PCB的未來(lái)發(fā)展前景介紹

自1943年世紀(jì)之交的發(fā)明以及Paul Eisler的專利申請(qǐng)以來(lái)，印刷電路板得到了發(fā)展和進(jìn)步

今天的PCBs是微小的，多層次的，復(fù)雜的系統(tǒng)，幾乎不像他們最早的祖先。由于采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件和制造工藝，它們的生產(chǎn)率也比以往任何時(shí)候都高得多，效率也更高。甚至在10年前，microvias，HDI和FPGA只出現(xiàn)在最昂貴的設(shè)計(jì)中，但現(xiàn)在全世界的設(shè)計(jì)師都可以使用。

隨著技術(shù)和消費(fèi)者需求的增長(zhǎng)和發(fā)展， PCB必須。作為所有電子設(shè)備的基礎(chǔ)，PCB面臨著發(fā)展和增長(zhǎng)的巨大壓力。隨著消費(fèi)者推動(dòng)更薄更快的設(shè)備，以及尋求改進(jìn)功能的行業(yè)，PCB必須繼續(xù)發(fā)展到未來(lái)。

但是印刷電路板的未來(lái)到底是什么樣的呢？

PCB的未來(lái)

現(xiàn)代PCB產(chǎn)生了以令人難以置信的速度和驚人的復(fù)雜性，總有發(fā)展空間。無(wú)論是PCB本身的形狀還是直接連接到電路板上的附件，消費(fèi)者都在不斷推動(dòng)新的和不同的PCB和PCB功能。

由于PCB復(fù)雜性的增加為制造企業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，因此制造過(guò)程本身也有很大的發(fā)展空間。這就是為什么印刷電路板未來(lái)的大多數(shù)預(yù)測(cè)都會(huì)強(qiáng)烈關(guān)注以下幾個(gè)方面。

1、 PCB板相機(jī)

板式相機(jī)，或稱為PCB相機(jī)，是直接安裝在電路板上的相機(jī)。這些PCB相機(jī)由鏡頭，光圈和圖像傳感器組成，旨在拍攝數(shù)碼照片和視頻?？傊?，相機(jī)的大小約為四分之一，可以安裝在任何尺寸的PCB上。這意味著這些相機(jī)足夠小，可以插入任何電子設(shè)備。

自推出以來(lái)，電路板相機(jī)發(fā)展迅速，照片和視頻成像以及耐用性是主要的改進(jìn)領(lǐng)域?，F(xiàn)在，這些小型相機(jī)可以輕松拍攝高分辨率圖像和視頻。在未來(lái)幾年，板式相機(jī)有望進(jìn)一步發(fā)展，為工業(yè)和消費(fèi)電子產(chǎn)品創(chuàng)造強(qiáng)大的解決方案。

由于它們的尺寸，板式相機(jī)在各種行業(yè)中具有多種應(yīng)用。其中包括：
?消費(fèi)類電子產(chǎn)品：電路板相機(jī)在消費(fèi)電子產(chǎn)品中發(fā)揮了很大的實(shí)用性，特別是在手持移動(dòng)設(shè)備中。如今，智能手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦和其他小型手持電子產(chǎn)品通常使用板式相機(jī)。消費(fèi)電子公司不斷推動(dòng)更小，更強(qiáng)大的相機(jī)。

醫(yī)療器械：特別是小型相機(jī)已經(jīng)在醫(yī)療行業(yè)找到了非侵入性和微創(chuàng)手術(shù)的利基。現(xiàn)在使用的藥丸大小的相機(jī)可以被患者吞下，因此醫(yī)生可以在沒(méi)有侵入性手術(shù)的情況下從消化道內(nèi)獲取全面的視頻和圖像。此外，可穿戴式攝像機(jī)在手術(shù)過(guò)程中作為一種教學(xué)工具也越來(lái)越受歡迎。

監(jiān)控技術(shù)：由于PCB攝像機(jī)尺寸太小，因此很容易隱藏在物體內(nèi)部，使它們成為一個(gè)很好的選擇。監(jiān)視用途。許多消費(fèi)者，安全公司和組織使用這些小型攝像機(jī)監(jiān)視他們的家庭和企業(yè)的入侵者。隨著技術(shù)的進(jìn)步，其監(jiān)控應(yīng)用也在不斷發(fā)展。

這些行業(yè)只是電路板相機(jī)如何使用以及未來(lái)趨勢(shì)如何發(fā)展的幾個(gè)例子。隨著時(shí)間的推移，電路板相機(jī)行業(yè)正朝著可定制的高品質(zhì)和耐用的板式相機(jī)發(fā)展。改善日/夜和低光能力也正在開(kāi)發(fā)中，以幫助改善醫(yī)療和監(jiān)視成像目的。

2、3D打印電子

3D打印技術(shù)可能是近年來(lái)最激動(dòng)人心的技術(shù)創(chuàng)新之一。從3D打印的器官到槍支和彈藥，3D打印已經(jīng)在各種行業(yè)中完成了一些令人難以置信的事情。 PCB行業(yè)也不例外。

3D打印已成為近年來(lái)PCB創(chuàng)新之一的重要組成部分：3D PE。 3D打印電子設(shè)備或3D PEs的定位將徹底改變未來(lái)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。這些系統(tǒng)通過(guò)逐層打印基板物品然后在其頂部添加包含電子功能的液體墨水來(lái)創(chuàng)建3D電路。然后可以添加表面貼裝技術(shù)來(lái)創(chuàng)建最終系統(tǒng)。結(jié)果是可以采用任何可以想象的形狀的電路。

3D PE可以為兩者提供巨大的技術(shù)和制造效益電路制造公司及其客戶 - 特別是與傳統(tǒng)的2D PCB相比。這些優(yōu)勢(shì)包括：
?新型設(shè)計(jì)：通過(guò)允許電路印刷在現(xiàn)有形狀之上，3D PE制造技術(shù)使電路能夠采用傳統(tǒng)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新形狀和令人難以置信的形狀PCB制造。 3D PE可以成形為適合任何電路載體，同時(shí)仍然結(jié)合電子，光學(xué)和機(jī)械功能。這可以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品功能和優(yōu)化。 3D PE不僅可以成型，而且還可以使用2D PCB制造方法進(jìn)行縮放以在大于任何可能的組件上進(jìn)行打印。
?提高效率：由于3D PE制造是一種添加劑工藝使用數(shù)字方法，它的材料使用比2D PCB制造更加保守。該系統(tǒng)僅應(yīng)用所需的材料，僅此而已，意味著材料的使用效率更高。此外，生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字方面通過(guò)消除人為錯(cuò)誤的來(lái)源提高了整體準(zhǔn)確性。雖然使用這種方法電路有時(shí)仍會(huì)失敗，但增加的自動(dòng)化可降低故障的可能性，從而提高整體效率。
?環(huán)境友好型：由于對(duì)基板材料的類型沒(méi)有實(shí)際限制用于3D PE制造，PCB Houses可以選擇他們喜歡的任何材料。這使得環(huán)保生產(chǎn)變得更加容易，因?yàn)樗麄兛梢赃x擇低成本，可回收的材料。

由于這些優(yōu)勢(shì)，3D PE生產(chǎn)迅速發(fā)展，并正朝著大批量生產(chǎn)的方向發(fā)展。雖然3D PE應(yīng)用目前相對(duì)有限，主要用于儀表，天線和傳感器，但大量研究正在擴(kuò)展3D PE的制造能力。這包括開(kāi)發(fā)可以印刷的表面類型，可添加到其中的SMD類型以及可用于打印它們的制造工具。

許多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者都希望隨著制造企業(yè)和消費(fèi)行業(yè)發(fā)現(xiàn)3D PE技術(shù)的新方法和應(yīng)用，3D PE行業(yè)將迅速擴(kuò)展。

3、 PCB Autoplacers

如今大多數(shù)PCB都在其設(shè)計(jì)中包含自動(dòng)布線器。該P(yáng)CB組件可在整個(gè)電路板中傳輸電子功能，以模擬PCB布局的特性，從而使自動(dòng)化過(guò)程更加輕松。

然而，自動(dòng)駕駛儀很難創(chuàng)建和設(shè)置，需要大量的時(shí)間和人力。由于這種困難，在設(shè)置過(guò)程中會(huì)丟失通過(guò)自動(dòng)化節(jié)省的時(shí)間。出于這個(gè)原因，許多制造商和PCB設(shè)計(jì)師正在研究自動(dòng)裝配器作為替代方案。通過(guò)嘗試集成機(jī)械和電氣CAD系統(tǒng)，簡(jiǎn)化制造過(guò)程，Autoplacers使自動(dòng)化過(guò)程更快。截至今天，自動(dòng)貼裝工具尚未在PCB制造業(yè)中獲得認(rèn)可。原因主要在于autoplacer和autorouter約束之間的區(qū)別：

? Autorouters ：路由約束主要取決于電路板的特性，可以在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中輕松建模。這些屬性包括層數(shù)，軌道間距，連接距離和層方向。
? Autoplacers ：決定元件放置的約束可以通過(guò)機(jī)械考慮來(lái)驅(qū)動(dòng)。這些包括產(chǎn)品外殼的形狀，按鈕定位，散熱和拾取和放置優(yōu)化等人體工程學(xué)問(wèn)題。

規(guī)定自動(dòng)裝配操作的限制不一定有任何關(guān)系與電路板設(shè)計(jì)，而是與產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)意味著很大的開(kāi)銷，因?yàn)樗麄儽仨毧紤]的不僅僅是PCB設(shè)計(jì)。雖然autoplacers可以大大超過(guò)自動(dòng)潤(rùn)滑劑加速制造過(guò)程，但這主要取決于優(yōu)化autoplacer約束管理。這就是新技術(shù)必須發(fā)揮作用的地方。

最近PCB設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，并且隨之而來(lái)的是集成CAD系統(tǒng)的理念。由于autoplacers依賴于電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，因此需要在兩個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用約束的集成電氣和機(jī)械CAD系統(tǒng)，以使自動(dòng)裝配器更加高效。

隨著這些設(shè)計(jì)軟件選擇的轉(zhuǎn)變，autoplacers正逐漸成為自動(dòng)售貨機(jī)的更有效的替代品。從自動(dòng)布線器到自動(dòng)布線器的這種轉(zhuǎn)換有望為PCB設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的好處。

4、高速能力

今天的世界節(jié)奏非常快，要求人員和技術(shù)也快速發(fā)展。隨著歲月的流逝，我們希望事情變得更快 - 包括電子產(chǎn)品。為了使我們的設(shè)備能夠滿足日益增長(zhǎng)的速度需求，PCB技術(shù)需要相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。

高速PCB是設(shè)計(jì)人員的獨(dú)特主題，主要是因?yàn)楦咚貾CB的定義相對(duì)寬松。高速PCB的普遍認(rèn)可定義是信號(hào)完整性受電路布局影響的定義。這可能意味著不同的事情：
?數(shù)字信號(hào)：在數(shù)字PCB信號(hào)中，智能包含在數(shù)字脈沖中。因此，對(duì)信號(hào)完整性的影響可能表現(xiàn)為延遲或取消的數(shù)字信號(hào)。
?模擬信號(hào)：在高速模擬電路中，智能是信號(hào)的形狀。在這些情況下，信號(hào)完整性問(wèn)題將表現(xiàn)為信號(hào)形狀的改變。

在這兩種情況下，信號(hào)完整性都會(huì)受到PCB內(nèi)部和周圍幾個(gè)因素的不利影響。這些包括PCB的電介質(zhì)，軌道的長(zhǎng)度，與其他信號(hào)的接近度和EMI等因素。許多高速設(shè)計(jì)人員都知道如何調(diào)整設(shè)計(jì)以緩解這些問(wèn)題，但是新的方法正在不斷開(kāi)發(fā)中，以及用于管理高速設(shè)計(jì)的新軟件工具。

了解更多有關(guān)當(dāng)前高速PCB設(shè)計(jì)技術(shù)的信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的PCB設(shè)計(jì)資源頁(yè)面，閱讀有關(guān)高速布局技巧以及如何降低高速設(shè)計(jì)中EMI影響的文章

隨著高速功能對(duì)未來(lái)的需求持續(xù)高漲，專注于高速設(shè)計(jì)的印刷電路板創(chuàng)新將繼續(xù)受到需求。 PCB行業(yè)內(nèi)部人士預(yù)計(jì)，高速創(chuàng)新將繼續(xù)成為PCB未來(lái)的重要組成部分。

5、關(guān)注柔性PCB

PCB行業(yè)已經(jīng)是一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)，一些研究估計(jì)市場(chǎng)將從2016年的635億美元增長(zhǎng)到2021年的738億美元。然而，PCB行業(yè)中增長(zhǎng)最快的部分是靈活的多氯聯(lián)苯 - 預(yù)計(jì)到2020年將增長(zhǎng)到152億美元，到2022年增長(zhǎng)到270億美元。

在可穿戴電子產(chǎn)品，柔性顯示器和醫(yī)療應(yīng)用之間，靈活的技術(shù)正在推動(dòng)該行業(yè)越來(lái)越多地采用柔性和柔性剛性PCB。靈活的PCB技術(shù)已經(jīng)超過(guò)了剛性PCB的銷售增長(zhǎng)，這意味著未來(lái)看起來(lái)很光明。

那么為什么柔性PCB如此受歡迎？由于其靈活性，柔性PCB可以處理比剛性PCB更多的應(yīng)力和彎曲，甚至可以折疊以適應(yīng)笨拙的3D空間，使其適用于經(jīng)常發(fā)生彎曲的應(yīng)用。它們也往往非常輕薄，但仍然相對(duì)容易大批量生產(chǎn)。

幾個(gè)行業(yè)正在推動(dòng)柔性PCB的發(fā)展趨勢(shì)，包括：
? LED照明：LED照明作為傳統(tǒng)白熾燈泡的明亮而節(jié)能的替代品而廣受歡迎。對(duì)于LED燈條照明，柔性是條帶長(zhǎng)度的關(guān)鍵，因此客戶可以彎曲條帶以滿足其需要。靈活的PCB帶來(lái)了這種必要的功能。

可穿戴技術(shù)：今天，可穿戴電子設(shè)備變得越來(lái)越流行，預(yù)計(jì)到2020年全球市場(chǎng)將達(dá)到306億美元。這些電子設(shè)備通常是嵌入式的進(jìn)入服裝和靈活的配件，如智能襪子，皮帶和腕帶。甚至一些運(yùn)動(dòng)頭盔現(xiàn)在也采用了傳感器，使用PCB來(lái)監(jiān)控沖擊和速度。靈活的PCB是這些應(yīng)用所必需的，無(wú)論是為了靈活性還是為了處理沖擊和振動(dòng)。
?柔性顯示器：柔性顯示器多年來(lái)一直受到關(guān)注，但仍然很少見(jiàn)到由于制造成本高，因此尚未普遍使用。然而，一旦這些生產(chǎn)成本下降，靈活的設(shè)備有望成為移動(dòng)技術(shù)的下一個(gè)重點(diǎn)。能夠比典型的剛性設(shè)計(jì)更好地處理沖擊和應(yīng)力，柔性顯示器可能會(huì)導(dǎo)致靈活的智能手機(jī)和平板電腦。這可能要求設(shè)備中的所有其他設(shè)備也可以彎曲，包括PCB。
?醫(yī)療儀器：到目前為止，醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)新主要集中在兩個(gè)技術(shù)趨勢(shì)：小型化和靈活性。靈活的PCB使醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)在柔性基板上實(shí)現(xiàn)緊湊的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩者。柔性PCB也因其可靠性和生物相容性而受到青睞，因?yàn)樗鼈兊倪B接是一致的，并且它們的基材與人體組織接觸是兼容的。由于這些原因，柔性PCB已經(jīng)成為許多醫(yī)療設(shè)備的主流，并且被用于手術(shù)工具，植入式醫(yī)療設(shè)備，監(jiān)視器和傳感器。

由于其字面和圖形靈活性，柔性PCB具有在整個(gè)行業(yè)中發(fā)現(xiàn)了多種用途，使其成為高需求產(chǎn)品。如果這種趨勢(shì)持續(xù)下去，PCB行業(yè)的人們可能會(huì)在不久的將來(lái)看到更多靈活的PCB設(shè)計(jì)需求。

6、可生物降解的PCBs

電子廢棄物，AKA電子廢棄物，是現(xiàn)代最大的環(huán)境問(wèn)題之一。這類廢物包括電子產(chǎn)品，如電腦，筆記本電腦，電視，智能手機(jī)和家用電器，其中許多都包含既不可生物降解也不環(huán)保的部件。雖然電子報(bào)廢近年來(lái)越來(lái)越受歡迎，但隨著人們?cè)噲D找到擺脫舊電子產(chǎn)品的方法，電子垃圾仍然成為一個(gè)問(wèn)題。

多氯聯(lián)苯是這個(gè)問(wèn)題的重要組成部分。一些PCB材料不會(huì)很好地降解，并且經(jīng)常最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，污染周圍的土壤。如果沒(méi)有妥善處理，PCB制造過(guò)程中使用的化學(xué)品往往對(duì)環(huán)境有害，這個(gè)問(wèn)題更加復(fù)雜。

考慮到普通消費(fèi)者在整個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了多少電子產(chǎn)品。十年來(lái)，隨著行業(yè)趨向于短暫的電氣產(chǎn)品，這可能意味著大量拋出的PCB會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

有許多提出的解決方案可以解決這個(gè)問(wèn)題，從大規(guī)模集郵到有組織的電子廢物收集服務(wù)。一些參與者甚至支持從電子廢物中提取貴金屬的想法，如鈀，銀，金，鎵和鉭，通過(guò)冶煉和精煉來(lái)重復(fù)利用它們。反過(guò)來(lái)，這將減少礦業(yè)公司為電子行業(yè)生產(chǎn)大量金屬的壓力。

當(dāng)談到PCBs時(shí)，一些科學(xué)家建議我們通過(guò)改變PCB制造工藝來(lái)解決污染問(wèn)題。這意味著用更環(huán)保的替代品來(lái)切換傳統(tǒng)基材?？缮锝到獾幕哪壳罢谧屑?xì)研究，不需要有害的蝕刻化學(xué)品來(lái)完成組裝過(guò)程的替代品。

兩者都有助于減少整個(gè)電子行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響，并可能有助于降低裝配和制造成本。

PCB行業(yè)的其他未來(lái)發(fā)展

上面列出的PCB行業(yè)的改進(jìn)和創(chuàng)新并不是獨(dú)立的。許多其他潛在的創(chuàng)新都超出了技術(shù)范圍。

其中一個(gè)進(jìn)步是PCB作為主動(dòng)系統(tǒng)組件的想法。目前，PCB被用作電子設(shè)備中的連接組件，在有源組件之間中繼消息，因此整個(gè)設(shè)備可以工作。工程師們正在努力使PCB本身成為有源系統(tǒng)，減少PCB中的元件數(shù)量，同時(shí)保持功能。

其他進(jìn)步涉及這些創(chuàng)新之間的相互作用。例如，3D PE制造正在擴(kuò)展可用于電路的材料類型。這使得使用柔性和可生物降解的基底材料更加可行。通過(guò)結(jié)合使用這些創(chuàng)新理念，PCB設(shè)計(jì)人員可以完成令人難以置信的新設(shè)計(jì)，從而保持PCB行業(yè)的發(fā)展。