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近期印制电路技术发展趋势
发布者:admin 发布日期:2018-08-07

2019年经济发展面临的环境更为复杂严峻,主要在国际经济形势的不确定性。世界经济的不确定性表现在:经济大国美国的经济政策的不确定性,如要求制造业回归美国、美联储的货币政策、压缩移民政策等;欧洲经济的不确定性,如多年来低迷难上升,何去何从不明,英国脱欧方案未定等;国际贸易中政治因素打压经济贸易,多边贸易规则面临改革的不确定性;中美经贸关系紧张,摩擦的不确定性。

面对不确定性,我们的企业要增强微观主体活力,发挥企业和企业家主观能动性,拿出战胜外界不确定性的魄力、实力和毅力。不确定性是在外部环境,我们个别企业是无法扭转的。然而,在不确定性之外我们仍可看到一些确定性。社会进步、经济发展的大趋势是确定的,人们对丰富多彩的物质需求是确定的,互连网、智能化的电子信息产业发展是确定的,电子电路在电子信息产业中不可缺少是确定的,电子电路要适应电子设备新需求是确定的。那么,印制电路技术发展是无疑的、必然的、确定的!

印制电路技术发展是于电子设备市场导向,今年1月在美国的2019国际消费电子展(CES 2019)亮相的电子信息新产品、新技术就是印制电路板(PCB)的新领域、新市场。CES2019聚焦的最受瞩目的技术之一是5G移动通信技术,将于2019年从试验转向商业化。

进入5G时代,公网、专网、使用的基站、核心网、终端设备都需要重新布局。新一代通信技术的到来,将为相关产业带来发展红利。同时,CES2019的重点技术有人工智能(AI),在参展企业中一半以上都展出了人工智能相关的科技产品,展示出人工智能正不断迈向更广阔的应用市场;有汽车电子,展示自动驾驶和车载技术的最新进展,无论是知名车厂,还是电子巨头,均展出了汽车电子相关产品与创新;有电子科技与健身运动和医疗科技的巧妙融合,可穿戴甚至植入人体产品日趋成熟;有智慧城市和智能家居的蓝图跃然眼前,展示更智能的技术解决方案,将带来更安全,更智能、更便利的城市生活。

CES展示的主题与热点也就是PCB的热点,引导PCB发展的方向标。让我们来看看近期印制电路技术发展趋势,以确定我们企业的技术走向。

(1)5G设备需要新一代印制电路板

5G设备用PCB的一个重要特征是高频高速信号传输,因此PCB从设计、材料到制造都要符合高频高速要求。从信号完整性的角度PCB设计除了优化配电网、信号线保持阻抗恒定和抗电磁干扰等,必须做好基板材料选择,考虑到介质损耗角正切和介电常数及铜表面粗糙度等。在高频PCB表面的最终涂覆层与阻焊层也会影响PCB电路性能,设计师也应该正确选择PCB最终涂覆层与阻焊层。

从PCB材料的角度来看,在过去从2G到3G、4G都没有太大的变化,原因是在频率上只有很小的差异。PCB基材基本上选择FR-4一种介质材料就可以了,并没有特别强调材料的性能。而5G在一开始是 6GHz频率,其后就到了28GHz的毫米波,对材料的要求有很大的变化,因为频率要高得多,所以材料损耗要小得多,铜箔亦必须更薄、更光滑。高频层压板从介电常数(Dk)、介质损耗(Df)、Dk的热系数(TCDk)、吸湿性、耐热性和导热性、铜表面粗糙度等方面显示了与FR-4的差异。

PCB基材中影响Dk和Df的主要是树脂类型,低损耗材料如聚四氟乙烯(PTFE)和液晶聚合物(LCP)更有优势。现在认定LCP基材PCB在RF和MW领域有广阔市场,包括挠性板、刚挠结合板、封装载板和高层数多层板,因此LCP基材应用在增多。决定介电性能除了树脂成分外,增强材料玻璃纤维布也是重要因素,玻璃纤维布种类,有E玻璃布和NE玻璃布差异,应用具有致密编织的NE玻璃纤维,可以减小衰减和增强信号的完整性。

以智能手机为代表的HDI板趋向更高密度,及更先进的制造工艺,具体体现在类载板(SLP)和改进型半加法(mSAP)。SLP的主要特征是线宽/线距(L/S)密度介于HDI板与载板之间,目前为30/30μm与15/15μm之间;制造工艺是釆用覆薄铜箔(<5μm)为种子层然后图形电镀与闪蚀的mSAP,mSAP成为新一代HDI板(类载板)的主流工艺。

HDI板现在进入到第三代,采用半加成工艺(SAP)、改进型半加成工艺(mSAP)和优良改进型半加成工艺(amSAP),实现L/S<15μm。 mSAP和SAP技术在智能手机PCB应用扩大,也被扩展到医疗、穿载电子和军事/航空航天应用。

(2)汽车电子用PCB前景看好

汽车电子也包含有3C产品(计算机、通讯、消费类),如数字化控制的计算机系统,车载移动通讯设备,车载音频、视频和空调装置等。导致汽车电子产品强劲增长的因素是汽车电子化的需求。

由于汽车在功能和环境方面要求的特殊性,PCB是这些电子系统中的关键部分,必须以其质量和可靠性满足汽车行业要求。汽车对PCB的特殊要求包括如温度、湿度的环境负荷和振动载荷,大功率高电流与高热量负荷,高频高速信号负荷,以及高密度小型化。这类PCB首先要有高性能基材,符合高温、高湿、高速、高稳定性要求。

如在电动车中使用的PCB必须要能够经受100万小时寿命时间内几百安培的电流,及高达1000伏的电压等汽车环境。无人驾驶汽车中提供动力的PCB经受几百伏的电压,要保证它的可靠运行。

对于位于靠近汽车发热源的装置而言,能够满足高于120℃操作温度的需求是很常见的,如汽车LED灯需要高散热的可弯曲基板。对于动力系统应用,我们看到热循环要求为-40℃ / 150℃,超过2,000次循环。对于先进的安全探测系统,除了热循环要求还有电迁移可靠性的需求。

(3)医疗和可穿载电子设备向PCB提出新要求

医疗和可穿载电子产品将是PCB制造业的推动力之一,有许多新技术、新产品为其而产生。如最新的智慧服饰产品用到柔性及可拉伸材料的印制电路部件,可用来制造舒适、耐用、可洗涤的智慧服饰。这些服饰内都搭载传感器及连接器,能够提供实时监测以及记录用户的数据,包括心率、呼吸速率、心电图、运动负荷等等。

又如助听器等医疗器材和智能手表需要更微小PCB。小型化PCB做到线宽和间距小于25微米,激光钻孔直径为35微米,连接盘直径100微米,而保持环宽内层为30微米、外层为20微米;含有盲孔和盘上孔结构,并镀铜填孔;采用12.5微米聚酰亚胺芯材,4层厚度小于120微米的挠性电路;达到最高等级可靠性水平。

可穿载电子产品较多是采用低成本的印制电子技术,随着网版印刷与喷墨打印技术持续进步,印制电子产品也将推动更新、更复杂和高功能可穿戴设备和医疗设备的增长。这些设备由于体积小、形状特殊、轻巧灵活,大多数是釆用挠性PCB。现在为便于安装,刚挠结合PCB也进入此领域了,可以达到16至20层结构,产生额外功能。

3D打印是种加成制造技术,在医学领域应用取得了显著成效。医疗方面应用有打印出血管组织、低成本假体、成药、医疗器件、病人专用石膏铸件、骨头和颅骨替代物等,也包括医用3D印制电路。PCB引入3D打印技术,3D打印电路必将成为颠覆性技术。

(4)产业智能化是必由之路

“中国制造2025”和 “工业4.0”的提出开启了第四次工业革命,智能化是技术核心。“智能化”在向各行各业直至人们的日常生活渗透,PCB要为各种智能化设备装置提供元器件载体,智能化设备是PCB用户;同时电子电路产业自身要迈向智能化,是智能化设备的用户。现在PCB制造业向自动化、智能化方向发展迈入实质性阶段。

如美国惠伦公司建造了世界最先进的完全自动化PCB生产工厂。自动化PCB制造工厂采用连续传送系统,其速度快、无需人工搬运移动,制造步骤减少了60%。他们的产品周转时间也从好几周缩短到不到一周,实现了多层板、HDI板和类载板的生产能力;其制造工艺为绿色/无废水的零排放技术,更符合产业持续发展的战略。现在中国PCB产业有许多企业在新建、扩建工厂,必须有智能化工厂的设计理念,跟上时代步伐。

应该看到,当前电子技术的发展比以往任何时候都要快,我们电子电路产业有着广阔的市场,有着灿烂的前景。你有技术实力这基础,才有可能切得“蛋糕”、摘取“果子”。假若在不确定环境中守株待兔,等于是坐以待毙。