終端設備尺寸不斷減小以滿足用戶對便攜性的需求,但板級功能日趨復雜,而且高速信號應用越來越多,以致PCB空間越來越擁擠,上述電子產品多個發展方向都需要PCB小型化。縮小PCB尺寸,或者說提高PCB“集成度”的方法,通常可以細分為如下三種:增加層數,減小線寬線距及孔徑直徑,以及采用新型材料。
PCB(印刷電路板)已經成為亞太主導的產業,尤其是中國公司。
根據國際電子工業聯接協會(IPC)數據顯示,2017年大中華地區PCB產能占全球63.6%(其中大陸地區占比為52.7%),如果加上韓日,東亞地區占全球PCB產能超過80%。
PCB在歐美漸成夕陽產業,總體呈下降趨勢,但有一家總部在美國的PCB公司近年來卻一直專心耕耘PCB行業,而且勢頭良好,不僅以銷售額論位居全球三甲,而且2018年增長超過10%,銷售額超過28億美元,并在電子產業全行業預期悲觀的時候表示,2019年公司仍然期望實現正增長。
來自美國的PCB廠商
這家公司就是總部在美國的迅達科技(TTM Technologies, 簡稱TTM )。在2019國際智能制造生態鏈峰會上,迅達科技首席執行官湯姆·艾德曼(Tom Edman)發表主旨演講,并在會后接受探索科技(TechSugar)獨家專訪,向讀者講述他所理解的PCB產業。
迅達科技首席執行官湯姆·艾德曼(Tom Edman)
艾德曼告訴探索科技(TechSugar),雖然全球約60%產能都在中國,但PCB產業仍然是全球性行業,PCB客戶的需求并不只是生產,而是從設計、出樣到量產的全方位的支持。迅達科技雖然是美國公司,但全球布局,在北美和亞太有生產基地,客戶可以就近選擇生產基地。
艾德曼認為,相比競爭對手,迅達科技有三大優勢。首先是技術完整性,他說:“全球很難找到像TTM這樣提供一站式服務的PCB公司,無論是超高層硬板、軟硬結合板,還是軟板,以及高密度互連硬板,包括射頻板和PCB基板,我們都能提供。”
其次,持續在PCB領域經營積累的對PCB技術理解力,有助于幫助迅達科技客戶的工程師解決技術難題。“我們的應用工程師能力極強,可以在設計開始階段就助力客戶。”
最后,就是全球布局。迅達科技提供最靈活的供應鏈配置供客戶選擇,客戶可以在迅達科技的美國工廠出樣,最后到其中國工廠量產。“無論是技術,還是供應鏈,以及組織效率,我們都能滿足客戶的需求。”艾德曼表示,即便是美國公司,迅達科技在PCB行業仍然極具競爭力。
PCB技術發展趨勢
雖然不具備成本優勢,但迅達科技在PCB的高附加值市場表現優異,在通信、國防軍工、汽車、醫療及工業等應用市場尤其出色。根據PCB市場調研機構Prismark的數據,在通信PCB市場,2017年迅達科技高居榜首,而且是前五大廠商中唯一的中國廠商。
半導體領域有摩爾定律,單位面積每24個月晶體管集成數量翻倍(摩爾定律第一版翻倍時間是每12個月,在集成度發展到一定階段后調整為24個月,現在有進一步拉長的趨勢),這意味著單個晶體管尺寸縮小,芯片整體集成度提高。PCB行業對尺寸微縮的需求雖然不如半導體產業那樣極致,但也伴隨電子產業的發展不斷提出更高要求。個人計算設備從臺式機到筆記本,再進化到平板電腦和手機,設備體積以數量級的形式縮小,其中芯片集成度提高起了主導作用,但PCB尺寸縮小、布線密度提高也是重要的輔助途徑。
面對探索科技(TechSugar)的提問,艾德曼表示當前PCB技術發展有兩個主要趨勢。第一個趨勢便是一直在進行的小型化。終端設備尺寸不斷減小以滿足用戶對便攜性的需求,但板級功能日趨復雜,而且高速信號應用越來越多,以致PCB空間越來越擁擠,上述電子產品多個發展方向都需要PCB小型化。縮小PCB尺寸,或者說提高PCB“集成度”的方法,通常可以細分為如下三種:增加層數,減小線寬線距及孔徑直徑,以及采用新型材料。
“高密度互連板(HDI)上線寬線距已經小于80微米,最早應用于手機和平板,過去七八年,這種技術已經從移動設備普及到臺式機、汽車電子中的影音娛樂與攝像頭模塊,以及國防航空領域。”艾德曼指出,80微米并非極限,已經有客戶要求30微米以下的線寬線距,“為實現30微米以下的線寬線距,TTM加大了在半加成法(Modified Semi-Additive Process)與類載板(Substrate Like PCB)等技術上的投入,我對TTM開發新技術以滿足小型化需求的進度非常樂觀。”
艾德曼看重的另一個方向是板型(form factor)變化。除了傳統硬板PCB,軟板以及軟硬結合板市場需求“將持續增長,這些技術可應用在可折疊手機,以及微縮封裝上。”
軟硬結合PCB是當前市場熱點。用超薄柔性電路帶,讓多個印刷電路板組件和其他元件(如顯示、輸入或存儲器等)連接起來,無需電線、電纜或連接器。軟硬結合印刷電路板模塊中各個多層剛性電路板模塊間按需要進行連接時所需的線路,由柔性電路板作為其支撐載體。
與使用分離式線纜和連接器的標準PCB組合相比,軟硬結合板的平均無故障時間 (MTBF) 通常會更長,迅達科技此軟板及軟硬結合板廣泛應用于衛星、軍用飛機和導彈平臺、各種醫療健康設備,以及不同的科學與工業應用中。
PCB與智能制造
智能制造、工業4.0是當今的熱門話題,類似迅達科技這樣的領先廠商,自然需要思考,如何將PCB制造業帶入到流程更智能、質量可追溯、生產效率高的智能制造時代。艾德曼表示,PCB智能工廠并只是IT策略,也不只是自動化制造,PCB智能工廠要能夠實現流程控制實時可見、生產因素完全可控,能夠滿足PCB廠商及客戶對環境、技術、質量、產能、成本收益,以及數據追蹤的所有需求。
但是,傳統PCB產線向智能工廠發展時面臨很多困難。例如,傳統PCB產線設備通常不聯網,而且不同環節的供應商不一樣,設備之間互聯互通難度較大,行業內也缺乏統一的設備通信標準,生產流程可追溯性差。PCB行業的MES系統又原始粗糙,與半導體或面板制造業相比,PCB設備自動化程度低,人工操作多,再加上PCB制造毛利率比較低,所以在設備投資上捉襟見肘,要跨入工業4.0并不容易。
不過,艾德曼認為,PCB實現智能制造的趨勢不可逆轉,從業者所需要考慮的只是如何去實現。以迅達科技的視角來看,在PCB產線上實現數據采集及互連互通是第一步,一旦機器的數據被及時收集并記錄,PCB廠商就可以通過數據分析來優化生產流程,改進生產計劃,讓全流程制造實現可視化監控。
但他最后又強調,PCB制造工藝超過50步,非常復雜,因此把PCB產線升級到智能制造只能一步一步來,千萬要杜絕一蹴而就的思路。“先在局部環節實現智能制造,然后在逐步擴展,一步到位需要太多投入,也會冒更大風險,一次改進一個環節(one step at a time),這是適合PCB產業邁向智能制造的節奏。”
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原文標題:PCB技術發展兩大趨勢
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