進化する技術：PCB業界を革命する技術トレンドを見てみましょう

PCB業界の未来を形作る主要因子:

• 進歩する技術が新たな成長機会を刺激し続ける
• 消費者電子機器の進歩がPCBの複雑さを高める
• 電子機器の継続的な小型化
• AIの使用による予測保全の改善
• 自動車セクターでのPCBの応用範囲の拡大

今日の複雑でありながら小さな多層PCBは、20世紀の変わり目に発明され、1943年にポール・アイスラーによって特許を取得した元々の設計と機能から大きく進化してきました。それ以来、より洗練された製造プロセスと設計ソフトウェアも、生産の効率化とコストの削減を可能にしました。例えば、わずか10年前には、HDI、FPGA、マイクロビアは最高価格の設計に限定されていましたが、今日では世界中で容易にアクセスできるようになっています。

電子技術革新の中核として、PCB業界は変化のペースに追いつき、PCB依存技術が進化し、消費者の需要が変化するにつれて成熟し、発展していかなければなりません。消費者がより速く、よりスリムなデバイスを求め、個人と産業の両方が洗練された機能性を求める中、先導的なPCBデザイナーは激しいプレッシャーの下にあります。一つの例として、5Gに必要な高周波伝送が、適切なPCB設計ツールなしでは非常に配置が難しい複雑な混合信号PCBの使用を必要としています。

PCB業界を革命的に変える技術とトレンドをもっと深く見てみましょう。

トレンドを牽引するトレンド: AI、IoT、および5G接続

グローバルIoT市場は、2022年の399.41億ドルから2027年には1057.55億ドルに上昇すると予想されます。

統合されたAI、5G接続、およびインターネット・オブ・シングス（IoT）は変化の原動力となり、PCB製造の成長と進歩を促進しています。

最大20Gbpsのネットワーク速度へのアクセスを提供する5Gは、現在のLTEネットワークよりも10倍速く、4Gよりも20倍速く動作し、低遅延（実質的にリアルタイムの1ミリ秒）と最大99.9999パーセントの高い信頼性を実現します。これは、センサーや機械を含むあらゆる種類のガジェットがこれまで以上に迅速に通信し、データを共有することを可能にし、私たちが生活し、特に働く方法を根本的に変えます。

過去にWi-Fiが不足していたところ、5Gはリアルタイムの重要な通信を可能にし、未来のスマート工場にとって製造上の差別化要因および必須条件となります。

しかし、世界中で5Gシステムが展開されるにつれて、その高速性能はPCBボードの設計と製造において依然として課題を提起しています。例えば、信号の整合性を確保するためには、設計者は幅、トレースの長さ、ルーティング、終端、およびシールドなどの要因を考慮しなければなりません。もう一つの問題である電磁干渉は、フィルタリング、シールド、グラウンディング、レイアウトを通じて軽減することができます。

5Gアプリケーションのニーズに応え、高い回路密度と低い信号損失を実現するために、PCB製造業者は従来の減算エッチング手法の代わりに、改良された半加算プロセス（MSAP）技術を使用しています。この技術では、フォトレジストが存在しない場所に薄い銅層がラミネートに適用されます。高精度のエッチングを光リソグラフィーで実現し、導体間の銅を除去することで、信号強度の損失を少なくします。

消費者電子機器の小型化とその他の進歩

私たちの個人的な生活におけるPCBの普及は、消費者が新しい技術を日常生活にますます取り入れ始めるにつれて続いています。今では、照明のオンオフやエアコンを快適な華氏78度に設定するなど、日常のタスクを単純な音声コマンドで監視・制御しています。

スマートウォッチがあなたの歩数からカロリー摂取量までを監視することから、リビングルームの照明を制御するスマートデバイスまで、消費者電子機器への需要が急増しており、ゲームコンソール、スマートフォン、スマートホームからバーチャルリアリティ（VR）および拡張現実（AR）デバイスに至るまで、あらゆるものの技術進歩を推進しています。

小型化に向けたトレンドやスマートウォッチ上での安静時心拍数のような機能を可能にするために、PCB製造業者は液晶ポリマー、樹脂コーティング銅、ガラス繊維などの先進材料を回路基板に使用することで機能性と能力を向上させています。

改善された予測保全のためのAI

AIを利用してより厳格な品質と生産管理を行うことは、他のセクターではしばらく前からかなり一般的になっていますが、PCB製造ではまだそれほど一般的ではありません。AIは、従来の方法よりも迅速かつ一貫して回路を設計し、製造することで、出力と製品品質を向上させるのに役立ちます。

人工知能ベースの高度な自動光学検査（AOI）システムにMLを使用することで、欠落したコンポーネントや壊れたはんだ接合などの欠陥を検出し、2D/3D画像をキャプチャしてキャプチャされた画像を与えられた基準点と比較するパターン認識アルゴリズムを使用することで、誤報と生産ラインの遅延を減らすことができます。

AOIシステムは、欠陥をより迅速に検出することで、製造ラインの効率を向上させ、潜在的な問題を実際の問題になる前にオペレーターに警告し、再作業を加速させ、それによって全体の生産コストを削減するのに役立ちます。

AIの支援を受けて、はんだ付け機は微細ピッチの集積回路（IC）をはんだ付けする際に非常に効率的であり、非常に高温のノズルを使用して小さな電子部品をボードにはんだ付けする製造プロセスにおいて重要なプロセスです。

AI駆動システムによって運用全体で収集される膨大なデータは、その全利点を活用し、改善のための領域を慎重に評価し、より効果的かつ信頼性の高いPCBを生産するために利用されるべきです。PCB製造プロセスにおける予測保全を改善するために、スマートセンサーを使用して重要なデータをキャプチャし、その後分析してエラーが発生しやすいプロセスの領域を特定し、組立ラインのダウンタイムを減らし、潜在的な損失を避けるのに役立ちます。

運用全体でAI駆動システムによって収集される膨大なデータは、その全利点を活用し、慎重に評価して改善のための領域を特定し、運用を最適化し、より効果的かつ信頼性の高いPCBを生産するために利用されるべきです。

PCB製造プロセスにおける予測保全を改善するために、スマートセンサーを使用して重要なデータをキャプチャし、その後分析してエラーが発生しやすいプロセスの領域を特定し、組立ラインのダウンタイムを減らし、潜在的な損失を避けるのに役立ちます。

自動車セクターにおけるPCBの応用範囲の拡大

2023年から2031年の間に年平均成長率（CAGR）7.7%で成長すると予測されている世界の自動車PCB市場は、2022年には132億ドルの規模であり、2031年には256億ドルに達すると見込まれています。

Transparency Market Researchによると、次世代自動車への市場需要の増加とモビリティ4.0の採用の拡大が、自動車PCB産業の成長を促進すると予想されます。モビリティ4.0の目的は、前述のIoTやAI、自動運転車などの最先端技術を使用して、スマートで効率的で持続可能な交通システムを開発することです。

消費者は、次世代自動車が提供する個別化可能な効果的で実用的な交通オプションを求めています。さらに市場を刺激するために、政府は電気自動車やハイブリッド車の採用を促進するインセンティブや補助金を通じて、持続可能性の促進と化石燃料の削減を支援しています。

PCBの3Dプリンティング

過去10年間で、3Dプリンティング技術はプロトタイピング手段から、多くの産業、PCB製造を含む、大量生産に利用される技術へと成熟しました。3Dプリンティングは、加算製造を使用してオブジェクトを構築します。基板は液体インクで層ごとに印刷され、その後電気機能を含む部品に追加されます。このプロセスは、従来のプロセスでは不可能だったユニークな特徴と機能を持つPCBボードを製造するために使用することができます。

3Dプリンティングは人為的なエラーを減らし、廃棄物を削減し、高価な型や工具、設備が不要になるため、コストを下げ、エネルギー消費を減らし、効率を向上させる素晴らしい方法です。また、カスタマイズされたデザインを可能にします。 その他の追加の利点には以下が含まれます：

• 迅速なプロトタイピングとテストを可能にし、基板の生産を加速させ、オンデマンドでのカスタマイズと製造を可能にします。
• PCB基板の設計において、3Dプリンティングはより多くの創造性と柔軟性を提供し、複雑な形状や構造を可能にし、単一のPCB基板上に複数のコンポーネントと機能を組み込むことを可能にします。
• 3Dプリンティングは、生分解性またはリサイクル可能な材料の使用を可能にし、従来のPCB製造に比べて有害化学物質や物質の量を減らすことで、PCB生産の環境への影響を最小限に抑えるのに役立ちます。

生分解性PCB

PCBが私たちの惑星に与える影響を最小限に抑えるためには、メーカーは持続可能な方法を推進し、非分解性電子廃棄物を減らし、環境中の有害物質を最小限に抑えるために協力して取り組む必要があります。

シリコンへの依存が高まる中、PCBメーカーはより持続可能な代替品を見つけるために努力しており、有機または生分解性PCBへの関心が高まっています。生分解性PCBは、化学物質、金属、プラスチックなどの非生分解性材料を使用せず、熱、湿気、光、微生物などの適切な条件にさらされると自然に分解することができます。

生分解性PCBは、再生可能でリサイクル可能な材料の使用を通じてエネルギーと天然資源の消費を削減するだけでなく、より安価で豊富な材料の使用によりコストを削減することで、より環境に優しいものです。生分解性および部分的に生分解性のPCBに使用される可能性のあるコンポーネントには、農業廃棄物や副産物から抽出された天然セルロース繊維から作られた化学物質不使用のバイオコンポジットなどがあります。

再生可能エネルギー源

再生可能エネルギーは2025年までに世界の電力の35%を生産するでしょう：国際エネルギー機関（IEA）の電力市場報告書2023。

生分解性PCBへの移行を後押しする持続可能性のトレンドは、化石燃料への依存がますます大きくなるにつれて、環境への影響が進行し、再生可能エネルギー源の研究開発の優先順位付けを強いるため、さらなる業界の成長を促進します。これにより、風力タービン制御システム、太陽光発電インバーター、エネルギー貯蔵システムなど、再生可能エネルギー源に使用されるPCBの需要が増加しています。

より高度な複雑性を持つPCBの需要は、今後も拡大し続けるでしょう。今日、最先端技術と考えられているものが、明日には当たり前のものになるでしょう。予測されるトレンドに追いつくためには、主要メーカーは、より大きな構造と異なる材料の使用をサポートするために、自らを整え、位置づける必要があります。これには、新しい原材料の要件、生産ラインのアップグレード、新しい機械、そしてもちろん、適切なパートナーとの連携が求められるかもしれません。