Harting: Dai PCB piatti ai circuiti 3D miniaturizzati impiantabili

Una caratteristica innegabile della tecnologia è il suo costante sviluppo e miglioramento. Si manifesta in applicazioni finali come computer portatili più sottili, telefoni più piccoli e dispositivi medici progettati per essere discreti e appena visibili ad occhio nudo. Come potremmo utilizzare i circuiti 3D per superare i limiti delle schede a circuito stampato piatte?.

Con l'evoluzione e la progressiva miniaturizzazione richiesta ai sistemi elettronici, anche i componenti e i circuiti con cui vengono realizzati devono tenere il passo. Il processo di sviluppo tecnologico dell’elettronica ha alimentato la continua domanda di riduzione delle dimensioni dei componenti.

I component 3D-Circuits, chiamati anche dispositivi 3D-MID (dispositivi integrati meccatronici tridimensionali) rendono possibile tutto ciò. Permettono infatti di realizzare progetti più compatti, migliorando al contempo la densità funzionale.

In questo articolo descriveremo cos’è la tecnologia 3D-MID, quali sono i suoi numerosi vantaggi, le sue applicazioni e offriremo una breve panoramica sull’offerta di servizi completi di HARTING.

La rivoluzione della miniaturizzazione nell'elettronica
Utilizzare dispositivi più piccoli significa ridurre l’impatto ambientale. Un computer portatile, ad esempio, consuma l'80% di energia in meno rispetto a un computer desktop, con un consumo di picco di 60 watt rispetto ai 175 watt di un desktop. Questa riduzione del consumo energetico è dovuta alla miniaturizzazione.

La miniaturizzazione ha rivoluzionato molti settori, da quello medico e sanitario a quello automobilistico, passando per l'elettronica industriale e di largo consumo. Ecco alcuni fattori trainanti di questa tendenza:

Esigenze estetiche
Ci aspettiamo che i nostri dispositivi siano esteticamente accattivanti e ben progettati.

Portabilità
Vogliamo che i nostri dispositivi siano leggeri e facili da trasportare.

Risparmio sui costi
Sebbene la miniaturizzazione possa essere inizialmente costosa, consente di utilizzare meno materiali, con un conseguente risparmio economico nel lungo periodo.

Riduzione del consumo energetico
I componenti più piccoli consumano meno energia, il che contribuisce a ridurre i costi operativi, ad aumentare la durata delle batterie e a promuovere l’utilizzo di prodotti più ecologici.

Minore dissipazione di calore
Poiché i componenti più piccoli consumano meno energia, i dispositivi elettronici generano meno calore. Ciò significa che è possibile eliminare l’utilizzo di dissipatori o ventole ingombranti, riducendo peso, costi, potenza e rumore.

Quasi tutti i settori applicativi dell’elettronica si stanno orientando verso una maggiore densità funzionale, il che significa che i componenti hardware devono essere interconnessi e resi sempre più piccoli.

La tecnologia 3D-MID è un modo per soddisfare questi requisiti, riducendo la massa e ottimizzando lo spazio, pur con componenti che sono in grado di offrire le stesse o maggiori funzionalità di quelli realizzati con tecniche tradizionali.

Cosa sono i dispositivi 3D-MID?
Il termine "meccatronica" è stato coniato nel 1969 da un esperto ingegnere dell'azienda giapponese Yaskawa. È una combinazione delle parole "Mecha" (macchine) e "Tronics" (elettronica).

Da allora, la definizione si è evoluta. Oggi viene utilizzata per descrivere la capacità di utilizzare insieme computer, elettronica e meccanica per costruire sistemi più intelligenti, quali robot e apparecchiature di controllo ed elettromeccaniche.

3D-MID è l'acronimo di "Three Dimensional Moulded Interconnect Device" o "Three Dimensional Mechatronic Integrated Devices". Si tratta di dispositivi meccatronici che combinano funzionalità elettroniche e meccaniche in un unico componente tridimensionale.

La tecnologia 3D-Circuits di HARTING consente di integrare direttamente i dispositivi 3D-MID o le parti termoplastiche stampate a iniezione con dei circuiti e componenti elettronici, rendendole più compatte e dense di funzioni. Immaginate un circuito stampato significativamente più piccolo e composto da plastica anziché da metallo.

Inoltre, le schede stampate a iniezione riducono significativamente il numero di processi produttivi, i tempi di assemblaggio e i singoli componenti necessari, abbassando così i costi di produzione.

Come funziona la tecnologia 3D-MID?
La flessibilità della tecnologia 3D-MID consente ai progettisti di dispositivi di superare molti limiti precedentemente giudicati invalicabili. Un componente tridimensionale che combina funzioni elettriche e meccaniche consente infinite possibilità.

I progettisti stabiliscono i loro requisiti indicando misure molto specifiche. I componenti vengono poi fabbricati mediante stampaggio a iniezione.

Lo stampaggio a iniezione consiste nel riscaldare e fondere materiali, come la plastica, prima di iniettarli in uno stampo e poi raffreddarli per ottenere la forma desiderata. È un processo spesso utilizzato da molte industrie, perché consente di creare rapidamente pezzi di forma complessa per la produzione di oggetti in grande serie.

Poiché lo stampaggio a iniezione è così flessibile, i progettisti possono sfruttarlo per fabbricare praticamente qualsiasi cosa esattamente secondo le specifiche richieste. Prima di realizzare uno stampo, si possono utilizzare diversi modelli di simulazione per verificare se i pezzi soddisfano i requisiti progettuali e si possono anche realizzare dei pezzi campione mediante le tecniche di prototipazione rapida.

Poi viene utilizzato il processo di strutturazione laser-diretta (LDS), una metodologia produttiva sviluppata da LPKF Laser & Electronics nel 1996. Un raggio laser definisce la traccia conduttiva, incidendo il layout direttamente nel componente in plastica stampato a iniezione.

La plastica stampata a iniezione contiene degli additivi speciali, che i raggi laser sono in grado di attivare. I laser attivano quindi le aree in cui verranno posizionate le strutture delle tracce conduttrici.

Nel successivo processo di placcatura chimica, il rame si deposita solo sulle aree attivate dal laser. Questa sequenza di operazioni permette ai progettisti di creare circuiti elettronici molto precisi.

Dopo la metallizzazione in un bagno di rame, nelle aree attivate si formano tracce conduttive che permettono ai metalli di aderirvi.

La combinazione di hardware meccanico ed elettrico rende più facile e meno costosa la progettazione e la produzione di dispositivi elettronici con funzionalità complesse. In sostanza, apre un mondo di nuove possibilità e di potenziali enormi risparmi per produttori e consumatori.

Quali sono i vantaggi e i campi di utilizzo della tecnologia 3D-MID?
-Integrazione di funzioni meccaniche ed elettriche in un unico componente
-Migliore affidabilità e qualità
-La flessibilità elimina praticamente qualunque limite di progettazione
-Contribuisce a ridurre dimensioni e peso
-Riduce i tempi di assemblaggio e quindi i costi di produzione.

Applicazioni della tecnologia 3D-MID
Plastica ed elettronica si uniscono praticamente in ogni apparecchiatura tecnica attuale e futura, dal settore medico a quello automobilistico, fino ai gadget prodotti in grande serie per i consumatori.

La tecnologia 3D-MID è spesso considerata decisiva in diverse applicazioni, quali:
-Sensori e imballaggi elettronici miniaturizzati
-Supporti LED e moduli di illuminazione
-Antenne e moduli di connettività

Quasi tutti i settori dell’industria manifatturiera possono trarre vantaggio dai circuiti 3D in qualche modo, poiché in molti campi applicativi emergono esigenze significative di miniaturizzazione, come ad esempio nel settore medico.

La tecnologia 3D-MID in campo medico
La meccatronica è una disciplina promettente che offre benefici in diversi settori, in particolare in quello medico o sanitario.

Diversi importanti progressi nel settore della diagnostica e dei trattamenti sono stati resi possibili dalla miniaturizzazione dell'elettronica grazie alla scoperta della tecnologia 3D-MID.

Provate ad immaginare: dovete sottoporvi a un'endoscopia. La maggior parte delle persone trova scomoda l'idea e l'esperienza di far inserire nel proprio corpo un tubo lungo e sottile con una piccola telecamera montata all’estremità.

Ma cosa succederebbe se fosse possibile evitarlo? Grazie alla tecnologia 3D-MID, i produttori di dispositivi medici possono ora progettare soluzioni meno invasive e più confortevoli per i pazienti, in particolare quando si tratta di monitorare ed esaminare una persona dal suo interno.

Non sarà più necessario inserire una lunga telecamera endoscopica in gola. Si potrà invece ingerire una piccola capsula non invasiva, in modo simile a quando si assumono delle vitamine.

La capsula contiene in realtà una piccola telecamera endoscopica, che trasmette al medico immagini a 360 gradi del corpo, consentendogli di visualizzare il tratto digestivo senza dover ricorrere a procedure invasive.

Questo è solo uno degli esempi di come i progressi tecnologici possano rendere più tollerabile una procedura medica precedentemente molto scomoda.

La meccatronica viene utilizzata anche per creare nuovi tipi di protesi, come il Luke Arm, una protesi a braccio controllata dalla mente che consente ai pazienti che hanno perso gli arti di svolgere le attività quotidiane.

Le tecnologie 3D-MID sono utilizzate anche per progettare apparecchiature mediche più piccole, come apparecchi acustici, impianti e dispositivi chirurgici e dentali. Le schede 3D-Circuits possono essere realizzate in qualsiasi dimensione, garantendo gli stessi standard di funzionalità e sicurezza.

Conclusioni
Le possibilità offerte dalla tecnologia 3D-MID sono illimitate. Con il progredire di questa tecnologia, ci aspettiamo di vedere un numero sempre maggiore di organizzazioni che la integreranno nei loro progetti per risparmiare spazio, semplificare le procedure di assemblaggio e ridurre i costi.

URL
www.3D-Circuits.com



Grazie all'integrazione delle funzioni e al percorso tridimensionale delle tracce dei circuiti, il poco spazio disponibile per l'elettronica negli apparecchi acustici può essere sfruttato in modo ottimale.



Il supporto per componenti 3D-MID è uno sviluppo interno di HARTING che funge da elemento di collegamento tra un circuito stampato (PCB) e i componenti elettronici (come LED, IC, fotodiodi o sensori).



È un sostituto dell'endoscopio. Si ingoia come una pillola, il che è decisamente più comodo per il paziente.

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