微電(diàn)子设计的挑战及其优势

2021-09-27

微電(diàn)子设计的挑战及其优势

该微電(diàn)子市场增長(cháng)快速。我们将重点关注微電(diàn)子设计的一些优势和挑战。為(wèi)了充分(fēn)利用(yòng)微電(diàn)子领域，公司必须确保他(tā)们适应微電(diàn)子的局限性和优势。

微電(diàn)子學(xué)的重要性是什么？

要充分(fēn)了解微電(diàn)子的优势和挑战，首先必须解决推动公司朝这个方向发展的一些因素。

可(kě)以说，这里最大的问题是消费者需求。在某些方面，这是显而易见的——想想过去 20 年手机是如何演变的，从砖块大小(xiǎo)的盒子到我们今天所知的纤薄设备。在筆(bǐ)记本電(diàn)脑、平板電(diàn)脑等中也可(kě)以看到相同的趋势。在这些情况下，電(diàn)子公司正在响应消费者对较小(xiǎo)产品的需求。

认识到可(kě)穿戴设备和物(wù)联网的快速普及也在推动微電(diàn)子设备和组件的发展，这一点也很(hěn)重要。在这些情况下，不仅仅是消费者偏好导致了更小(xiǎo)的设计。相反，一个简单的事实是，这些解决方案的存在只能(néng)归功于微電(diàn)子技术的发展和使用(yòng)。公司正在接触设计或制造公司，发现微電(diàn)子领域的可(kě)能(néng)性，并立即相应地指导他(tā)们的努力。

物(wù)联网市场将在几年内价值数千亿美元。仅在医疗保健领域，医疗设备和可(kě)穿戴设备市场（本质上依赖于微電(diàn)子）本身就价值数十亿美元。

微電(diàn)子的挑战

那么微電(diàn)子对于PCB设计师来说有(yǒu)哪些挑战呢(ne)？

随着尺寸的缩小(xiǎo)，電(diàn)路板天生就会变得更密集。设计人员需要将更多(duō)的输入/输出打包到更小(xiǎo)的空间中，并使这个焊盘阵列尽可(kě)能(néng)靠近。这里的问题是，随着间距变得越来越紧密，走線(xiàn)和空间也变得越来越紧密，这给信号可(kě)靠性带来了挑战。在典型的電(diàn)路板上（与微型印刷電(diàn)路板相反，随着迹線(xiàn)变小(xiǎo)，迹線(xiàn)上的信号会失去能(néng)量。这是因為(wèi)一个简单的事实，即在微观层面上依赖减法電(diàn)路板印刷方法时，很(hěn)难确保信号的均匀轨迹。

这可(kě)能(néng)会给微電(diàn)子本身带来严重的问题。也许最值得注意的是，较弱的信号强度会导致電(diàn)池寿命缩短。对于各种空间中的電(diàn)子产品来说，这是一个越来越重要的问题，包括上面强调的所有(yǒu)空间。就消费電(diàn)子产品而言，对手机和其他(tā)手持设备的需求很(hěn)明显，它们可(kě)以尽可(kě)能(néng)長(cháng)时间地使用(yòng)而无需充電(diàn)。对于其他(tā)微電(diàn)子问题，例如物(wù)联网传感器和植入物(wù)，充電(diàn)可(kě)能(néng)不可(kě)行或不可(kě)能(néng)，因為(wèi)设备本身根本无法访问。在这些情况下，令人印象深刻的電(diàn)池寿命是设计成功的绝对先决条件。

任何没有(yǒu)完全解决增加電(diàn)路板密度带来的微電(diàn)子挑战的微设计都将面临无法发挥其全部潜力的风险，或者可(kě)能(néng)无法正常工作。

電(diàn)池寿命是微電(diàn)子设计的主要考虑因素。

另一个不太明显的，从某种意义上说，这个领域固有(yǒu)的技术挑战是，不断发展的微電(diàn)子市场正在引导许多(duō)公司第一次努力应对这项技术。例如，一家健康科(kē)技公司可(kě)能(néng)会对利用(yòng)微制造技术减少需要抽取的血液量进行测试的新(xīn)设备的潜力感兴趣。然而，与苹果或三星等主要電(diàn)子开发商(shāng)不同，这家公司不太可(kě)能(néng)拥有(yǒu)自己的设计团队来开发微電(diàn)子产品。相反，该公司将需要联系精通微電(diàn)子技术的第三方设计或制造公司。

好消息是，微電(diàn)子领域的这些挑战都不是不可(kě)克服的。

微型PCB 如何推动微電(diàn)子技术向前发展

如果您需要对未来几十年電(diàn)子市场将如何发展做出单一预测，那么您能(néng)做出的最安全的赌注可(kě)能(néng)是该行业正朝着微電(diàn)子方向发展。毕竟，过去 20 年都是如此，而且真的没有(yǒu)理(lǐ)由认為(wèi)不久的将来会有(yǒu)任何不同。如果有(yǒu)的话，这种趋势可(kě)能(néng)会加速。

我们最近介绍了微電(diàn)子的当前状态，包括该技术的一些最值得注意的应用(yòng)。我们还介绍了微電(diàn)子设计的一些最值得注意的好处和挑战。今天，我们将仔细研究这个领域的一个更具體(tǐ)的部分(fēn)：微型印刷電(diàn)路板。微型PCB 在使微電(diàn)子设计更加高效和有(yǒu)效方面发挥着关键作用(yòng)，并开辟了以前无法实现的可(kě)能(néng)性。

克服微型PCB 挑战以获得更好的微電(diàn)子

我们讨论了電(diàn)子产品尺寸的缩小(xiǎo)如何造成严重的设计困难。最值得注意的是，電(diàn)路板上更紧密的走線(xiàn)/空间会导致信号丢失，从而导致各种问题。这包括電(diàn)池寿命缩短和能(néng)源使用(yòng)效率降低，这两者都会严重削弱新(xīn)微電(diàn)子设计的价值。

此问题的理(lǐ)想解决方案是使用(yòng)较小(xiǎo)的 PCB，以适应这些缩小(xiǎo)的尺寸，而不会随后降低质量。当然，说起来容易做起来难。通常，PCB 行业向微型化的趋势是由设备设计者和制造商(shāng)的需求推动的。但是，对于走線(xiàn)和空间的最小(xiǎo)尺寸以及電(diàn)路板本身，存在或至少已经存在限制。

然而，最近微型PCB 技术的进步使得适应这种转变成為(wèi)可(kě)能(néng)。关键发展：增材工艺。

加法与减法微型PCB

直到最近，3 密耳还是 PCB 走線(xiàn)和空间的最小(xiǎo)宽度。问题不在于 PCB 制造商(shāng)无法生产低于此数量的生产線(xiàn)——而是他(tā)们无法在不牺牲一致性和准确性的情况下变小(xiǎo)。这是微電(diàn)路印刷工艺减法方法的固有(yǒu)问题。传统方法在如此小(xiǎo)的尺寸下并不精确，因此，線(xiàn)粗总是存在一定程度的不确定性。随着電(diàn)子设备和電(diàn)路变得越来越小(xiǎo)，这种精度的缺乏变得越来越成问题，也越来越难以接受。

然而，对于基于添加剂的印刷電(diàn)路板工艺，情况不再如此。与去除铜（即减法工艺）不同，加法方法是在 PCB 上添加铜。这种技术要准确得多(duō)，允许制造商(shāng)提供更小(xiǎo)的跟踪空间和更大的每英寸密度，而不会遇到上面强调的信号丢失问题。这在很(hěn)大程度上要归功于这样一个事实，即附加过程可(kě)以為(wèi)信号传输提供普遍统一的轨迹和空间，从而减少数据损坏。

更紧密、均匀的间距允许更大的信号强度。

新(xīn)的微潜力

微型PCB 生产技术的这些进步的最终结果是，设计人员和制造商(shāng)在实现微電(diàn)子目标方面面临的障碍更少。这為(wèi)在众多(duō)空间中进行更大的创新(xīn)创造了机会。

例如，考虑物(wù)联网。在许多(duō)物(wù)联网应用(yòng)中，小(xiǎo)尺寸是必不可(kě)少的。但与此同时，传感器等设备需要能(néng)够运行很(hěn)長(cháng)时间，而電(diàn)池寿命不会成為(wèi)问题。显然，前面提到的信号强度考虑因素是许多(duō)这些设计中的一个主要因素。

但这还不是全部。事实是，随着设备变得更小(xiǎo)，生产成本会显着增加。对于公司来说，追求物(wù)联网设计的成本很(hěn)快就会变得过高。

采用(yòng)增材工艺的微型PCB 可(kě)以提供更高的電(diàn)路板密度，在更小(xiǎo)的空间内安装更多(duō)的组件。这大大减少了数量，这意味着生产的总成本要低得多(duō)。

现在，公司可(kě)以在知道微型PCB 生产不会成為(wèi)确保其设计带来可(kě)盈利设备的障碍的情况下寻求物(wù)联网解决方案。

总而言之，微型PCB 使微電(diàn)子技术的进步更容易实现，并提高了最终产品的质量，同时降低了生产成本。

未来的微型PCB

未来几年，微電(diàn)子行业的所有(yǒu)趋势都可(kě)能(néng)继续，甚至加速发展，所有(yǒu)这些都将使微 PCB 制造对无数電(diàn)子公司变得更加重要和重要。公司越早朝着这个方向发展，他(tā)们获得的竞争优势就越大。

即将到来的物(wù)联网趋势

物(wù)联网的一大吸引力在于它可(kě)供任何人使用(yòng)。技术突破仅限于大多(duō)数行业的专业人士和专家，而物(wù)联网创造了公平的竞争环境，為(wèi)初创企业和老牌企业创造了新(xīn)的机会。物(wù)联网应用(yòng)的形式多(duō)种多(duō)样，从复杂的高密度互连板到价格实惠的 DIY 计算机（如 Raspberry Pi）。

然而，要使这一理(lǐ)论成為(wèi)现实，必须解决片上系统 (SoC) 的挑战。SoC 本质上是一个微芯片，其中所有(yǒu)重要的電(diàn)路和部件都可(kě)以包含在单个芯片上，这具有(yǒu)明显的好处。尽管具有(yǒu)所有(yǒu)优势，SoC 是一个极其复杂的區(qū)域。几乎没有(yǒu)可(kě)见性，设计这些极其密集的電(diàn)路并不直观或用(yòng)户友好。作為(wèi)爱好者，这项技术不容易自學(xué)或學(xué)习，因為(wèi)它非常复杂。此外，供应商(shāng)很(hěn)少，而且他(tā)们倾向于与数量众多(duō)的公司合作。

这个简单的事实可(kě)能(néng)会阻止许多(duō)较小(xiǎo)的公司追求物(wù)联网设备和应用(yòng)程序，从而与物(wù)联网承诺的普遍性背道而驰。毕竟，物(wù)联网相关设备必须变得越来越小(xiǎo)，需要更小(xiǎo)的组件。

微型PCB 将在解决这个问题中发挥重要作用(yòng)。使用(yòng)微型PCB，设计可(kě)以变得更小(xiǎo)，但不会丢失可(kě)见性——每个组件都可(kě)以封装和访问。这种较低的使用(yòng)门槛至关重要，因為(wèi)它有(yǒu)助于确保即使人员没有(yǒu)丰富的微電(diàn)子经验的组织也能(néng)够推进该领域的设计，从而向更多(duō)企业开放物(wù)联网市场. 随着物(wù)联网市场的不断扩大，企业进入这一领域的动力将变得更大。微型PCB 将使进入这个空间成為(wèi)可(kě)能(néng)。

另一个关键因素是成本。作為(wèi)一般经验法则，成本随着電(diàn)子产品尺寸的减小(xiǎo)而增加。同样，对于那些渴望尝试发展中物(wù)联网市场提供的潜力的公司来说，这可(kě)能(néng)是进入的严重障碍。然而，使用(yòng)微型PCB，设计人员可(kě)以减少层数。增加的密度可(kě)以将成本降低 50% 或更多(duō)。显然，这是一种极具吸引力的可(kě)能(néng)性，可(kě)能(néng)会导致微電(diàn)子领域（包括但不限于物(wù)联网）更多(duō)地采用(yòng)微型PCB。

上面强调的许多(duō)要点也将导致在另一个关键领域：可(kě)穿戴设备中大量采用(yòng)微型PCB。该等式的一个关键因素是微型PCB 能(néng)够并且将会对可(kě)穿戴设备的電(diàn)池寿命产生影响。

更强的信号强度——因此更長(cháng)的電(diàn)池寿命——是微型PCB 提供的最大优势之一。随着可(kě)穿戴设备变得越来越普遍，这种好处将越来越明显。随着“可(kě)穿戴设备”类别扩展到包括可(kě)植入设备，这一点将尤其明显。毕竟，植入式设备将无法充電(diàn)，或者至少非常难以充電(diàn)，这意味着電(diàn)池寿命可(kě)能(néng)是可(kě)行性与无效之间的區(qū)别。这将使微型PCB 的使用(yòng)成為(wèi)几乎所有(yǒu)渴望在未来进入或扩展可(kě)穿戴设备领域的公司的绝对必需品。

所有(yǒu)这些因素都清楚地表明，虽然微型PCB 已经对微電(diàn)子产生了影响，但这种影响在不久的将来可(kě)能(néng)会飙升。為(wèi)了帮助您的公司更好地做好准备，请務(wù)必查看我们的下一篇博文(wén)，其中包含有(yǒu)关微型PCB 设计的建议。