回顧2020年代領(lǐng)先的PCB技術(shù)趨勢

2021-02-04

我們不能不回顧2020年的情況，除非在后視，側視圖以及通過(guò)擋風(fēng)玻璃向前看都看到全球大流行。云計算不可能在更好的時(shí)候實(shí)現。隨著(zhù)我們填補社交距離造成的真空，社交媒體盡管有種種弊病，卻成為我們集體生活中更大的一部分。

由FAANG公司提供支持的介質(zhì)消耗量不斷增加，這些公司從未停止構建服務(wù)器場(chǎng)并提供內容。服務(wù)器主板的PCB設計周期很長(cháng)，成功運作沒(méi)有余力。在低功率處理器上可以省錢(qián)，而最低功率的處理器是移動(dòng)處理器。新的芯片具有更好的規格，我們從一個(gè)更小的節點(diǎn)開(kāi)始。我們正在倒數納米。

芯片將繼續縮小。大膽的預測是嗎？它們效率的部分原因是體積小。較小尺寸的要求使電路板設計人員有責任。我們確實(shí)從我們的朋友那里得到了一些幫助。間距越來(lái)越小的分立器件正在支持更細間距的集成電路。村田制作所宣布了一種新的電容器封裝尺寸，其尺寸低于幾乎看不見(jiàn)的01005封裝類(lèi)型。圍繞0.25 mm x 0.125 mm MLCC電容器行事。

圖片來(lái)源：Murata-趨勢是顯而易見(jiàn)的，零件幾乎消失了。

同時(shí)，大公司有很多董事會(huì )設計師，他們通常不會(huì )利用外部資源來(lái)度過(guò)永久性的工作時(shí)間。職位空缺幾乎是給定的，因為它們可以為那些富有的設計師提供回補。打電話(huà)給富人就像打電話(huà)給病人，除非你再也不會(huì )回來(lái)。

如果沒(méi)有汽車(chē)行業(yè)所說(shuō)的一級供應商，大型企業(yè)就無(wú)法做到。對于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，這些層級是像博世或大陸集團這樣的公司，它們直接向工廠(chǎng)提供組件。然后有一個(gè)供職者系統，即第2層級別的玩家，他們向第1層列表提供內部未完成的任何操作。

反過(guò)來(lái)，他們擁有第3層供應商，它們可能是比第1層更大的公司，但在供應鏈中作為嵌入式組件或原材料供應商而位于更下游。這在汽車(chē)以外的其他行業(yè)中也發(fā)揮著(zhù)作用。思科或英偉達可能會(huì )將設備出售給全球的微軟和亞馬遜，同時(shí)向專(zhuān)門(mén)從事這些技術(shù)的初創(chuàng )企業(yè)采購線(xiàn)卡和其他配件。

圖片來(lái)源：作者-這種舊基材是下一代印刷電路板的模板。 

在所有這方面都成為“小人物”可能會(huì )有所收獲，但是如果您將初創(chuàng )公司推向第一層的先驅?zhuān)瑹o(wú)論它是大型網(wǎng)絡(luò )設備提供商，國防承包商還是大型承包商，都存在內在的風(fēng)險。一家資金雄厚的電動(dòng)汽車(chē)制造商。他們查看庫存并告知您本季度他們不需要任何東西，這并非沒(méi)有可能。真好 我覺(jué)得來(lái)年將是一場(chǎng)大饑荒而不是一場(chǎng)饑荒。小家伙們將繼續被收購。

在消費者方面，游戲硬件正沿著(zhù)5G和WiFi-6浪潮記錄銷(xiāo)售。房屋中未充分利用的空間正在轉換為辦公室或家庭影院的使用。這種代際轉移將暫時(shí)使我們忙碌。似乎人們甚至在添加新的智能家居小工具時(shí)也希望保持整潔。孩子們重返學(xué)校后很長(cháng)一段時(shí)間，在家中工作仍然是我們大多數人的選擇。

盡管供應鏈普遍放緩，但某些地方的制造業(yè)能夠更快恢復增長(cháng)。采購仍然是漫長(cháng)的交貨時(shí)間和有限的選擇之爭。解決這種動(dòng)態(tài)組件情況是使PCB設計人員忙碌的另一個(gè)因素。

改進(jìn)的半加成法-痕跡幾何學(xué)的新視野

在制造方面，最主要的趨勢是構成裸板的原材料的價(jià)格上漲。如果我們不為跡線(xiàn)寬度和間距設置新的閾值，那將不是一年。從襯底和集成電路中借用一點(diǎn)技術(shù)，一種稱(chēng)為改良半添加工藝（mSAP）的添加方法具有令人著(zhù)迷的可能性。

圖片來(lái)源：電子設計-使用傳統蝕刻工藝生成的軌跡的輪廓

當我們考慮用來(lái)將人送上月球并建立互聯(lián)網(wǎng)的傳統蝕刻工藝時(shí)，化學(xué)工藝的局限性顯而易見(jiàn)。線(xiàn)寬是更模糊的東西。我們要測量底座，表冠或兩者之間的某個(gè)位置嗎？當然，精確的線(xiàn)寬會(huì )對特性阻抗產(chǎn)生巨大影響。其他因素是絕緣材料的介電常數和厚度公差。

當我們縮小走線(xiàn)的幾何形狀時(shí)，銅和電介質(zhì)的典型變化起著(zhù)更大的作用。除非我們可以減少從一層到另一層的配準失誤，否則在單個(gè)層上更精確無(wú)濟于事。簡(jiǎn)而言之，縮小幾何形狀自然會(huì )縮小所有方面的方差公差。

圖片來(lái)源：電子設計-附加工藝可能會(huì )使橫截面更多。

增材印刷電路板工藝由柔性電路行業(yè)開(kāi)創(chuàng )，該行業(yè)在使用薄介電材料方面已有較長(cháng)的歷史。這些材料需要特別狹窄的走線(xiàn)，因為接地層太近了。通常距走線(xiàn)層僅25微米（一密耳）。給定聚酰亞胺基材的典型介電常數，將在同一密耳附近產(chǎn)生50歐姆的線(xiàn)寬。

這是一個(gè)令人擔憂(yōu)的趨勢。我們必須暫停一下，想知道一密耳的線(xiàn)是否足以滿(mǎn)足預期的邊沿速率。我們通常希望有更寬的跡線(xiàn)來(lái)抵消高速信號上的趨膚效應。折衷這些細微的痕跡并不需要多大的劃痕。良好的阻焊層涂層將有助于線(xiàn)跡粘附到基礎材料上。

高密度互連成為主流

對于具有高密度互連的剛性板，激光形成的通孔是薄介電材料的驅動(dòng)器。歸結為電鍍由激光燒蝕過(guò)程留下的小凹痕。直徑與深度的關(guān)系或縱橫比必須向淺孔傾斜。這促使剛性板行業(yè)趕上厚度小于50微米的電介質(zhì)的柔性技術(shù)。

圖片來(lái)源：PCD＆F雜志-不斷縮小的幾何尺寸是PCB設計的事實(shí)。使用mSAP技術(shù)將有助于我們節省寶貴的PCB空間。

將所有這些都放到剛性的柔性PCB中。組織跨剛性和撓性橋的位置，以使傳輸線(xiàn)的長(cháng)度在整個(gè)跨度范圍內盡可能短。我們必須根據以下事實(shí)來(lái)調整我們的期望：我們將在使用更少的圖層和更少的整體空間的同時(shí)執行更多的功能。

隨著(zhù)我們不斷突破數據速率的極限，同時(shí)管理移動(dòng)或固定安裝中的功耗，仿真將繼續是一個(gè)漫長(cháng)的支柱。尖端技術(shù)不再局限于智能手機。從個(gè)人經(jīng)驗來(lái)看，游戲機，AR / VR產(chǎn)品和我最喜歡的運動(dòng)相機都在部署HDI布局。有理由期望未來(lái)會(huì )以我們尚未理解的多種形式出現。