevano influire negativamente sul funzionamento del prodotto. In realtà non sarà più semplice togliere un componente per sostituirlo. Proprio in quegli anni entrano in commercio i componenti con package del formato 0402 rendendo quasi impossibile la saldatura manuale delle schede.

Un presente ormai scontato

Il presente dell’elettronica e dei suoi circuiti stampati può essere chiamato l’era dei dispositivi ibridi. In passato, esisteva un dispositivo per ogni esigenza. Avevi bisogno di una calcolatrice? Compravi un calcolatore. Volevi giocare ai videogiochi? Allora compravi una console per videogiochi. Ora puoi acquistare uno smartphone ed avere oltre 30 funzionalità diverse. Ciò potrebbe sembrare ovvio, ma è sbalorditivo se guardiamo tutto ciò che i nostri smartphone possono fare: videogame, rubrica, e-mail, barcode scanner, torcia, orologio, telecamera, lettore musicale, videoregistratore, browser, calcolatrice, telefono, registratore vocale ecc.

Siamo in un’epoca di consolidamento dei dispositivi, ma cosa accadrà dopo? I circuiti stampati sono ormai stabili, abbiamo processi e procedure quasi per tutto. Le applicazioni ad alta velocità stanno diventando la norma.

Il futuro dei circuiti stampati potrebbe essere nei circuiti flessibili e nei dispositivi indossabili? Forse potremmo vedere i fotoni sostituire gli elettroni con l’avvento della fotonica. Persino i circuiti stampati che conosciamo potrebbero cambiare in futuro, invece di avere un mezzo fisico per la connessione potrebbero usare la tecnologia delle onde. Questo consentirebbe alle diverse parti di un circuito di inviare segnali in modalità wireless senza bisogno di connessioni in rame.

Nessuno sa come si evolverà la progettazione dei circuiti e dell’elettronica nel suo insieme. Sono trascorsi quasi 130 anni da quando i muscoli dell’industria sono entrati in azione. Da allora, il mondo è cambiato per sempre con invenzioni importanti come l’automobile, gli elettrodomestici, i computer, gli smartphone e molto altro ancora. Adesso abbiamo l’elettronica che può soddisfare tutti i nostri bisogni quotidiani. Ma come sarà il futuro? Ciò che è noto, è che i nostri antenati hanno inventato e progettato i circuiti stampati, adesso tocca a noi innovare e rivoluzionare il modo con cui progettiamo ed interagiamo con la tecnologia. Il futuro dipende da noi.