Le prospettive di business aperte dalla new space economy aprono nuovi spazi per l’industria italiana, compresa quella dei PCB.
Il governo ha varato lo scorso giugno la prima legge quadro sullo spazio e sulla space economy. Gli sviluppi nella produzione di PCB.
di Alessandro Vella
Lo scorso giugno il governo italiano ha approvato la prima legge quadro italiana sullo spazio e sulla space economy. Il provvedimento, collegato alla legge di bilancio, è scaturito dalla concertazione con i principali attori pubblici e privati del settore, e regolamenta l’accesso allo spazio da parte dei privati, aprendo opportunità in un comparto che rappresenta il futuro dell’industria e una delle principali traiettorie di sviluppo dell’economia mondiale.
L’intento è definire una cornice in cui sviluppare al meglio l’industria italiana di settore e creare opportunità per le nostre imprese. Gli ambiti di sviluppo sono moltissimi, compresa la produzione di PCB, per cui IPC ha previsto un Addendum in cui fornisce standard specifici per la qualità.
Tra le altre cose, la legge prevede l’elaborazione di un Piano Nazionale per l’economia dello spazio, con un orizzonte di almeno cinque anni, che includa l’analisi, la valutazione e la quantificazione dei fabbisogni del comparto, per individuare gli investimenti finanziabili attraverso risorse pubbliche e contributi privati.
Il proliferare di satelliti affolla le orbite intorno alla Terra e richiede un’elettronica robusta, vista l’impossibilità di riparare i PCB da remoto.
SOSTENERE L’INDUSTRIA NAZIONALE
A supporto del settore, viene istituito un Fondo per la Space Economy con carattere pluriennale, che mira a promuoverne le attività, favorendo la crescita del mercato di prodotti e servizi innovativi basati sull’uso di tecnologie spaziali e sull’utilizzo commerciale delle infrastrutture, comprese quelle realizzate nell’ambito del PNRR e quelle a cui l’Italia partecipa in ambito di collaborazioni internazionali.
Per agevolare l’accesso delle PMI e delle startup ai contratti pubblici, sono previste norme speciali in materia di appalti e per promuovere le attività e tecnologie aerospaziali.
Sono normati infine anche l’uso efficiente dello spettro per comunicazioni via satellite e una riserva trasmissiva nazionale, fissando i principi sul diritto di sfruttamento da parte dei privati che utilizzano infrastrutture spaziali finanziate con fondi statali ed europei.
LO SPACE ADDENDUM
Che cosa c’entra tutto questo con l’industria dei PCB? L’elettronica entra in un’infinità di dispositivi installati su satelliti e vettori spaziali. In previsione poi di realizzare colonie stabili sulla Luna, e forse anche su Marte, questi device aumenteranno a dismisura. Non è un caso, quindi, che l’IPC, l’ente che sovrintende agli standard per l’industria elettronica, si sia preoccupata di definire un “Addendum” che riguarda proprio i prodotti destinato all’uso nello spazio (e, in verità, anche quelli per la difesa), che rispetto a quelli di uso comune devono affrontare condizioni operative estreme. L’elettronica per lo spazio deve rispondere a criteri più stringenti rispetto al normale per materiali, processi e lavorazione, e assicurare la massima affidabilità e longevità in ambienti operativi difficilissimi. Il J-STD-001 Space/Military Addendum (così è definito l’insieme degli standard “potenziati”) specifica quindi processi di produzione rigorosi, come saldatura, pulizia e ispezione, progettati per soddisfare le esigenze stringenti dei sistemi aerospaziali.
Nel fare questo va oltre le prescrizioni dello standard di base J-STD-001. Oltre alla produzione le prescrizioni si estendono anche al livello di affidabilità, che deve essere massimo negli assemblaggi elettronici e, per i PCB, deve riguardare anche la scelta dei componenti, il conformal coating e il derating, oltre che il livello di pulizia dei processi. Indicazioni sono fornite anche per criteri di ispezione specifici per ambienti operativi difficili, inclusi temperature estreme, vibrazioni, urti e radiazioni.
Un altro aspetto previsto dall’Addendum è la mitigazione dei rischi, che nelle missioni spaziali sono sempre molto elevati. IPC fornisce quindi indicazioni per mitigarli e prevenire i guasti attraverso controlli di processo approfonditi, test e documentazione. Sottolinea inoltre l’importanza della validazione dei processi, del “design for manufacturing” (DFM), dell’analisi dei guasti e di sistemi di gestione della qualità robusti per identificare e affrontare proattivamente le potenziali origini di guasti.
Fuori dall’atmosfera gli apparati elettronici sono esposti a radiazioni ionizzanti che possono comprometterne il funzionamento. Per questo occorrono protocolli speciali di produzione per i PCB destinati a questo ambiente ostile
UN NUOVO SCENARIO
Non necessariamente, però, le indicazioni dello Space Addendum sono sufficienti per regolamentare le nuove dinamiche che stanno trasformando la produzione di elettronica e di PCB per lo spazio. A fine maggio, a Genova, una dinamica azienda italiana impegnata nella progettazione di PCB per usi particolari, ACx Design, ha ospitato nella propria sede proprio una delegazione dell’IPC per discutere di possibili ulteriori normative che possano aggiungersi alla Classe 3 e allo Space Addendum. Ne abbiamo parlato brevemente, in occasione della fiera Focus on PCB di Vicenza, con Alessandro Checchia, CEO dell’azienda, che ha una visione molto chiara su ciò che andrà ad accadere ai PCB in ambito di space economy. “Il settore spaziale”, ha detto Checchia, “promette una grande crescita di business e rappresenta una sfida per chi fa il nostro mestiere, perché ci stimola a sviluppare prodotti che hanno contenuti tecnologici e difficoltà di livello superiore rispetto al business as usual”. Una nicchia interessante e ricca di nuove prospettive che però si trova di fronte a una situazione confusa. “Per quanto riguarda i PCB”, osserva Checchia, “ci sono norme definite da ESA, altre da IPC e poi ci sono esigenze nuove introdotte dalle nuove direzioni della space economy, tra cui anche l’idea di adattare all’uso nello spazio l’elettronica tradizionale. Ma i PCB destinati a questo mondo devono sopportare vibrazioni enormi in fase di lancio e impatti termici altissimi sia in lancio sia nell’orbita operativa. Inoltre, l’assenza di aria impone di definire nuove strategie di raffreddamento. Insomma, per i PCB ‘spaziali’ occorre modificare il modo di progettare, pensare a nuovi materiali e al fatto che le riparazioni non sono possibili. Oggi i progetti nascono quindi da una cooperazione molto forte tra esperti in vari campi: progettisti di PCB, termomeccanici, ingegneri dei componenti”.
NUOVE METODICHE, NUOVI MATERIALI
Un altro aspetto da considerare, per esempio, è che le schede destinate allo spazio non possono essere dotate di solder resist, osserva ancora Checchia, “la protezione alle alte temperature per lo stagno e la pasta di saldatura. Anche una minima inclusione di aria nel solder resist può comportare problemi insuperabili per la sopravvivenza di un PCB nello spazio. Cambiano quindi anche le procedure di montaggio, che richiedono piste dalle dimensioni ben definite. Servono quindi competenze che nessuno insegna e che bisogna sviluppare con l’esperienza”.
Infine, c’è il problema delle condizioni operative, spesso vicine allo zero assoluto e caratterizzate dall’onnipresenza di radiazioni ionizzanti. “Per tutte queste situazioni”, dice ancora Checchia, “i substrati dei PCB devono essere realizzati in materiali nuovi, diversi dalla vetronite FR-4. Si usano in particolare ceramica, vetroceramica e poliammide, che fanno crescere i costi a livelli non paragonabili con quelli usati in applicazioni terrestri”. La tentazione quindi di mutuare processi tradizionali per i PCB destinati allo spazio va quindi evitata, per evitare il rischio di una produzione di qualità inadeguata. Le aziende italiane del settore PCB, anche quelle più, possono quindi trarre vantaggio da un mercato che si annuncia in grande crescita e con elevato valore aggiunto. Ma la qualità sarà dirimente, e la definizione di nuove norme più stringenti, da parte di IPC, fondamentale per fornire un orientamento sicuro a chi vuole operare in questo comparto. ©Focus on PCB
Caratteristiche tipiche dei PCB per uso terrestre, come solder resist o l’uso di FR-4 per il substrato, vanno riconsiderate nei device per la space economy.
