La miniaturizzazione elettronica non è semplicemente un processo per rendere tutto più piccolo. La miniaturizzazione di una fase di un prodotto di solito rivela limitazioni e ostacoli in altre parti del processo di progettazione e produzione generale. Così il progresso spesso arriva a scatti irregolari, come i progressi in una tecnologia specifica-semiconduttori fab, scheda pc, potenza, produzione, e l’imballaggio—scavalcare altre tecnologie. Gli sviluppi in diverse aree diverse dagli stampi a circuito integrato si stanno rivelando fondamentali per il continuo progresso della miniaturizzazione.
Nell’area dei componenti passivi, l’introduzione del fattore di forma “0201” (20 per 10 mil) per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) è un esempio. Questi componenti quasi microscopici occupano il 25% dell’area della scheda pc e meno del 20% del volume delle precedenti parti 40-by 20 – mil. Uno sviluppo correlato è l’uso di adesivi al posto della saldatura per montare gli SMD. Inoltre, la graduale eliminazione della saldatura a base di piombo avrà effetti di vasta portata su tutta l’industria elettronica. Anche gli sviluppi nella tecnologia dei chip producono effetti miniaturizzanti altrove. La creazione di progetti CMOS IC che operano su tensioni di alimentazione inferiori consentirà una miniaturizzazione ancora maggiore e una maggiore durata della batteria riducendo le fonti di alimentazione.
Per qualche tempo, il processo sottrattivo (etch) per la fabbricazione di schede pc è stato visto come una barriera all’ulteriore miniaturizzazione dei circuiti. Man mano che le dimensioni delle caratteristiche si restringono, il mantenimento delle tolleranze dimensionali e dell’affidabilità a lungo termine diventa più difficile perché l’incisione tende a tagliare il metallo sotto la maschera di traccia. Un nuovo processo additivo utilizza l’elettroformatura per costruire tracce metalliche su un substrato di scheda pc e supporta la fabbricazione di fori di 25 mm di diametro e linee/spazi di 10 mm di larghezza su schede pc sottili fino a 12,5 mm. Queste cifre rappresentano una riduzione dal 75% all ‘ 80% rispetto alle schede pc incise. Tali tecniche come chip stacking ulteriormente conservare bordo immobiliare.
Anche la gestione termica è stata identificata come un ostacolo alla miniaturizzazione, specialmente con l’aumento delle velocità dei dispositivi e delle densità di imballaggio. I carichi di calore dovrebbero superare le tecniche di raffreddamento stabilite nel 2003 o nel 2004. Ora l’attenzione si sta spostando su strategie di raffreddamento localizzate e attive che forniscono una resistenza termica molto bassa, capacità subambientale, economicità e affidabilità per la refrigerazione diretta e spot di regioni ad alto flusso di calore su stampi IC.
La linea di fondo della maggior parte dei compromessi nella miniaturizzazione è se il mercato sosterrà o meno il costo del raggiungimento di un determinato livello di dimensioni/prestazioni. La miniaturizzazione all’avanguardia in genere diventa più costosa man mano che le dimensioni si riducono. Una parte dell’aumento dei costi deriva da strutture e macchine di posizionamento/incollaggio che possono raggiungere una maggiore precisione. Secondo alcune stime, è necessario un rendimento di almeno il 98% per rendere redditizi i prodotti elettronici miniaturizzati. Una miniaturizzazione più aggressiva può rendere tali rese più difficili da raggiungere, aumentando i costi fino a quando la tecnologia di produzione non matura. Aggiungendo al problema è la crescente impraticabilità di rilavorazione o riparazione come prodotti si restringono. Alcuni processi di miniaturizzazione impediscono il test fino a quando i componenti non vengono impegnati nell’assemblaggio finale della scheda pc.
La miniaturizzazione è una forte attrazione in molti tipi di prodotti di consumo, ma può essere presa troppo lontano. Ad esempio, i telefoni cellulari potrebbero essere ridotti al punto in cui tastiere e display sarebbero difficili da usare. Sempre più spesso, i progettisti di prodotto sono chiamati a fornire interfacce uomo-macchina facili da usare nonostante la maggiore complessità del prodotto e la riduzione del settore immobiliare del pannello di controllo. Molti dispositivi elettronici hanno già raggiunto un fattore di forma quasi ottimale. La futura miniaturizzazione si concentrerà sempre più sull’aumento della sofisticazione, delle prestazioni e della penetrazione del mercato di un prodotto.
La miniaturizzazione in genere estrae una penalità di costo, quindi è più adatta a prodotti meno sensibili ai costi. Mercati come strumentazione, sicurezza, militare / aerospaziale e soprattutto elettronica medica possono sostenere il costo, mentre i prodotti di telecomunicazione attuali non possono. Il progresso continuo ora dipende dai produttori e dai progettisti che risolvono i problemi relativi all’elettronica e alla fisica e alla chimica del raffreddamento, della produzione di schede pc, della distribuzione di energia e della trasmissione del segnale RF.