Evoluce tištěných spojů: Pohon inovací v elektronice

Jak fungují PCB?

Než se pustíme do vývoje výroby, pojďme si rychle objasnit, co PCB jsou a jak fungují.

PCB jsou tenké desky vyrobené z izolačních materiálů, jako je sklolaminát, s vyrytými nebo tištěnými měděnými stopami na povrchu. Elektronické komponenty, jako jsou integrované obvody, rezistory, kondenzátory, jsou na tyto měděné stopy nazývané vodiče pájeny a propojeny.

Když elektrický proud teče těmito vodiči, umožňuje různým komponentám vzájemně komunikovat a vykonávat požadované funkce. PCB poskytují platformu pro montáž komponent a jejich vzájemné propojení jako základní kámen jakéhokoli elektronického zařízení.

S miniaturizací jako hlavním zaměřením se PCB neustále vyvíjely od jednoduchých jednovrstvých desek po složité vícevrstvé desky umožňující montáž komponent s vysokou hustotou.

Nyní, když víme, co PCB jsou, podívejme se na neuvěřitelné inovace ve výrobě PCB v průběhu desetiletí, které poháněly evoluci elektroniky.

Historie inovací ve výrobě PCB

I když lze původ PCB vystopovat až do 50. let 20. století, významný pokrok ve výrobních technologiích formoval průmysl PCB a poháněl inovace v elektronice.

1900 - Desky z bakelitu

• Nejstarší PCB se objevily na počátku 20. století a byly vyráběny z materiálů jako bakelit a papírová fenolová pryskyřice. Tyto jednostranné desky s nízkou spolehlivostí byly používány v jednoduchých rádiích a zesilovačích. Výroba byla také manuální a pracně náročná.

1950 - Automatizovaná výroba

• V 50. letech začal elektronický průmysl přecházet k automatizaci pomocí tištěné obvodové technologie pro komerční aplikace. Byly zavedeny stroje pro leptání mědi a vrtání děr, což zlepšilo spolehlivost PCB.

1960 - Vícevrstvá PCB

• S omezeným prostorem pro montáž komponent se PCB vyvinuly do vícevrstvé konfigurace v 60. letech, což umožnilo umístění komponent na obě strany. Více vrstev mědi bylo spojeno pomocí izolačního materiálu, čímž bylo dosaženo hustších konstrukcí.

1970 - Technologie povrchové montáže

• Inženýři dosáhli v 70. letech další optimalizace prostoru pomocí technologie povrchové montáže. Místo vrtání děr pro vedení byly komponenty přímo pájeny na povrch, čímž se eliminovala potřeba vrtání.

1980 - Nástup CAD nástrojů

• Ruční návrh rozložení PCB nedokázal držet krok se zvyšující se složitostí. Zavedení nástrojů pro počítačem podporovaný návrh (CAD) revolucionalizovalo návrh PCB umožňující rychlejší návrh složitých PCB, které mohly být rychle převedeny do výroby.

1990 - Dense Packaging

• Technologie povrchové montáže spolu s CAD nástroji dále podnítila miniaturizaci v 90. letech vyrábějící menší komponenty. PCB se staly hustšími a balily několik malých komponent, staly se běžnou součástí prakticky každého elektronického zařízení.

2000 - Flexibilní PCB

• Zatímco tradičně byl pro substrát PCB používán sklolaminát, 2000. léta přinesla vzestup flexibilních PCB z polymerových fólií. Ohebné PCB otevřely dveře novým formátům, jako jsou nositelná zařízení. Také se objevily tuho-flexibilní PCB, které umožňovaly flexibilitu pouze v požadovaných oblastech.

Tato neuvěřitelná inovace ve výrobě PCB během 20. století tvoří základ pro moderní průmysl elektroniky. Ale pokroky rychle pokračují i do 21. století, protože poptávka po sofistikované elektronice v průmyslových odvětvích se zintenzivňuje.

Nedávné pokroky pohánějící inovace PCB

Několik nových technologií ve výrobě PCB slibuje urychlit inovace v elektronice a propojených zařízeních v nadcházejícím desetiletí napříč sektory.

Podívejme se na některé z těchto klíčových pokroků, které formují průmysl PCB:

Materiály pro vysoké frekvence

• Pro aplikace s vysokou frekvencí, jako je 5G, WiFi 6 a mmWave zařízení, běžné materiály PCB vážně omezují elektrický výkon. Specializované materiály PCB navržené s lamináty pro vysoké frekvence snižují dielektrickou ztrátu. To umožňuje rychlejší přenos signálu, který je klíčový pro aplikace s vysokou frekvencí.

3D tisk

• Vysoce futuristická technologie 3D tisku vstupuje do prototypování PCB, což umožňuje větší flexibilitu návrhu. Tiskem vodivých a izolačních materiálů vrstva po vrstvě lze na požádání vyrábět složité trojrozměrné struktury PCB bez nákladů na nástroje.

Mikrovie v HDI PCB

• Pro výrobu složitých a kompaktních vysokohustotních propojovacích (HDI) PCB potřebných ve smartphonech a nositelných zařízeních pomáhají mikrovie propojovat více vrstev prostřednictvím malých děr. Stohování tenkých vrstev s mikrovii vyvrtanými laserem splňuje požadavek na lehká a spolehlivá mobilní zařízení.

Vestavěné pasivní/aktivní prvky

• Tradičně byly PCB a komponenty montovány společně. Ale nové techniky umožňují vestavět pasivní prvky, jako jsou rezistory a kondenzátory, do substrátu PCB, čímž se snižují požadavky na prostor. Budoucí PCB budou vestavovat kompletní IC, což výrazně zlepší elektrický výkon díky kratším vodičům.

Bezolovnatá a zelená výroba

• S rychle rostoucí nutností environmentální odpovědnosti pro udržitelnou výrobu se objevují nové techniky bezolovnatého pájení. Recyklovatelné materiály PCB, jako je biologicky rozložitelná pryskyřice, také snižují otisk odpadu.

Pokročilé testování

• Udržení kvality vyžaduje důkladné testování odhalující vady včas. Testovací metody, jako je rentgenová diagnostika, testování v obvodu (ICT) a test hranicího skenu, se stávají pokročilejšími a důkladněji kontrolují PCB před nasazením.

Aplikace AI a ML

• Složitost návrhu PCB stále více těží z AI a strojového učení, které pohání automatizaci. Optimalizace délky vodičů, prediktivní údržba systémů a analýza vad jsou některé oblasti, kde nachází nové aplikace AI.

Průmyslová odvětví poháněná inovacemi PCB

Neúprosná inovace ve výrobě PCB má hluboký dopad na zařízení a systémy napříč strategickými průmyslovými odvětvími, jako jsou spotřební elektronika, komunikace, automobilový průmysl, zdravotnictví a letectví, které jsou závislé na elektronice.

Zde jsou některé příklady pokroků v PCB, které transformují tato odvětví:

Spotřební elektronika

• Flexibilní PCB ve skládacích smartphonech

• HDI PCB balící hustou funkcionalitu v nositelných zařízeních

• Materiály PCB s vyšší šířkou pásma ve WiFi routerech

Komunikace

• Materiály PCB s nízkou ztrátou pro 5G NR

• HDI PCB v síťové infrastruktuře

• Řízení teploty s PCB s těžkou mědí

Automobilový průmysl

• Automobilové PCB odolávají vibracím, nárazům

• Flexibilita PCB při snižování velikosti elektroniky

• Přenos signálu na krátkou vzdálenost pro systémy ADAS

Letectví a obrana

• Tuho-flexibilní PCB vydrží extrémní teplotní výkyvy

• Kontrola PCB zajišťuje nulové vady v navigaci

• Odolné desky vydrží mechanický stres

Napříč sektory jsou pokroky v PCB v jádru technologické inovace, umožňují zvýšenou funkcionalitu, spolehlivost a konektivitu v elektronických zařízeních.

Jak umělá inteligence, internet věcí, průmysl 4.0 a další technologie příští generace pokračují v rychlém vývoji v nadcházejícím desetiletí, kriticky budou záviset na paralelních inovacích ve výrobě PCB, které odemknou jejich skutečný potenciál.

Budoucnost PCB

Výroba PCB urazila dlouhou cestu, dramaticky se vyvíjela od manuálního zapojování po automatizované technologie řízené AI, slibující extrémní přesnost a zlepšení výkonu.

S elektronikou stávající se všudypřítomnou napříč aplikacemi, PCB budou dále posouvat hranice zahrnující nové materiály jako grafen, nové techniky návrhu jako interaktivní 3D modelování a nové výrobní metody jako inkoustový tisk, vše zaměřené na neúnavné hledání rychlejších, menších a chytřejších systémů.

Jako integrální, ale často přehlížený základ, budou pokroky v PCB katalyzovat technologickou inovaci napříč strategickými sektory a pohánět budoucnost elektroniky v nadcházejícím desetiletí a dále.

Přidejte se mezi klienty, kteří nám důvěřují