24小時(shí)聯(lián)系電話:18217114652、13661815404
中文
行業(yè)資訊
微電子設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)及其優(yōu)勢(shì)
微電子設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)及其優(yōu)勢(shì)
該微電子市場(chǎng)增長(zhǎng)快速。我們將重點(diǎn)關(guān)注微電子設(shè)計(jì)的一些優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。為了充分利用微電子領(lǐng)域，公司必須確保他們適應(yīng)微電子的局限性和優(yōu)勢(shì)。
微電子學(xué)的重要性是什么？
要充分了解微電子的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，首先必須解決推動(dòng)公司朝這個(gè)方向發(fā)展的一些因素。
可以說(shuō)，這里最大的問(wèn)題是消費(fèi)者需求。在某些方面，這是顯而易見的——想想過(guò)去 20 年手機(jī)是如何演變的，從磚塊大小的盒子到我們今天所知的纖薄設(shè)備。在筆記本電腦、平板電腦等中也可以看到相同的趨勢(shì)。在這些情況下，電子公司正在響應(yīng)消費(fèi)者對(duì)較小產(chǎn)品的需求。
認(rèn)識(shí)到可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的快速普及也在推動(dòng)微電子設(shè)備和組件的發(fā)展，這一點(diǎn)也很重要。在這些情況下，不僅僅是消費(fèi)者偏好導(dǎo)致了更小的設(shè)計(jì)。相反，一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)是，這些解決方案的存在只能歸功于微電子技術(shù)的發(fā)展和使用。公司正在接觸設(shè)計(jì)或制造公司，發(fā)現(xiàn)微電子領(lǐng)域的可能性，并立即相應(yīng)地指導(dǎo)他們的努力。
物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)將在幾年內(nèi)價(jià)值數(shù)千億美元。僅在醫(yī)療保健領(lǐng)域，醫(yī)療設(shè)備和可穿戴設(shè)備市場(chǎng)（本質(zhì)上依賴于微電子）本身就價(jià)值數(shù)十億美元。
微電子的挑戰(zhàn)
那么微電子對(duì)于PCB設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)有哪些挑戰(zhàn)呢？
隨著尺寸的縮小，電路板天生就會(huì)變得更密集。設(shè)計(jì)人員需要將更多的輸入/輸出打包到更小的空間中，并使這個(gè)焊盤陣列盡可能靠近。這里的問(wèn)題是，隨著間距變得越來(lái)越緊密，走線和空間也變得越來(lái)越緊密，這給信號(hào)可靠性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在典型的電路板上（與微型印刷電路板相反，隨著跡線變小，跡線上的信號(hào)會(huì)失去能量。這是因?yàn)橐粋€(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)，即在微觀層面上依賴減法電路板印刷方法時(shí)，很難確保信號(hào)的均勻軌跡。
這可能會(huì)給微電子本身帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題。也許最值得注意的是，較弱的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致電池壽命縮短。對(duì)于各種空間中的電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題，包括上面強(qiáng)調(diào)的所有空間。就消費(fèi)電子產(chǎn)品而言，對(duì)手機(jī)和其他手持設(shè)備的需求很明顯，它們可以盡可能長(zhǎng)時(shí)間地使用而無(wú)需充電。對(duì)于其他微電子問(wèn)題，例如物聯(lián)網(wǎng)傳感器和植入物，充電可能不可行或不可能，因?yàn)樵O(shè)備本身根本無(wú)法訪問(wèn)。在這些情況下，令人印象深刻的電池壽命是設(shè)計(jì)成功的絕對(duì)先決條件。
任何沒(méi)有完全解決增加電路板密度帶來(lái)的微電子挑戰(zhàn)的微設(shè)計(jì)都將面臨無(wú)法發(fā)揮其全部潛力的風(fēng)險(xiǎn)，或者可能無(wú)法正常工作。
電池壽命是微電子設(shè)計(jì)的主要考慮因素。
另一個(gè)不太明顯的，從某種意義上說(shuō)，這個(gè)領(lǐng)域固有的技術(shù)挑戰(zhàn)是，不斷發(fā)展的微電子市場(chǎng)正在引導(dǎo)許多公司第一次努力應(yīng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)。例如，一家健康科技公司可能會(huì)對(duì)利用微制造技術(shù)減少需要抽取的血液量進(jìn)行測(cè)試的新設(shè)備的潛力感興趣。然而，與蘋果或三星等主要電子開發(fā)商不同，這家公司不太可能擁有自己的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)開發(fā)微電子產(chǎn)品。相反，該公司將需要聯(lián)系精通微電子技術(shù)的第三方設(shè)計(jì)或制造公司。
好消息是，微電子領(lǐng)域的這些挑戰(zhàn)都不是不可克服的。
微型PCB 如何推動(dòng)微電子技術(shù)向前發(fā)展
如果您需要對(duì)未來(lái)幾十年電子市場(chǎng)將如何發(fā)展做出單一預(yù)測(cè)，那么您能做出的最安全的賭注可能是該行業(yè)正朝著微電子方向發(fā)展。畢竟，過(guò)去 20 年都是如此，而且真的沒(méi)有理由認(rèn)為不久的將來(lái)會(huì)有任何不同。如果有的話，這種趨勢(shì)可能會(huì)加速。
我們最近介紹了微電子的當(dāng)前狀態(tài)，包括該技術(shù)的一些最值得注意的應(yīng)用。我們還介紹了微電子設(shè)計(jì)的一些最值得注意的好處和挑戰(zhàn)。今天，我們將仔細(xì)研究這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)更具體的部分：微型印刷電路板。微型PCB 在使微電子設(shè)計(jì)更加高效和有效方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并開辟了以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的可能性。
克服微型PCB 挑戰(zhàn)以獲得更好的微電子
我們討論了電子產(chǎn)品尺寸的縮小如何造成嚴(yán)重的設(shè)計(jì)困難。最值得注意的是，電路板上更緊密的走線/空間會(huì)導(dǎo)致信號(hào)丟失，從而導(dǎo)致各種問(wèn)題。這包括電池壽命縮短和能源使用效率降低，這兩者都會(huì)嚴(yán)重削弱新微電子設(shè)計(jì)的價(jià)值。
此問(wèn)題的理想解決方案是使用較小的 PCB，以適應(yīng)這些縮小的尺寸，而不會(huì)隨后降低質(zhì)量。當(dāng)然，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。通常，PCB 行業(yè)向微型化的趨勢(shì)是由設(shè)備設(shè)計(jì)者和制造商的需求推動(dòng)的。但是，對(duì)于走線和空間的最小尺寸以及電路板本身，存在或至少已經(jīng)存在限制。
然而，最近微型PCB 技術(shù)的進(jìn)步使得適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變成為可能。關(guān)鍵發(fā)展：增材工藝。
加法與減法微型PCB
直到最近，3 密耳還是 PCB 走線和空間的最小寬度。問(wèn)題不在于 PCB 制造商無(wú)法生產(chǎn)低于此數(shù)量的生產(chǎn)線——而是他們無(wú)法在不犧牲一致性和準(zhǔn)確性的情況下變小。這是微電路印刷工藝減法方法的固有問(wèn)題。傳統(tǒng)方法在如此小的尺寸下并不精確，因此，線粗總是存在一定程度的不確定性。隨著電子設(shè)備和電路變得越來(lái)越小，這種精度的缺乏變得越來(lái)越成問(wèn)題，也越來(lái)越難以接受。
然而，對(duì)于基于添加劑的印刷電路板工藝，情況不再如此。與去除銅（即減法工藝）不同，加法方法是在 PCB 上添加銅。這種技術(shù)要準(zhǔn)確得多，允許制造商提供更小的跟蹤空間和更大的每英寸密度，而不會(huì)遇到上面強(qiáng)調(diào)的信號(hào)丟失問(wèn)題。這在很大程度上要?dú)w功于這樣一個(gè)事實(shí)，即附加過(guò)程可以為信號(hào)傳輸提供普遍統(tǒng)一的軌跡和空間，從而減少數(shù)據(jù)損壞。
更緊密、均勻的間距允許更大的信號(hào)強(qiáng)度。
新的微潛力
微型PCB 生產(chǎn)技術(shù)的這些進(jìn)步的最終結(jié)果是，設(shè)計(jì)人員和制造商在實(shí)現(xiàn)微電子目標(biāo)方面面臨的障礙更少。這為在眾多空間中進(jìn)行更大的創(chuàng)新創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
例如，考慮物聯(lián)網(wǎng)。在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，小尺寸是必不可少的。但與此同時(shí)，傳感器等設(shè)備需要能夠運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，而電池壽命不會(huì)成為問(wèn)題。顯然，前面提到的信號(hào)強(qiáng)度考慮因素是許多這些設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要因素。
但這還不是全部。事實(shí)是，隨著設(shè)備變得更小，生產(chǎn)成本會(huì)顯著增加。對(duì)于公司來(lái)說(shuō)，追求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的成本很快就會(huì)變得過(guò)高。
采用增材工藝的微型PCB 可以提供更高的電路板密度，在更小的空間內(nèi)安裝更多的組件。這大大減少了數(shù)量，這意味著生產(chǎn)的總成本要低得多。
現(xiàn)在，公司可以在知道微型PCB 生產(chǎn)不會(huì)成為確保其設(shè)計(jì)帶來(lái)可盈利設(shè)備的障礙的情況下尋求物聯(lián)網(wǎng)解決方案。
總而言之，微型PCB 使微電子技術(shù)的進(jìn)步更容易實(shí)現(xiàn)，并提高了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。
未來(lái)的微型PCB
未來(lái)幾年，微電子行業(yè)的所有趨勢(shì)都可能繼續(xù)，甚至加速發(fā)展，所有這些都將使微 PCB 制造對(duì)無(wú)數(shù)電子公司變得更加重要和重要。公司越早朝著這個(gè)方向發(fā)展，他們獲得的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)就越大。
即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)
物聯(lián)網(wǎng)的一大吸引力在于它可供任何人使用。技術(shù)突破僅限于大多數(shù)行業(yè)的專業(yè)人士和專家，而物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，為初創(chuàng)企業(yè)和老牌企業(yè)創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的形式多種多樣，從復(fù)雜的高密度互連板到價(jià)格實(shí)惠的 DIY 計(jì)算機(jī)（如 Raspberry Pi）。
然而，要使這一理論成為現(xiàn)實(shí)，必須解決片上系統(tǒng) (SoC) 的挑戰(zhàn)。SoC 本質(zhì)上是一個(gè)微芯片，其中所有重要的電路和部件都可以包含在單個(gè)芯片上，這具有明顯的好處。盡管具有所有優(yōu)勢(shì)，SoC 是一個(gè)極其復(fù)雜的區(qū)域。幾乎沒(méi)有可見性，設(shè)計(jì)這些極其密集的電路并不直觀或用戶友好。作為愛好者，這項(xiàng)技術(shù)不容易自學(xué)或?qū)W習(xí)，因?yàn)樗浅?fù)雜。此外，供應(yīng)商很少，而且他們傾向于與數(shù)量眾多的公司合作。
這個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)可能會(huì)阻止許多較小的公司追求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用程序，從而與物聯(lián)網(wǎng)承諾的普遍性背道而馳。畢竟，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備必須變得越來(lái)越小，需要更小的組件。
微型PCB 將在解決這個(gè)問(wèn)題中發(fā)揮重要作用。使用微型PCB，設(shè)計(jì)可以變得更小，但不會(huì)丟失可見性——每個(gè)組件都可以封裝和訪問(wèn)。這種較低的使用門檻至關(guān)重要，因?yàn)樗兄诖_保即使人員沒(méi)有豐富的微電子經(jīng)驗(yàn)的組織也能夠推進(jìn)該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，從而向更多企業(yè)開放物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng). 隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，企業(yè)進(jìn)入這一領(lǐng)域的動(dòng)力將變得更大。微型PCB 將使進(jìn)入這個(gè)空間成為可能。
另一個(gè)關(guān)鍵因素是成本。作為一般經(jīng)驗(yàn)法則，成本隨著電子產(chǎn)品尺寸的減小而增加。同樣，對(duì)于那些渴望嘗試發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)提供的潛力的公司來(lái)說(shuō)，這可能是進(jìn)入的嚴(yán)重障礙。然而，使用微型PCB，設(shè)計(jì)人員可以減少層數(shù)。增加的密度可以將成本降低 50% 或更多。顯然，這是一種極具吸引力的可能性，可能會(huì)導(dǎo)致微電子領(lǐng)域（包括但不限于物聯(lián)網(wǎng)）更多地采用微型PCB。
上面強(qiáng)調(diào)的許多要點(diǎn)也將導(dǎo)致在另一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：可穿戴設(shè)備中大量采用微型PCB。該等式的一個(gè)關(guān)鍵因素是微型PCB 能夠并且將會(huì)對(duì)可穿戴設(shè)備的電池壽命產(chǎn)生影響。
更強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度——因此更長(zhǎng)的電池壽命——是微型PCB 提供的最大優(yōu)勢(shì)之一。隨著可穿戴設(shè)備變得越來(lái)越普遍，這種好處將越來(lái)越明顯。隨著“可穿戴設(shè)備”類別擴(kuò)展到包括可植入設(shè)備，這一點(diǎn)將尤其明顯。畢竟，植入式設(shè)備將無(wú)法充電，或者至少非常難以充電，這意味著電池壽命可能是可行性與無(wú)效之間的區(qū)別。這將使微型PCB 的使用成為幾乎所有渴望在未來(lái)進(jìn)入或擴(kuò)展可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的公司的絕對(duì)必需品。
所有這些因素都清楚地表明，雖然微型PCB 已經(jīng)對(duì)微電子產(chǎn)生了影響，但這種影響在不久的將來(lái)可能會(huì)飆升。為了幫助您的公司更好地做好準(zhǔn)備，請(qǐng)務(wù)必查看我們的下一篇博文，其中包含有關(guān)微型PCB 設(shè)計(jì)的建議。