Công Nghệ Tiên Tiến: Chúng Tôi Khám Phá Xu Hướng Công Nghệ Đang Cách Mạng Hóa Ngành Công Nghiệp PCB

Các Yếu Tố Chính Định Hình Tương Lai của Ngành Công Nghiệp PCB:

• Công nghệ tiên tiến tiếp tục tạo ra cơ hội tăng trưởng mới
• Sự tiến bộ trong điện tử tiêu dùng thúc đẩy sự phức tạp trong PCB
• Quá trình mini hóa thiết bị điện tử tiếp tục diễn ra
• Cải thiện bảo dưỡng dự đoán với sự sử dụng của AI
• Ứng dụng rộng rãi của PCB trong ngành ô tô

PCB phức tạp nhưng nhỏ gọn, nhiều lớp ngày nay đã đi xa so với thiết kế và chức năng ban đầu của chúng, được phát minh vào đầu thế kỷ và được Paul Eisler cấp bằng sáng chế vào năm 1943. Kể từ đó, các quy trình sản xuất và phần mềm thiết kế tinh vi hơn cũng đã tạo ra hiệu quả sản xuất cao hơn và giảm chi phí. Ví dụ, chỉ một thập kỷ trước, HDI, FPGAs, và microvias chỉ dành riêng cho những thiết kế đắt giá nhất, nhưng ngày nay chúng dễ dàng tiếp cận được trên toàn cầu.

Ở trung tâm của trò chơi đổi mới điện tử, ngành công nghiệp PCB phải theo kịp tốc độ thay đổi, trưởng thành và phát triển để đáp ứng với công nghệ phụ thuộc vào PCB khi chúng tiến bộ và nhu cầu của người tiêu dùng thay đổi. Khi người tiêu dùng đòi hỏi thiết bị nhanh hơn, mỏng hơn và cả cá nhân lẫn các ngành công nghiệp tìm kiếm chức năng tinh tế hơn, các nhà thiết kế PCB hàng đầu đang chịu áp lực lớn để theo kịp. Chỉ một ví dụ là việc truyền dẫn tần số cao cần thiết cho 5G hiện nay đã yêu cầu sử dụng PCB tín hiệu hỗn hợp phức tạp, có thể rất khó để bố trí mà không có công cụ thiết kế PCB đúng đắn PCB design tools.

Hãy cùng nhìn sâu hơn vào công nghệ, và các xu hướng, làm thay đổi ngành công nghiệp PCB.

Xu Hướng Thúc Đẩy Xu Hướng: AI, IoT và Kết Nối 5G

Thị trường IoT toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 399,41 tỷ USD năm 2022 lên 1057,55 tỷ USD vào năm 2027.

AI hợp nhất, kết nối 5G, và Internet vạn vật (IoT) đã là động lực cho sự thay đổi, thúc đẩy tăng trưởng và tiến bộ trong sản xuất PCB.

Với khả năng truy cập tốc độ mạng lên đến 20 Gbps, 5G dự kiến sẽ chạy nhanh hơn gấp mười lần so với mạng LTE hiện tại và nhanh hơn 20 lần so với 4G với độ trễ thấp (chỉ một millisecond, cơ bản là cung cấp thời gian thực), và độ tin cậy cao lên đến 99,9999 phần trăm. Điều này ảnh hưởng lớn đến hoạt động của các thiết bị IoT bằng cách cho phép các thiết bị của mọi loại, bao gồm cảm biến và máy móc, giao tiếp và chia sẻ dữ liệu nhanh hơn bao giờ hết, làm thay đổi cách chúng ta sống và, đặc biệt nhất, cách chúng ta làm việc.

Nơi mà Wi-Fi không đáp ứng được trong quá khứ, 5G làm cho giao tiếp quan trọng thời gian thực trở nên khả thi, trở thành một điểm khác biệt trong sản xuất và là điều kiện tiên quyết cần thiết cho các nhà máy thông minh của tương lai.

Tuy nhiên, khi các hệ thống 5G được triển khai trên toàn cầu, khả năng tốc độ cao của nó tiếp tục đặt ra thách thức khi thiết kế và sản xuất các bảng mạch PCB. Để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu, ví dụ, các nhà thiết kế phải xem xét các yếu tố như chiều rộng, độ dài đường dẫn, định tuyến, kết thúc và che chắn. Một vấn đề khác, nhiễu điện từ, có thể được giảm bớt thông qua việc lọc, che chắn, nối đất và bố trí.

Để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng 5G và đạt được mật độ mạch cao với tổn thất tín hiệu thấp, thay vì phương pháp khắc chìm truyền thống, các nhà sản xuất PCB đang sử dụng kỹ thuật quy trình bán thêm cải tiến (MSAP). Trong kỹ thuật này, ở những nơi không có photoresist, một lớp đồng mỏng được áp dụng lên lớp cách điện. Sử dụng kỹ thuật ảnh khắc để đạt được khắc chính xác cao với tổn thất tín hiệu ít, đồng giữa các dẫn điện được loại bỏ.

Sự Mini hóa và Những Tiến Bộ Khác Trong Điện Tử Tiêu Dùng

Sự phổ biến của PCB trong cuộc sống cá nhân của chúng ta vẫn tiếp tục khi người tiêu dùng ngày càng bắt đầu tích hợp các công nghệ mới vào cuộc sống hàng ngày của họ, bây giờ có thể theo dõi và điều khiển các công việc hàng ngày như bật đèn hoặc thiết lập điều hòa ở nhiệt độ mát mẻ 78 độ Fahrenheit thông qua một lệnh giọng nói đơn giản.

Từ đồng hồ thông minh theo dõi mọi thứ từ bước chân đến lượng calo tiêu thụ đến các thiết bị thông minh điều khiển đèn phòng khách, nhu cầu về điện tử tiêu dùng đã tăng vọt, thúc đẩy sự tiến bộ công nghệ trong mọi thứ từ máy chơi game, điện thoại thông minh và nhà thông minh đến Thiết bị Thực tế Ảo (VR) và Thực tế Tăng cường (AR).

Để đáp ứng nhu cầu do xu hướng mini hóa và kích hoạt chức năng như đo nhịp tim nghỉ trên đồng hồ thông minh, các nhà sản xuất PCB đang nâng cao chức năng và khả năng thông qua việc sử dụng các vật liệu tiên tiến trong bảng mạch như polyme tinh thể lỏng, đồng phủ resin và sợi thủy tinh.

AI cho Bảo dưỡng Dự đoán Cải thiện

Mặc dù việc sử dụng AI để kiểm soát chất lượng và sản xuất nghiêm ngặt hơn đã khá phổ biến trong các ngành khác từ một thời gian nay, nhưng nó vẫn còn khá hiếm trong sản xuất PCB. AI có thể giúp cải thiện sản lượng và chất lượng sản phẩm, thiết kế mạch và sản xuất nhanh hơn và đồng nhất hơn so với các phương pháp truyền thống.

Hệ thống Kiểm tra Quang học Tự động Nâng cao dựa trên Trí tuệ Nhân tạo (AOI) với ML có thể được sử dụng để phát hiện các lỗi như thiếu linh kiện và mối hàn bị hỏng, giảm báo động giả và trì hoãn dây chuyền sản xuất bằng cách chụp ảnh 2D/3D và sử dụng thuật toán nhận dạng mẫu để so sánh ảnh chụp với một điểm tham chiếu đã cho.

Bằng cách phát hiện lỗi nhanh chóng hơn, hệ thống AOI có thể giúp cải thiện hiệu quả dây chuyền sản xuất, cảnh báo cho người vận hành về các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng trở thành vấn đề thực sự, tăng tốc quá trình sửa chữa và do đó giảm chi phí sản xuất tổng thể.

Với sự hỗ trợ của AI, máy hàn có thể rất hiệu quả trong việc hàn các mạch tích hợp khoảng cách chân rất nhỏ, một quá trình quan trọng trong sản xuất các thành phần điện tử nhỏ nơi một đầu phun nhiệt độ cao rất được sử dụng để hàn các thành phần điện tử nhỏ vào bảng mạch.

Lượng lớn dữ liệu thu thập bởi các hệ thống dựa trên AI trong quá trình hoạt động nên được tận dụng triệt để, đánh giá kỹ lưỡng để xác định các khu vực cần cải thiện, và sản xuất PCB một cách hiệu quả và đáng tin cậy hơn. Để cải thiện bảo dưỡng dự đoán trong quá trình sản xuất PCB, các cảm biến thông minh có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu quan trọng, sau đó phân tích để xác định các khu vực trong quy trình dễ phạm lỗi hơn, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của dây chuyền lắp ráp và tránh được những tổn thất tiềm ẩn.

Lượng lớn dữ liệu thu thập bởi các hệ thống dựa trên AI trong quá trình hoạt động nên được tận dụng triệt để và đánh giá kỹ lưỡng để xác định các khu vực cần cải thiện, tối ưu hóa hoạt động, và sản xuất PCB một cách hiệu quả và đáng tin cậy hơn. 

Để cải thiện bảo dưỡng dự đoán trong quá trình sản xuất PCB, các cảm biến thông minh có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu quan trọng, sau đó phân tích để xác định các khu vực trong quy trình dễ phạm lỗi hơn, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động của dây chuyền lắp ráp và tránh được những tổn thất tiềm ẩn.

Ứng dụng rộng rãi của PCB trong lĩnh vực ô tô

Dự kiến sẽ tăng trưởng với CAGR 7.7% từ năm 2023 đến 2031, quy mô thị trường PCB ô tô toàn cầu đạt 13.2 tỷ USD vào năm 2022 và dự kiến sẽ đạt giá trị 25.6 tỷ USD vào năm 2031.

Theo báo cáo của Transparency Market Research, nhu cầu thị trường tăng cho các loại ô tô thế hệ mới và việc áp dụng Mobility 4.0 ngày càng tăng được dự đoán sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành công nghiệp PCB ô tô. Mục tiêu của Mobility 4.0 là phát triển các hệ thống giao thông thông minh, hiệu quả và bền vững với việc sử dụng các công nghệ tiên tiến như IoT và AI đã nêu, cũng như xe tự lái.

Người tiêu dùng muốn có các lựa chọn giao thông hiệu quả, thực tế có thể cá nhân hóa, các tính năng do các loại ô tô thế hệ mới cung cấp. Để thúc đẩy thị trường, hỗ trợ bảo vệ môi trường và giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chính phủ đang khuyến khích việc áp dụng xe điện và xe hybrid thông qua các ưu đãi và trợ cấp.

In 3D của PCB

Trong mười năm qua, công nghệ in 3D đã phát triển từ phương tiện để tạo mẫu sang một kỹ thuật cho phép sản xuất hàng loạt, hiện được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả sản xuất PCB. In 3D sử dụng công nghệ sản xuất cộng thêm để xây dựng các vật thể. Các lớp nền có thể được in từng lớp một bằng mực lỏng, sau đó thêm vào các bộ phận chứa chức năng điện tử. Quy trình này có thể được sử dụng để tạo ra các bảng mạch PCB với các tính năng và khả năng độc đáo trước đây không thể thực hiện được thông qua các quy trình thông thường.

Khi in 3D giảm thiểu lỗi của con người, giảm lượng phế liệu và loại bỏ nhu cầu về khuôn mẫu, dụng cụ và thiết bị đắt tiền, đây là cách tuyệt vời để giảm chi phí, giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu quả trong khi tạo điều kiện cho thiết kế tùy chỉnh.

Lợi ích bổ sung khác bao gồm:

• Nguyên mẫu nhanh và thử nghiệm, cho phép tăng tốc độ sản xuất bảng mạch và tạo điều kiện cho việc tùy chỉnh và sản xuất theo yêu cầu.
• Trong việc thiết kế bảng mạch PCB, in 3D cung cấp nhiều không gian cho sự sáng tạo và linh hoạt, cho phép tạo ra các hình dạng và cấu trúc phức tạp và tạo điều kiện cho việc kết hợp nhiều thành phần và chức năng vào một bảng mạch PCB duy nhất.
• In 3D giúp giảm thiểu dấu chân môi trường của việc sản xuất PCB, cho phép sử dụng các vật liệu sinh học hoặc tái chế và giảm lượng hóa chất và chất độc hại so với sản xuất PCB truyền thống.

PCB Sinh học

Để giúp giảm thiểu tác động của PCB đối với hành tinh của chúng ta, các nhà sản xuất phải hợp tác làm việc để thúc đẩy các phương pháp bền vững, giảm chất thải điện tử không phân hủy và giảm thiểu chất độc hại trong môi trường.

Sự phụ thuộc của ngành vào silicon đã thúc đẩy các nhà sản xuất PCB tìm kiếm các lựa chọn bền vững hơn, thúc đẩy xu hướng về PCB sinh học hoặc phân hủy sinh học. PCB sinh học tránh sử dụng các vật liệu không phân hủy sinh học như hóa chất, kim loại và nhựa và do đó, có thể phân hủy tự nhiên khi tiếp xúc với các điều kiện thuận lợi như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hoặc vi sinh vật.

Không chỉ là PCB sinh học thân thiện với môi trường hơn, giảm tiêu thụ năng lượng và tài nguyên tự nhiên thông qua việc sử dụng các vật liệu tái tạo và tái chế, mà chúng còn giảm chi phí thông qua việc sử dụng các vật liệu rẻ hơn, phong phú hơn. Một số thành phần có thể được sử dụng trong PCB sinh học và phần phân hủy sinh học bao gồm các bio-composite không chứa hóa chất được làm từ sợi cellulose tự nhiên chiết xuất từ chất thải nông nghiệp và sản phẩm phụ như gluten lúa mì, thân chuối hoặc lông gà.

Nguồn Năng Lượng Tái Tạo

Năng lượng tái tạo sẽ sản xuất 35% điện toàn cầu vào năm 2025: Báo cáo Thị trường Điện của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) Báo cáo Thị trường Điện 2023.

Xu hướng bền vững đằng sau việc chuyển sang PCB sinh học thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành khi sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch ngày càng lớn, ảnh hưởng đến môi trường của chúng ta và buộc phải ưu tiên nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Điều này đã dẫn đến nhu cầu tăng cao đối với PCB được sử dụng trong các nguồn năng lượng tái tạo như hệ thống điều khiển tuabin gió, bộ biến tần năng lượng mặt trời và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Nhu cầu về các loại PCB ngày càng phức tạp hơn sẽ tiếp tục tăng lên. Những gì được coi là công nghệ tiên tiến ngày nay sẽ nhanh chóng trở nên phổ biến vào ngày mai. Để theo kịp với xu hướng dự báo, các nhà sản xuất hàng đầu cần phải chuẩn bị và định vị bản thân để hỗ trợ cấu trúc lớn hơn và sử dụng các loại vật liệu khác nhau. Điều này có thể dẫn đến yêu cầu về nguyên liệu mới, nâng cấp dây chuyền sản xuất, máy móc mới và, tất nhiên, phải phối hợp với các đối tác phù hợp.