첨단 기술 발전: PCB 산업을 혁신하는 기술 트렌드를 살펴봅니다

PCB 산업의 미래를 형성하는 주요 요인:

• 진보하는 기술이 새로운 성장 기회를 촉진
• 소비자 전자제품의 발전이 PCB의 복잡성을 증가시킴
• 전자 기기의 지속적인 소형화
• AI 사용으로 개선된 예측 유지보수
• 자동차 분야에서 PCB의 활용 범위 확대

오늘날의 복잡하지만 작고 다층적인 PCB는 20세기 초에 발명되고 1943년에 Paul Eisler에 의해 특허를 받은 원래의 디자인과 기능에서 크게 발전했습니다. 그 이후로, 더 정교한 제조 공정과 디자인 소프트웨어도 생산의 효율성을 높이고 비용을 낮추는 데 기여했습니다. 예를 들어, 10년 전만 해도 HDI, FPGA, 마이크로비아는 가장 비싼 디자인에만 사용되었지만, 오늘날에는 전 세계적으로 쉽게 접근할 수 있습니다.

전자 혁신 게임의 핵심에서 PCB 산업은 변화의 속도를 따라잡고, PCB에 의존하는 기술이 발전함에 따라 성숙하고 발전해야 합니다. 소비자들이 더 빠르고 얇은 기기를 요구하고 개인과 산업 모두가 정교한 기능을 찾으면서, 선도적인 PCB 디자이너들은 엄청난 압력을 받고 있습니다. 하나의 예로, 5G에 필요한 고주파 전송은 복잡한 혼합 신호 PCB의 사용을 필요로 하며, 올바른 PCB 디자인 도구 없이는 레이아웃하기 매우 어려울 수 있습니다.

PCB 산업을 혁신하는 기술과 트렌드를 좀 더 깊이 살펴봅시다.

트렌드를 주도하는 트렌드: AI, IoT, 그리고 5G 연결성

글로벌 IoT 시장은 2022년의 399.41억 달러에서 2027년까지 1057.55억 달러로 상승할 것으로 예상됩니다.

통합된 AI, 5G 연결성, 그리고 사물인터넷(IoT)은 변화를 위한 동력이 되어 PCB 제조의 성장과 발전을 촉진하고 있습니다.

최대 20Gbps의 네트워크 속도에 접근을 제공하는 5G는 현재 LTE 네트워크보다 10배 빠르고 4G보다 20배 빠르며, 낮은 지연 시간(실질적으로 실시간인 1밀리초)과 최대 99.9999 퍼센트의 높은 신뢰성을 예상합니다. 이는 센서와 기계를 포함한 모든 종류의 기기가 그 어느 때보다 빠르게 통신하고 데이터를 공유할 수 있게 함으로써 우리가 사는 방식과 특히 우리가 일하는 방식을 혁신합니다.

과거에 Wi-Fi가 부족했던 부분에서, 5G는 실시간 중요 통신을 가능하게 하여 제조 차별화 요소가 되고 미래의 스마트 공장에 필수적인 전제 조건이 됩니다.

그러나 전 세계적으로 5G 시스템이 도입됨에 따라, 그 고속 기능은 PCB 보드의 설계 및 제조 시 계속해서 도전 과제를 제시합니다. 예를 들어, 신호 무결성을 보장하기 위해 설계자들은 폭, 트레이스 길이, 라우팅, 종단, 차폐와 같은 요소들을 고려해야 합니다. 또 다른 문제인 전자기 간섭은 필터링, 차폐, 접지, 레이아웃을 통해 줄일 수 있습니다.

5G 애플리케이션의 요구 사항을 충족하고 신호 손실이 낮은 고밀도 회로를 얻기 위해, PCB 제조업체들은 전통적인 감산식 에칭 방식 대신 수정된 반가산 공정(MSAP) 기술을 사용하고 있습니다. 이 기술에서는 포토레지스트가 없는 곳에 얇은 구리층이 라미네이트에 적용됩니다. 고정밀 에칭을 위해 광리소그래피를 사용하여 도체 사이의 구리를 제거함으로써 신호 강도의 손실을 최소화합니다.

소형화 및 소비자 전자제품의 기타 신흥 발전

소비자들이 점점 더 새로운 기술을 일상 생활에 통합하기 시작함에 따라, PCB의 일상 생활에서의 만연함은 지속됩니다. 이제 간단한 음성 명령을 통해 불을 켜거나 에어컨을 78도로 설정하는 등의 일상적인 작업을 모니터링하고 제어합니다.

걸음 수부터 칼로리 섭취량까지 모니터링하는 스마트워치부터 거실의 불을 제어하는 스마트 기기에 이르기까지, 소비자 전자제품에 대한 수요가 급증하면서 게임 콘솔, 스마트폰, 스마트 홈, 가상 현실(VR) 및 증강 현실(AR) 기기 등 모든 것에서 기술 발전을 촉진하고 있습니다.

소형화 추세와 스마트워치에서 휴식 심박수와 같은 기능을 가능하게 하기 위해 수요를 충족시키기 위해, PCB 제조업체들은 액정 폴리머, 수지 코팅 구리, 유리 섬유와 같은 고급 재료를 회로 기판에 사용하여 기능성과 능력을 향상시키고 있습니다.

개선된 예측 유지보수를 위한 AI

AI를 이용한 더 엄격한 품질 및 생산 제어가 다른 분야에서는 이미 어느 정도 널리 사용되고 있지만, PCB 제조에서는 아직 다소 드문 경우입니다. AI는 전통적인 방법보다 더 빠르고 일관되게 회로를 설계하고 제조하여 출력과 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.

ML을 갖춘 인공 지능 기반 고급 자동 광학 검사(AOI) 시스템은 누락된 구성 요소와 끊어진 솔더 조인트와 같은 결함을 감지하는 데 사용될 수 있으며, 2D/3D 이미지를 캡처하고 캡처된 이미지를 주어진 참조점과 비교하는 패턴 인식 알고리즘을 사용하여 거짓 경보와 생산 라인 지연을 줄입니다.

AOI 시스템은 결함을 더 빠르게 감지함으로써 제조 라인의 효율성을 향상시키고, 잠재적 문제가 실제 문제가 되기 전에 운영자에게 경고하며, 재작업을 가속화하고, 따라서 전체 생산 비용을 줄일 수 있습니다.

AI의 도움으로, 솔더링 기계는 매우 높은 온도의 노즐을 사용하여 보드에 작은 전기 구성 요소를 솔더링하는 작은 전기 구성 요소의 제조에서 중요한 공정인 미세 피치 집적 회로(IC)를 효율적으로 솔더링할 수 있습니다.

AI 기반 시스템이 운영 과정에서 수집하는 방대한 양의 데이터는 최대한 활용되어야 하며, 개선할 영역을 식별하기 위해 신중하게 평가되어 PCB를 더 효과적이고 신뢰성 있게 생산할 수 있습니다. PCB 제작 과정에서 예측 유지보수를 개선하기 위해, 스마트 센서를 사용하여 중요한 데이터를 캡처한 다음 이를 분석하여 오류가 발생하기 쉬운 과정의 영역을 식별함으로써 조립 라인의 다운타임을 줄이고 잠재적 손실을 방지할 수 있습니다.

운영 과정에서 AI 기반 시스템이 수집하는 방대한 양의 데이터는 최대한 활용되어야 하며, 개선할 영역을 식별하고 운영을 최적화하여 PCB를 더 효과적이고 신뢰성 있게 생산하기 위해 신중하게 평가되어야 합니다.

PCB 제작 과정에서 예측 유지보수를 개선하기 위해, 스마트 센서를 사용하여 중요한 데이터를 캡처한 다음 이를 분석하여 오류가 발생하기 쉬운 과정의 영역을 식별함으로써 조립 라인의 다운타임을 줄이고 잠재적 손실을 방지할 수 있습니다.

자동차 분야에서의 PCB 활용 확대

2023년부터 2031년까지 연평균 성장률(CAGR)이 7.7%로 성장할 것으로 예상되는 글로벌 자동차 PCB 시장 규모는 2022년에 132억 달러였으며, 256억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

Transparency Market Research에 따르면, 차세대 자동차에 대한 시장 수요 증가와 Mobility 4.0의 채택 증가가 자동차 PCB 산업 성장을 촉진할 것으로 예상됩니다. Mobility 4.0의 목표는 IoT 및 AI와 같은 최첨단 기술뿐만 아니라 자율 주행 차량의 사용을 통해 스마트하고 효율적이며 지속 가능한 교통 시스템을 개발하는 것입니다.

소비자들은 개별화할 수 있는 효과적이고 실용적인 교통 옵션을 원하며, 이러한 기능은 차세대 자동차에 의해 제공됩니다. 시장을 더욱 자극하기 위해, 지속 가능성을 촉진하고 화석 연료 사용을 줄이기 위해, 정부는 인센티브와 보조금을 통해 전기 및 하이브리드 차량의 채택을 촉진하고 있습니다.

PCB의 3D 프린팅

지난 십 년 동안 3D 프린팅 기술은 프로토타이핑 수단에서 대량 생산을 위한 기술로 성숙해져 많은 산업, 특히 PCB 제조에 활용되고 있습니다. 3D 프린팅은 물체를 층층이 구축하는 첨가 제조를 사용합니다. 기판은 액체 잉크로 층별로 인쇄될 수 있으며, 그 후 전기 기능을 포함하는 부품에 추가됩니다. 이 과정은 기존 공정으로는 불가능했던 독특한 기능과 능력을 가진 PCB 보드를 만드는 데 사용될 수 있습니다.

3D 프린팅은 인간의 오류를 제한하고, 낭비를 줄이며, 비싼 금형, 도구 및 장비가 필요 없게 함으로써 비용을 낮추고, 에너지 소비를 줄이며, 효율성을 개선하는 동시에 맞춤형 디자인을 가능하게 하는 훌륭한 방법입니다.

기타 추가적인 이점으로는:

• 신속한 프로토타이핑 및 테스팅을 통해 보드의 생산 속도를 높이고, 수요에 따른 맞춤 제작 및 제조를 가능하게 합니다.
• PCB 보드 디자인에서 3D 프린팅은 더 많은 창의성과 유연성을 제공하며, 복잡한 형태와 구조를 가능하게 하고, 단일 PCB 보드에 여러 구성 요소와 기능을 통합할 수 있게 합니다.
• 3D 프린팅은 PCB 생산의 환경적 발자국을 최소화하는 데 도움을 주며, 생분해성 또는 재활용 가능한 재료 사용을 가능하게 하고, 전통적인 PCB 제조에 비해 유해 화학물질 및 물질의 양을 줄입니다.

생분해성 PCB

우리 행성에 대한 PCB의 영향을 최소화하기 위해, 제조업체들은 지속 가능한 방법을 촉진하고, 비분해성 전자 폐기물을 줄이며, 환경에서 유해 물질을 최소화하기 위해 협력적으로 작업해야 합니다.

실리콘에 대한 업계의 의존도는 PCB 제조업체들이 더 지속 가능한 대안을 찾도록 이끌었으며, 이는 유기물 또는 생분해성 PCB로의 전환을 촉진하고 있습니다. 생분해성 PCB는 화학물질, 금속, 플라스틱과 같은 비생분해성 재료의 사용을 피하므로, 열, 습기, 빛 또는 미생물과 같은 유리한 조건에 노출될 때 자연적으로 분해될 수 있습니다.

생분해성 PCB는 재생 가능하고 재활용 가능한 재료의 사용을 통해 에너지 및 자연 자원의 소비를 줄이는 것뿐만 아니라, 더 저렴하고 풍부한 재료의 사용을 통해 비용을 절감함으로써 더 친환경적입니다. 생분해성 및 부분적으로 생분해성 PCB에 사용될 수 있는 구성 요소 중 일부는 농업 폐기물 및 부산물에서 추출한 천연 셀룰로오스 섬유로 만든 화학물질이 없는 바이오-복합재료, 밀 글루텐, 바나나 줄기 또는 닭 깃털과 같은 것들이 포함됩니다.

재생 에너지 소스

재생 에너지는 2025년까지 전 세계 전기의 35%를 생산할 것입니다: 국제에너지기구(IEA)의 전기 시장 보고서 2023.

생분해성 PCB로의 이동을 뒷받침하는 지속 가능성 추세는 화석 연료에 대한 우리의 의존이 점점 커지면서 환경에 미치는 영향을 점진적으로 증가시키고, 재생 가능한 에너지 소스의 연구 및 개발 우선 순위를 강제하고 있습니다. 이는 풍력 터빈 제어 시스템, 태양광 인버터, 에너지 저장 시스템과 같은 재생 에너지 소스에 사용되는 PCB에 대한 수요 증가로 이어졌습니다.

더 높은 복잡성을 가진 PCB의 필요성은 계속해서 확대될 것입니다. 오늘날 최첨단 기술로 여겨지는 것이 내일이면 금방 일반적인 것이 됩니다. 예상되는 추세에 발맞추기 위해, 선도 제조업체들은 더 큰 구조와 다양한 재료의 사용을 지원하기 위해 자신들을 준비하고 위치를 잡아야 합니다. 이는 새로운 원자재, 업그레이드된 생산 라인, 새로운 기계, 그리고 물론 올바른 파트너와의 조화를 필요로 할 수 있습니다.