Numerose tendenze tecniche predominanti stanno attualmente dando impulso alle applicazioni in cui si utilizzano circuiti stampati (PCB). Abbiamo chiesto al Direttore operativo di NCAB Group, Chris Nuttall, come giudica questi sviluppi e le conseguenze che potrebbero avere nel settore PCB.

Quali sono le nuove tecnologie che stanno danno impulso oggi al mondo PCB?

“Non sono specifiche tecnologie che stanno dando impulso oggi al mondo PCB; si tratta piuttosto di alcune tendenze tecnologiche che stanno guidando l’industria elettronica e le relative applicazioni. Tanto per cominciare, abbiamo ora la comunicazione mobile di quinta generazione, il 5G, che oggi è una tematica frequente. Ci sono altre tendenze che stanno emergendo che dipendono in qualche modo dallo sviluppo dei sistemi 5G, tali tendenze possono essere suddivise in quelle “incentrate sulle persone”, cioè quelle relative a come la tecnologia influirà su di noi, e quelle incentrate su “spazi intelligenti”, cioè le tendenze tecniche che influenzano l’ambiente in cui si vive o si lavora.

“Non sono specifiche tecnologie che stanno dando impulso oggi al mondo PCB, si tratta piuttosto di tendenze che stanno guidando l’industria elettronica e le relative applicazioni.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

IoT, AI e 5G alcune delle tendenze tecnologiche che vediamo

Abbiamo tutti sentito parlare di Internet delle cose (IoT) e intelligenza artificiale (AI) che, insieme alle più elevate velocità di trasferimento dati disponibili grazie al 5G, possono portare a un livello completamente nuovo di connettività e comunicazione tra dispositivi e oggetti. Rendono possibili, ad esempio, sviluppi nei prodotti smart come produzione smart o iperautomazione, robotica avanzata, sviluppo di funzioni di pubblica sicurezza per favorire città smart, maggior uso di oggetti autonomi. Queste tendenze vanno di pari passo con la capacità di trasmettere, trasferire, gestire e trattare grandi quantità di dati in un breve lasso di tempo con problemi di bassa latenza: caratteristiche fondamentali dell’edge computing.

E per finire c’è la spinta verso il potenziamento umano, processo volto a sostituire funzionalità umane, come la protetica, ma più orientata verso la modifica o l’accrescimento delle funzionalità. Non sono sicuro di quanto esattamente stiamo già vedendo adesso di ciò che ho detto, ma ne vedremo sempre di più nei prossimi cinque anni.

Alcune delle tendenze evidenziate costituiscono la base per lo sviluppo di automobili automatiche

“Queste sono alcune delle tendenze tecniche che ritengo avranno il massimo effetto sulla tecnologia PCB nel futuro prevedibile. Tali tendenze di alto livello si tradurranno naturalmente in altre tendenze tecniche che a loro volta daranno impulso a specifiche applicazioni in vari settori industriali. Nell’industria automobilistica, per esempio, alcune delle tendenze evidenziate costituiscono la base per lo sviluppo delle auto a guida autonoma; in medicina, tali tendenze danno impulso a funzioni fondamentali come l’elaborazione dei dati e la comunicazione in tempo reale tra specialisti che operano a livello mondiale. Tendenze simili sono inoltre molto evidenti nell’ambito delle applicazioni militari, dove stanno guidando gli sviluppi in determinati mercati.

Come abbiamo accennato in un precedente numero di InFocus, è in corso l’introduzione del 5G su scala sempre più ampia. Considerando la sola Cina, stanno stimando una base di utenti di 500 milioni di telefoni, o altri dispositivi simili, per il 2025. In Europa e negli USA le cose si stanno muovendo un po’ più lentamente che in Asia, ma la tendenza è definitivamente questa.”

In che modo questi mutevoli scenari hanno influenzato la progettazione e la fabbricazione di PCB?

“Si tratta del proseguimento di una tendenza già consolidata. I PCB devono contenere un maggior numero di strati, maggiore densità di funzionalità supportate da piste, distanze e dimensioni dei fori più piccoli. In passato, un PCB multistrato e con struttura ad alta densità di interconnessioni (HDI) di tipo 1 veniva considerato pionieristico. Oggi non sono rare le strutture HDI a dieci strati. Stiamo assistendo a soluzioni che sono realizzabili su schede elettroniche con piste e distanze molto ridotte: da 30 micron. Ci è voluto molto tempo per scendere da 100 micron a 75 e poi ulteriormente a 60 micron, cosa che solo pochi stabilimenti NCAB oggi sono in grado di realizzare. Alcuni dei nostri stabilimenti stanno mettendo in servizio nuovi macchinari e stanno instaurando controlli dei processi ed accumulando esperienza per rendere possibile una densità ancora maggiore. Guardando oltre i nostri stabilimenti, chi è veramente all’avanguardia nella tecnologia sta già producendo schede a circuiti stampati con meno di 30 micron.”

“Stiamo assistendo a soluzioni che sono realizzabili su schede elettroniche con piste e distanze molto ridotte: da 30 micron.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Componenti più complessi

“Poiché componenti come i semiconduttori diventano allo stesso tempo meno frequenti e più complessi, stiamo vedendo una crescita sempre maggiore di substrati di circuiti integrati (IC) che fungono da connessione, pensiamo a un PCB ad alta densità più piccolo che risiede tra il componente e la scheda di circuiti. Questi substrati hanno una densità molto elevata, supportano distribuzione di energia elettrica e dei segnali, nonché un certo livello di dissipazione del calore. Si apre la possibilità di avere larghezze dei semiconduttori e distanze di isolamento molto esigue, nonché dimensioni dei fori micrometriche. Attualmente, i substrati IC sono già utilizzati nelle schede elettroniche di fascia più alta e stanno diventando una cosa ordinaria.”

E a che punto direbbe che si trovano gli stabilimenti NCAB se parliamo di tecnologia all’avanguardia?

“Fa parte della nostra strategia lavorare con gli stabilimenti ed avere con loro un rapporto abbastanza solido da indurli a condividere con noi la loro direzione e le idee riguardanti i prossimi cinque anni. Se guardiamo i nostri stabilimenti più competenti a livello tecnico, stanno già prendendo in considerazione strutture più complesse, alcuni stanno già fornendo substrati IC e altri si stanno avvicinando a soluzioni di produzione in serie per piste e distanze di 30 μm. È meno della metà di quello che sono attualmente autorizzati a fabbricare al momento. Andando avanti, questo livello di maggiore densità e complessità continuerà a crescere.”

Aumenterà la necessità di circuiti stampati di maggiore complessità

“Con il maggiore sviluppo di prodotti che fanno parte degli ambiti delle tendenze tecniche, aumenterà anche la necessità di un maggior numero di circuiti stampati di più elevata complessità. Questo significa che vedremo un’evoluzione a ritmi tali che la tecnologia che oggi sembra all’avanguardia diventerà domani tecnologia standard. Ecco perché i nostri stabilimenti tecnologicamente avanzati si stanno preparando per essere pronti a supportare maggiore complessità, strutture più grandi, come quelle con tecnologia di interconnessione a livello arbitrario Anylayer, passo più ridotto e materiali occasionalmente differenti. Questo porterà al livello successivo i requisiti per i nuovi macchinari, le nuove materie prime e le linee di produzione utilizzate. Vedremo ad esempio l’equilibrio spostarsi verso un maggior numero di soluzioni per sistemi a immagine diretta invece di soluzioni incentrate sui tradizionali processi di imaging da phototool.”

“Viviamo in tempi affascinanti. Se si guarda ad alcuni dei principali macchinari di produzione odierni si resta sbalorditi. Solo qualche anno fa, si sarebbe pensato che questo genere di cose sarebbero avvenute molto avanti nel tempo sull’orizzonte tecnico, oggi invece sono qui a disposizione. La legge di Moore, che dice che la densità dei microchip raddoppia ogni due anni, si sta assolutamente verificando.”

Quali sfide, a parte quelle tecniche, si prospettano nel mondo della produzione di PCB?

“Una sfida importante per gli stabilimenti è accumulare conoscenza nella progettazione ed esperienza di produzione allo stesso ritmo con cui diventano disponibili macchinari, materie prime e nuove soluzioni. Gli stabilimenti si troveranno sotto pressione per sviluppare tali competenze perché dovranno fare in modo di controbilanciare contemporaneamente il processo di apprendimento con i rispettivi nuclei principali di attività, in modo da generare dalla loro produzione ricavi e buoni rendimenti nell’immediato presente. I team di ricerca e sviluppo avranno bisogno di lavorare più alacremente. Ecco perché il processo di valutazione di NCAB non deve perdere di vista i piani di sviluppo degli stabilimenti in una prospettiva da due a cinque anni.”

“Una sfida importante per gli stabilimenti è accumulare conoscenza nella progettazione ed esperienza di produzione allo stesso ritmo con cui diventano disponibili macchinari, materie prime e nuove soluzioni.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Componenti più piccoli e più complessi a causa delle tendenze tecnologiche

“Con l’industria dei componenti che segue tendenze simili, spingendo per ridurre l’ingombro dei componenti e rendere il passo più ridotto, i fornitori di PCB devono essere in grado di soddisfare i requisiti in evoluzione. Per soddisfare le esigenze dei clienti, gli stabilimenti devono investire in macchinari, materiali e costruire conoscenza. Riguarda ogni cosa: trasferimento del pattern, imaging, soldermask, placcatura, trattamento preliminare, trattamento della superficie e così via. Per prima cosa, si devono avere i macchinari giusti, ma poi occorre anche avere le materie prime giuste e i processi giusti insieme alle competenze giuste per far funzionare tutto al meglio, al fine di ottenere un prodotto affidabile al termine della giornata.

L’approccio di NCAB è chiaro: non stiamo puntando ad essere all’avanguardia della tecnologia. Approveremo tale tecnologia solo quando sapremo che i processi sono stabili e collaudati in termini di produzione di un buon prodotto finale che soddisfi le esigenze dei nostri clienti. Per noi è comunque necessario sapere dove si colloca l’orizzonte tecnico e quanto gli stabilimenti sono vicini a tale traguardo.”

Presenza anche a Taiwan

“Attraverso l’acquisizione di Bare Board Group, abbiamo ampliato le nostre operazioni e quindi la nostra presenza in diverse aree geografiche in termini di produzione di circuiti stampati. Taiwan ora rappresenta il nove per cento della nostra spesa in circuiti stampati e sebbene siamo ancora nelle prime fasi, i segni iniziali ci dicono che negli stabilimenti si stanno raggiungendo dei livelli tecnologici in alcuni casi maggiori rispetto a quelli offerti attualmente nel nostro portafoglio di prodotti. Ci sono alcuni segnali incoraggianti e i nostri processi di qualificazione e approvazione di tali stabilimenti ci fanno pensare che sarà possibile offrire ai nostri clienti maggiori soluzioni sia a livello tecnologico che a livello di supply chain.”

In che modo questo sviluppo incide geograficamente nel settore delle schede a circuiti stampati?

“Se si prendono in considerazione le previsioni del settore che sono state dichiaratamente effettuate prima della pandemia da Covid-19, queste stimano che il valore del mercato PCB globale quest’anno sarà di circa 67 miliardi di dollari rispetto ai 64 miliardi di dollari del 2019. Si stima che tale cifra raggiungerà 70-75 miliardi di dollari nel 2023. La Cina rappresenta poco più della metà di tale cifra, il 52-53 percento. La previsione è che mentre i livelli di tecnologia continueranno a crescere, la produzione per regione resterà abbastanza costante all’incirca allo stesso livello, certamente per i prossimi quattro-cinque anni.”

Le cose si stanno muovendo sempre più velocemente in Cina

“Vediamo che il tempo impiegato dalla nuova tecnologia, sviluppata in altri mercati in Asia, Europa e Stati Uniti, per migrare in Cina si sta riducendo costantemente. Molti dei produttori più grandi del settore mandano avanti strutture di ricerca e sviluppo o hanno uno stabilimento più piccolo in Europa o negli USA, mentre avere in Cina uno stabilimento per volumi di produzione più elevati e un approccio di questo tipo è un fattore chiave per velocizzare il trasferimento di tecnologia. Ritengo che presto vedremo una situazione in cui lo sviluppo di tecnologia o di prodotti procederanno simultaneamente, perché il tempo di commercializzazione sta diventando ancora più fondamentale. In Cina le cose si stanno muovendo sempre più velocemente e abbiamo visto che c’è una forte attenzione del governo a sviluppare i settori industriali del paese in modo da farli arrivare più vicini all’avanguardia tecnologica.”

Le fabbriche acquisiscono maggiore familiarità con le tecnologie più complesse

“Se si fa un confronto con altri mercati manifatturieri in Asia, la Cina presenta considerevoli vantaggi, nonostante i costi in aumento. Il settore PCB cinese oggi risulta vantaggioso per il fatto di avere tutti gli ingredienti giusti: conoscenza, esperienza, infrastrutture, materie prime, macchinari e così via. Questo contribuisce a mantenere il divario tecnologico tra Cina e altri paesi a basso costo ed è un fattore fondamentale delle prospettive per la Cina nell’immediato futuro. L’altro elemento che alimenta questa tendenza è che gli stabilimenti, acquisendo maggiore dimestichezza con le altissime tecnologie, sono in grado di incrementare le loro offerte tecniche e far aumentare i ricavi, di conseguenza questo significa che possono anche mettere da parte risorse finanziarie per ulteriori investimenti e sviluppo, continuando così a tenere in movimento il ciclo in una direzione positiva. Quelli che tentano di recuperare una posizione perduta si trovano a dover affrontare i tempi di collaudo, inoltre i grandi salti tecnologici non sono solo difficili da compiere, ma anche costosi.”

“Il settore PCB cinese oggi risulta vantaggioso per il fatto di avere tutti gli ingredienti giusti: conoscenza, esperienza, infrastrutture, materie prime, macchinari e così via.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Produttori di schede di nicchia in più paesi

“Ci sarà spazio per produttori di schede elettroniche di nicchia anche in altri paesi. Gli stabilimenti in paesi come Corea del Sud, Taiwan e Giappone possono non solo sostenere i loro mercati locali in modi eccellenti, ma possono anche competere con un elevato grado di specializzazione, elevati standard tecnici e, in alcuni casi, tempi di risposta più brevi. Allo stesso tempo, le schede elettroniche tecnicamente meno avanzate possono essere fabbricate a costi concorrenziali in paesi come India, Tailandia e Malesia.”

“Se guardiamo ciò che la storia ci ha insegnato, in Cina abbiamo visto che il passaggio da bassa tecnologia ad alta tecnologia può avvenire in modo relativamente rapido, perciò non si devono ignorare gli eventi che avvengono negli altri paesi o sottostimare la loro capacità di crescere in termini di tecnologia e competitività. Ma con il rapido sviluppo di cui ha parlato, con PCB sempre più complessi ed esigenze più elevate da parte dei clienti, il rischio è che diventi sempre più difficile colmare il divario. Per i paesi con manifattura meno avanzata non è facile compiere rapidamente grossi cambiamenti tecnologici nei propri settori industriali, perciò penso che continueremo a vedere che il divario tecnologico proseguirà ancora per qualche tempo.”

Ritiene che la pandemia da Covid-19 comporti implicazioni a lungo termine per la produzione di PCB?

“Non posso dire per certo che abbia avuto conseguenze significative sull’aspetto tecnologico; potrebbe aver rallentato il supporto alla tecnologia locale, ma certamente non ha fermato le cose. Semmai la produzione si è intensificata, perché il tempo di commercializzazione ora è diventato persino più importante. Se prendiamo in esame gli stabilimenti, siamo passati attraverso una fase in cui la loro attività ha leggermente rallentato in certi ambiti, settori e segmenti di clienti. In Cina e Taiwan, l’investimento di grande rilievo legato al lancio del 5G ha aiutato a controbilanciare tutto ciò.”

Le fabbriche che andavano bene prima della crisi sono state in grado di fare più affari con i clienti esistenti

“Su scala globale abbiamo visto come i clienti abbiano cercato di consolidare le loro catene di fornitura, perciò non ritengo che gli stabilimenti di NCAB abbiano sperimentato un grosso calo dovuto alle chiusure temporanee avvenute in Cina, Europa e Stati Uniti. Gli stabilimenti che facevano bene prima della crisi sono stati in grado di fare più affari con i clienti esistenti. Gli altri stabilimenti più piccoli, che fanno schede di fascia bassa o economiche, hanno fatto fatica quando si è iniziato a ridurre i tempi di risposta e hanno dovuto continuare a far funzionare gli stabilimenti nonostante i tagli della produzione.”

“La pandemia ha inciso sugli stabilimenti europei nella misura in cui questi hanno dovuto affrontare la sfida posta dal distanziamento sociale e altre regole e restrizioni messe in atto per contenere la diffusione del Covid 19.

“Indipendentemente dalla parte del mondo di cui stiamo parlando, in generale possiamo dire che gli stabilimenti che prima della crisi avevano una situazione finanziaria solida e attività efficienti sono quelli che hanno gestito meglio la pandemia. Quando questa sarà terminata, emergeranno ancora con più forza”.