Будущие тенденции: перспективы использования современных процессов и материалов в производстве печатных плат

Рынок печатных плат процветает и, как ожидается, достигнет ошеломляющих размеров93,87 млрд долларовк 2029 году. Однако по мере уменьшения размеров электроники и резкого увеличения ее функциональности традиционные методы производства печатных плат достигают своих пределов.

Чтобы идти в ногу со временем, отрасль должна внедрять революционные разработки в процессы и материалы. Это руководство составлено, чтобы помочь вам узнать об этих тенденциях.

Этот блог познакомит вас с захватывающими тенденциями, которые лучшие производители используют в настоящее время. Вы увидите, как производители PCBLOOP используют передовые технологии, такие как искусственный интеллект и 3D-печать, чтобы формировать будущее печатных плат, прокладывая путь для будущего высокопроизводительной, миниатюрной электроники.

Давайте без лишних слов взглянем на них!

Продвинутые процессы

Для начала позвольте нам познакомить вас с некоторыми современными передовыми процессами:

Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО)

Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО) меняют парадигму с реактивного устранения неполадок на упреждающее прогнозирование, оптимизируя каждый этап компоновки печатной платы и процесса производства.

Вот как ИИ и МО производят революцию в производстве печатных плат:

• Прогностическое обслуживание:Традиционные методы основаны на реактивном обслуживании, устранении поломок оборудования после их возникновения. ИИ и МО анализируют огромные наборы данных датчиков, выявляя закономерности и прогнозируя потенциальные отказы оборудования до того, как они произойдут. Это позволяет проводить профилактическое обслуживание, сокращать время простоя и обеспечивать бесперебойный производственный процесс.
• Оптимизированная компоновка печатной платы:Алгоритмы ИИ могут анализировать сложные правила проектирования и ограничения для создания высокооптимизированных макетов печатных плат. Эти макеты учитывают такие факторы, как целостность сигнала, управление температурой и технологичность, что приводит к повышению производительности и технологичности. Компании, предлагающиеУслуги по компоновке печатных платможет использовать ИИ для сокращения сроков выполнения работ и создания более эффективных проектов.
• Контроль качества в реальном времени:Алгоритмы машинного обучения можно обучать на исторических данных для выявления потенциальных проблем с качеством во время производства печатных плат. Анализируя данные систем контроля в реальном времени, ИИ может отмечать потенциальные дефекты до того, как они будут внедрены в конечный продукт. Этот проактивный подход сокращает количество неисправных плат и обеспечивает стабильное качество для компаний, предлагающих услуги по проектированию печатных плат.

Преимущества ИИ и МО в производстве печатных плат

• Повышение производительности:Прогностическое обслуживание и оптимизированные компоновки приводят к сокращению задержек производства и необходимости доработки, что в конечном итоге повышает общую производительность.
• Сокращение времени простоя:ИИ сводит к минимуму непредвиденные простои, заблаговременно устраняя потенциальные сбои оборудования, обеспечивая бесперебойную работу производственных линий.
• Снижение затрат:Сокращение количества доработок, уменьшение количества дефектов и оптимизация процессов приводят к значительной экономии средствПоставщики услуг по производству печатных плат.

Аддитивные технологии производства

На втором месте — Аддитивное производство (AM), также известное как 3D-печать. Эта революционная технология обладает огромным потенциалом для преобразования традиционных процессов проектирования и компоновки печатных плат.

В отличие от традиционных субтрактивных методов, которые удаляют материал из цельного листа, AM позволяет создавать сложные трехмерные структуры слой за слоем. Это открывает двери для ранее невообразимых конструкций печатных плат:

• Встроенные компоненты:AM позволяет интегрировать электронные компоненты непосредственно в печатную плату. Это устраняет необходимость в традиционной технологии поверхностного монтажа, что приводит к более компактной и легкой конструкции. Услуги по компоновке печатных плат могут использовать эту возможность для создания высокоминиатюрных и функциональных устройств.
• Улучшенное терморегулирование:Свобода 3D-печати позволяет проектировать сложные внутренние каналы внутри печатной платы. Эти каналы могут быть заполнены теплопроводящими материалами, создавая более эффективную систему рассеивания тепла. Это особенно полезно для высокопроизводительных печатных плат, где управление температурой имеет решающее значение.

Проблемы и соображения

Хотя AM предлагает захватывающие возможности, все еще есть проблемы, которые необходимо преодолеть:

• Ограниченный выбор материалов:В настоящее время выбор материалов, доступных для 3D-печати печатных плат, не так обширен, как для традиционных методов. Это может ограничивать электрические и механические свойства, достигаемые в конечном продукте. Поставщики услуг по компоновке печатных плат должны тщательно рассмотреть доступные материалы, чтобы убедиться, что они соответствуют конкретным требованиям приложения.
• Более низкая скорость печати:По сравнению с традиционным субтрактивным производством AM может быть более медленным процессом. Это может повлиять на сроки производства, особенно для заказов на печатные платы большого объема.

Несмотря на эти проблемы, потенциал AM в проектировании печатных плат неоспорим. По мере развития технологий мы можем ожидать появления более широкого спектра материалов, совместимых с 3D-печатью, что позволит создавать еще более сложные и высокопроизводительные печатные платы.

Более того, повышение скорости печати и автоматизация, вероятно, позволят устранить существующие ограничения, что откроет путь к широкому внедрению аддитивного производства в производство печатных плат.

Лазерное прямое структурирование (LDS)

Laser Direct Structuring (LDS) — революционная технология, которая быстро преобразует ландшафт производства печатных плат. Этот инновационный процесс использует лазерный луч для создания проводящих дорожек непосредственно на специально разработанной пластиковой подложке. По сравнению с традиционными методами проектирования и компоновки печатных плат, LDS предлагает несколько убедительных преимуществ:

• Непревзойденная свобода дизайна:В отличие от традиционного субтрактивного производства, LDS позволяет создавать очень сложные 3D-схемы непосредственно на пластиковой подложке. Это открывает двери для сложных проектов, которые были бы невозможны с помощью традиционных методов. Поставщики услуг по компоновке печатных плат могут использовать LDS для создания миниатюрной электроники с улучшенной функциональностью и производительностью.
• Полная интеграция:LDS обеспечивает бесшовную интеграцию антенн непосредственно на печатную плату. Это устраняет необходимость в отдельных компонентах антенны, создавая более компактный и эстетически приятный дизайн. Это преимущество особенно привлекательно для таких приложений, как носимые и мобильные устройства.
• Улучшенная миниатюризация: Возможность создания очень сложных проводящих дорожек позволяет значительно уменьшить размер печатных плат. Это идеально подходит для приложений, где пространство имеет решающее значение, например, для медицинских устройств и устройств Интернета вещей (IoT).

Магия СПД

Ниже приводится разбивка основных этапов процесса СПД:

• Активация лазера:Сфокусированный лазерный луч избирательно активирует определенные области в пластиковой подложке, содержащей проводящие добавки. Этот процесс активации по сути определяет путь для проводящих следов.
• Металлизация:Затем активированные области подвергаются процессу металлизации, обычно гальванизации. Этот процесс наносит на активированные области тонкий слой металла (медь, никель и т. д.), создавая желаемые проводящие следы.

Приложения не привязаны

Технология LDS находит широкое применение в различных секторах благодаря своим уникальным возможностям:

• Сложные схемы:Возможность создания сложных трехмерных токопроводящих узоров делает LDS идеальным решением для приложений, требующих схем высокой плотности, таких как высокопроизводительные вычисления и современные медицинские устройства.
• Интегрированные антенны:Технология LDS устраняет необходимость в отдельных компонентах антенны, что делает ее идеальным решением для разработки компактных и эстетически привлекательных антенн для носимых устройств, смартфонов и других мобильных устройств.
• Миниатюрная электроника:Преимущества технологии LDS в экономии пространства востребованы в приложениях, где размер имеет решающее значение, например, в слуховых аппаратах, миниатюрных камерах и устройствах Интернета вещей.

Плазменная обработка

Плазменная обработка стала важной технологией в сфере производства печатных плат, играя решающую роль в достижении оптимальной производительности и функциональности. Эта мощная технология использует ионизированный газ (плазму) для взаимодействия с поверхностью печатной платы, предлагая множество преимуществ поставщикам услуг по компоновке печатных плат и производителям.

Плазменная обработка охватывает две основные функции при изготовлении печатных плат:

• Плазменное травление:Этот процесс использует контролируемую бомбардировку ионами для точного удаления материала с поверхности печатной платы. Плазменное травление обеспечивает превосходную точность и контроль по сравнению с традиционными методами влажного травления, позволяя создавать очень сложные элементы, необходимые для современных печатных плат высокой плотности.Разработчики печатных платможно использовать эту точность для создания сложных схем с улучшенной функциональностью.
• Модификация поверхности:Плазменная обработка изменяет химические и физические свойства поверхности печатной платы. Это может включать такие процессы, как очистка, очистка и активация. Эти обработки улучшают адгезию последующих слоев, таких как паяльные маски или конформные покрытия, что приводит к более надежной и прочной печатной плате.

Преимущества для повышения производительности:

Плазменная обработка обеспечивает ряд преимуществ, способствующих превосходной производительности печатных плат:

• Улучшенная адгезия:Плазменная обработка создает высоковосприимчивую поверхность для последующих слоев, обеспечивая прочную адгезию паяльных масок, конформных покрытий и других компонентов. Это приводит к более надежному и долговечному конечному продукту.
• Улучшенная паяемость:Плазменная очистка удаляет загрязнения и оксиды с поверхности печатной платы, создавая чистую, свободную от окисления поверхность для оптимального смачивания припоем и формирования соединения. Это имеет решающее значение для обеспечения прочных и надежных электрических соединений.
• Общее повышение производительности:Улучшая адгезию и паяемость, плазменная обработка способствует получению более прочной и надежной печатной платы с улучшенными электрическими характеристиками и долгосрочной надежностью.

Инструменты торговли:

На линиях по изготовлению печатных плат используются различные типы оборудования для плазменной обработки:

• Реактивное ионное травление (RIE):В этой технологии используется контролируемая химическая реакция между плазмой и поверхностью печатной платы для достижения точного травления.
• Индуктивно связанная плазма (ИСП):Этот метод генерирует плазму с помощью индукционной катушки, что обеспечивает высокую скорость травления и превосходную однородность.
• Системы плазменной очистки:Эти системы предназначены для удаления загрязнений и изменения свойств поверхности печатной платы.

Интеграция в производственные линии:

Оборудование для плазменной обработки легко интегрируется в современные линии по производству печатных плат. Эти системы обычно развертываются на различных этапах процесса, включая:

• Предварительное покрытие:Плазменная очистка обеспечивает чистую, пригодную для пайки поверхность для оптимальной адгезии и электрических соединений.
• Через Формирование:Плазменное травление имеет решающее значение для создания точных и четко определенных переходных отверстий для межслойных соединений.
• Отделка поверхности:Плазменная обработка может использоваться для улучшения свойств поверхности и улучшения адгезии конформных покрытий.

По мере того, как конструкции печатных плат становятся все более сложными, а требования к производительности растут, плазменная обработка будет продолжать играть еще более важную роль. Поставщики услуг по компоновке печатных плат, использующие возможности плазменной обработки, могут предложить своим клиентам печатные платы следующего поколения с исключительной производительностью, надежностью и миниатюризацией.

Современные материалы

Высокочастотные (ВЧ) и микроволновые материалы

Развитие технологий 5G, высокоскоростной передачи данных и современных радиолокационных систем требует печатных плат, которые могут работать на все более высоких частотах. Традиционные материалы борются с потерей сигнала на этих частотах. Чтобы решить эту проблему, исследователи разрабатывают новое поколение материалов с:

• Низкая диэлектрическая проницаемость:Это свойство показывает, насколько изолятор ослабляет электрическое поле, проходящее через него. Материалы с более низкой диэлектрической проницаемостью минимизируют затухание сигнала, обеспечивая эффективную передачу на высоких частотах.
• Низкий тангенс угла потерь:Этот параметр отражает рассеивание электрической энергии в виде тепла внутри материала. Материалы с низким тангенсом угла потерь минимизируют ухудшение сигнала для улучшения производительности.

Перспективные материалы в этой области включают:

• Керамические ламинаты:Они обладают исключительными электрическими свойствами и термической стабильностью, но могут быть хрупкими и дорогими.
• Полимерные композиты:Эти материалы сочетают в себе преимущества полимеров (легкость, гибкость) с керамическими наполнителями для улучшения электрических характеристик.

Гибкие и растягивающиеся подложки

Растущая область носимой электроники и гибких устройств требует нового поколения подложек печатных плат. Эти подложки должны быть:

• Гибкий:Печатные платы должны изгибаться и соответствовать контурам человеческого тела или других изогнутых поверхностей.
• Растягивается:Печатные платы должны растягиваться без ущерба для функциональности в приложениях, требующих исключительной гибкости или подвижности.
• Путь к этой революции прокладывают такие материалы, как:
• Полиимидные пленки:Эти устойчивые к высоким температурам и легкие пленки обеспечивают превосходную гибкость для носимой электроники.
• Проводящие чернила:Эти специально разработанные чернила позволяют печатать схемы на гибких подложках, обеспечивая возможность гибкой настройки и растягивания дизайна.

Области применения этих инновационных материалов обширны и охватывают:

• Носимые технологии:Представьте себе умные часы, фитнес-трекеры и даже устройства для мониторинга здоровья, которые легко интегрируются с нашим телом.
• Медицинские приборы:Гибкие печатные платы могут использоваться в имплантируемых устройствах, подстраиваясь под сложные структуры тела.
• Робототехника:Растягивающиеся печатные платы можно интегрировать в роботов, что позволит им двигаться с большей ловкостью и адаптироваться к окружающей среде.

Экологически чистые материалы

Экологическая ответственность становится все более важной в производстве. Индустрия печатных плат внедряет устойчивые методы, разрабатывая:

• Материалы, не содержащие свинца и галогенов:Эти материалы исключают использование вредных веществ, традиционно используемых при производстве печатных плат, соответствуют нормативным требованиям и способствуют экологической безопасности.
• Биоматериалы и биоразлагаемые материалы:Ведутся исследования по изучению возможности использования устойчивых материалов, полученных из возобновляемых источников, для компонентов печатных плат.

Заключение!

Достижения BTS в области современных процессов и материалов для производства печатных плат обещают будущее, полное возможностей.

Наши технологии искусственного интеллекта и машинного обучения оптимизируют производство, аддитивное производство открывает свободу проектирования, а инновационные материалы расширяют границы производительности и функциональности.

Эти разработки открывают путь к миниатюризации электроники, что приводит к созданию еще более мощных и универсальных устройств.

По мере того, как мы движемся вперед, будущее электроники выглядит несомненно ярким, подпитываемым постоянными инновациями в производстве печатных плат. Возможности безграничны, и будущее электроники обещает быть более захватывающим, чем когда-либо.