前沿技术：我们探讨正在革新PCB行业的技术趋势

塑造PCB行业未来的关键因素：

• 不断进步的技术持续推动新的增长机会
• 消费电子产品的进步推动PCB复杂性增加
• 电子设备的持续微型化
• 利用AI改善预测性维护
• PCB在汽车行业的应用日益广泛

今天的复杂而微小的多层PCB已经从上世纪初的原始设计和功能走了很长的路，1943年由Paul Eisler发明并获得专利。从那时起，更加精细的制造过程和设计软件也使得生产效率更高，成本更低。例如，仅仅十年前，HDI、FPGA和微通孔还是仅限于最高价设计的专属技术，而今天它们已经在全球范围内轻松可得。

作为电子创新游戏的核心，PCB行业必须跟上变化的步伐，随着依赖PCB的技术进步和消费者需求的变化而成熟和发展。随着消费者追求更快、更薄的设备，以及个人和行业寻求更精细的功能，领先的PCB设计师面临着巨大的压力。一个例子是，5G所需的高频传输现在需要使用复杂的混合信号PCB，如果没有正确的PCB设计工具，这些PCB的布局将非常困难。

让我们更深入地了解正在革新PCB行业的技术和趋势。

推动趋势的趋势：AI、物联网和5G连接

全球物联网市场预计将从2022年的399.41亿美元增长到2027年的1057.55亿美元。

融合的AI、5G连接和物联网(IoT)已成为变革的动力，推动PCB制造的增长和进步。

5G提供高达20Gbps的网络速度，预计将比当前的LTE网络快十倍，比4G快20倍，具有低延迟（基本上实现实时的一毫秒）和高可靠性（高达99.9999%）。这极大地影响了IoT设备的操作，使各种设备，包括传感器和机器，能够比以往任何时候都更快地通信和共享数据，彻底改变了我们的生活方式，尤其是我们的工作方式。

在过去Wi-Fi无法满足的地方，5G使得实时关键通信成为可能，成为制造业的差异化因素和智能工厂未来的必要前提。

然而，随着5G系统在全球的推广，其高速能力在设计和制造PCB板时继续构成挑战。例如，为了确保信号完整性，设计师必须考虑宽度、走线长度、布线、终端处理和屏蔽等因素。另一个问题，电磁干扰，可以通过滤波、屏蔽、接地和布局来减少。

为了满足5G应用的需求并获得高电路密度和低信号损失，PCB制造商正在使用改良的半加法工艺（MSAP）技术，而不是传统的减法蚀刻方法。在这种技术中，不覆盖光刻胶的地方，会在层压板上应用一层薄铜。利用光刻技术实现高精度蚀刻，几乎不损失信号强度，导体之间的铜被去除。

消费电子产品中的微型化和其他新兴进展

随着消费者越来越多地将新技术融入日常生活，例如通过简单的语音命令打开灯或将空调设置为凉爽的78华氏度，PCB在我们个人生活中的普遍性持续存在。

从监测你的步数到卡路里摄入量的智能手表，到控制客厅灯光的智能设备，消费电子产品的需求激增，推动了从游戏机、智能手机和智能家居到虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备等一切技术的进步。

为了满足向微型化趋势和像智能手表上的静息心率等功能的需求，PCB制造商通过使用先进材料如液晶聚合物、树脂涂覆铜和玻璃纤维等在电路板中增强功能和能力。

AI用于改进预测性维护

尽管在其他行业中利用AI进行更严格的质量和生产控制已经相当普遍一段时间了，但在PCB制造中仍然有些不常见。AI可以帮助提高产量和产品质量，设计电路和制造比传统方法更快、更一致。

基于人工智能的高级自动光学检查（AOI）系统配合机器学习可以用来检测缺陷，如缺失的组件和断裂的焊点，通过捕获2D/3D图像并使用模式识别算法将捕获的图像与给定的参考点进行比较，减少误报和生产线延迟。

通过更快地检测故障，AOI系统可以帮助提高生产线效率，提前警告操作员潜在问题，加快返工速度，从而降低总体生产成本。

在AI的协助下，焊接机在焊接细间距集成电路（ICs）时可以非常高效，这是制造小型电子组件中的一个关键过程，其中使用非常高温的喷嘴将微小的电子组件焊接到板上。

通过 AI 驱动的系统在整个操作过程中收集的大量数据应该被充分利用，仔细评估以识别改进的领域，并更有效、更可靠地生产 PCB。为了改善 PCB 制造过程中的预测性维护，可以使用智能传感器来捕获重要数据，然后分析这些数据以识别过程中更容易出错的区域，帮助减少装配线的停机时间并避免潜在的损失。

通过 AI 驱动的系统在整个操作过程中收集的大量数据应该被充分利用并仔细评估，以识别改进的领域，优化操作，并更有效、更可靠地生产 PCB。

为了改善 PCB 制造过程中的预测性维护，可以使用智能传感器来捕获重要数据，然后分析这些数据以识别过程中更容易出错的区域，帮助减少装配线的停机时间并避免潜在的损失。

汽车行业中 PCB 的广泛应用

预计在 2023 年到 2031 年之间，全球汽车 PCB 市场的复合年增长率为 7.7%，2022 年市场规模为 132 亿美元，预计到 2031 年将达到 256 亿美元。

根据透明市场研究报告，对下一代汽车的市场需求增加以及对移动性 4.0 的日益采用预计将推动汽车 PCB 行业的增长。移动性 4.0 的目标是利用前沿技术如前述的物联网和 AI 以及自动驾驶车辆，开发智能、高效和可持续的交通系统。

消费者希望有能够个性化的有效、实用的交通选项，这些都是下一代汽车提供的特点。为了促进可持续性和减少化石燃料的使用，政府通过激励和补贴促进电动车和混合动力车的采用，进一步刺激了市场。

PCB 的 3D 打印

在过去的十年中，3D 打印技术已从原型制作手段成熟为一种可以用于大规模生产的技术，现在在包括 PCB 制造在内的许多行业中得到应用。3D 打印使用增材制造技术构建对象。可以逐层打印基板上的液态墨水，然后在包含电气功能的部件上添加。这个过程可以用来制造具有通过传统过程无法实现的独特特性和能力的 PCB 板。

3D打印限制了人为错误，减少了浪费，并且消除了对昂贵模具、工具和设备的需求，这是降低成本、减少能源消耗并提高效率的绝佳方式，同时还能实现定制化设计。

其他附加好处包括：

• 快速原型制作和测试，加速了电路板的生产，并实现了按需定制和制造。
• 在设计PCB板时，3D打印提供了更多的创造性和灵活性空间，允许制作复杂的形状和结构，并能够在单个PCB板上整合多个组件和功能。
• 3D打印有助于最小化PCB生产的环境足迹，允许使用可生物降解或可回收材料，并减少与传统PCB制造相比的有害化学品和物质的使用量。

可生物降解的PCB

为了帮助最小化PCB对我们星球的影响，制造商必须协作推广可持续方法，减少不可降解的电子垃圾，并在环境中最小化有害物质的使用。

行业对硅的依赖促使PCB制造商寻找更可持续的替代品，推动了向有机或可生物降解PCB的转变。可生物降解PCB避免了使用非生物降解材料，如化学品、金属和塑料，因此，当暴露于适宜条件如热、湿度、光或微生物时，可以自然分解。

可生物降解PCB不仅更环保，通过使用可再生和可回收材料减少了能源和自然资源的消耗，而且还通过使用更便宜、更丰富的材料降低了成本。一些可能用于可生物降解和部分可生物降解PCB的组件包括无化学品的生物复合材料，这些材料由从农业废弃物和副产品中提取的天然纤维素纤维制成，如小麦谷蛋白、香蕉茎或鸡羽毛。

可再生能源

到2025年，可再生能源将产生全球35%的电力：国际能源署（IEA）2023年电力市场报告。

向可生物降解PCB转移背后的可持续性趋势进一步推动了行业增长，因为我们对化石燃料的依赖日益增加，逐渐影响我们的环境，并迫使人们优先考虑研究和开发可再生能源。这导致了对用于可再生能源的PCB的需求增加，如风力涡轮机控制系统、太阳能逆变器和能量存储系统。

对越来越复杂的PCB的需求将继续扩大。今天被认为是尖端技术的东西，很快就会变得司空见惯。为了跟上预测的趋势，领先的制造商必须做好准备，定位自己以支持更大的结构和使用不同的材料。这可能会导致对新原材料的需求、生产线的升级、新机器的需求，当然，还需要与合适的合作伙伴对齐。