微電(diàn)子设计的挑战及其益处

2021-04-15

微電(diàn)子设计的挑战及其益处

该微電(diàn)子市场增長(cháng)快速。我们将重点介绍微電(diàn)子设计的一些优点和挑战。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？

為(wèi)了充分(fēn)理(lǐ)解微電(diàn)子技术的好处和挑战，首先必须解决驱动公司朝着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。从某些方面看，这是显而易见的-考虑一下过去二十年来蜂窝電(diàn)话的发展情况，从砖形盒子到今天我们知道的超薄设备。在筆(bǐ)记本電(diàn)脑，平板電(diàn)脑等中可(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。

还必须认识到，可(kě)穿戴设备和物(wù)联网的迅速普及正在推动微電(diàn)子设备和组件的发展。在这些情况下，不仅仅是消费者偏爱导致更小(xiǎo)的设计。相反，很(hěn)简单的事实是，这些解决方案只能(néng)依靠微電(diàn)子技术的发展和使用(yòng)而存在。公司正在接触设计或制造工厂，发现微電(diàn)子领域的可(kě)能(néng)性，并立即做出相应的努力。

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，就其本质而言，依赖微電(diàn)子技术的医疗设备和可(kě)穿戴设备市场本身将价值数十亿美元。

微電(diàn)子學(xué)的挑战

那么微電(diàn)子學(xué)对PCB设计人员的挑战是什么？

随着尺寸的缩小(xiǎo)，電(diàn)路板本来就变得更致密。设计人员需要将更多(duō)的输入/输出打包到一个较小(xiǎo)的空间中，并使这些焊盘阵列尽可(kě)能(néng)靠近在一起。这里的问题是，随着间距变得越来越紧，走線(xiàn)和间距也越来越紧，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)路板不同（我们将在以后的博客文(wén)章中更深入地探讨这一主题）），迹線(xiàn)上的信号会随着迹線(xiàn)变小(xiǎo)而失去能(néng)量。这是由于一个简单的事实，即在微级上依靠减法電(diàn)路板印刷方法时，要确保信号的均匀走線(xiàn)是极其困难的。

这可(kě)能(néng)会给微電(diàn)子设备本身带来严重的问题。也许最值得注意的是，较弱的信号强度将导致電(diàn)池寿命缩短。对于包括广阔空间在内的各种空间中的電(diàn)子设备来说，这是一个日益重要的问题。对于消费类電(diàn)子产品，对手机和其他(tā)手持设备的需求很(hěn)明显，它们可(kě)以持续使用(yòng)很(hěn)長(cháng)时间而无需充電(diàn)。对于其他(tā)微電(diàn)子方面的问题，例如IoT传感器和植入物(wù)，充電(diàn)可(kě)能(néng)是不可(kě)行或不可(kě)能(néng)的，因為(wèi)设备本身根本无法到达。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前提。

任何无法完全解决增加電(diàn)路板密度带来的微電(diàn)子挑战的微设计都将面临无法充分(fēn)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。

这个领域固有(yǒu)的另一个不那么明显，从某种意义上讲，也是更少的技术挑战，是不断发展的微電(diàn)子市场正引领着许多(duō)公司首次尝试使用(yòng)该技术的事实。例如，一家健康技术公司可(kě)能(néng)会对利用(yòng)微细加工以减少需要抽取的血液进行测试的新(xīn)设备的潜力感兴趣。但是，与像Apple或Samsung这样的主要電(diàn)子产品开发商(shāng)不同，该公司不太可(kě)能(néng)拥有(yǒu)自己的设计团队来开发微電(diàn)子产品。相反，该公司将需要与精通微電(diàn)子技术的第三方设计或制造公司联系。

好消息是，微電(diàn)子學(xué)的这些挑战中没有(yǒu)一个是不可(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的電(diàn)子市场发展做出一个单一的预测，那么也许您可(kě)以做出的最安全的选择就是该行业正在朝着微電(diàn)子领域发展。毕竟，过去20年就是这种情况，而且实际上没有(yǒu)理(lǐ)由认為(wèi)不久的将来会有(yǒu)所不同。如果有(yǒu)的话，这种趋势可(kě)能(néng)会加速。

最近，我们介绍了微電(diàn)子技术的当前状态，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在提高微電(diàn)子设计的效率和效率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挑战以打造更好的微電(diàn)子产品

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，从而导致各种各样的问题。这包括缩短電(diàn)池寿命和降低能(néng)源使用(yòng)效率，这两者都可(kě)能(néng)严重破坏新(xīn)微電(diàn)子设计的价值。

解决此问题的理(lǐ)想解决方案是利用(yòng)较小(xiǎo)的PCB，这些PCB可(kě)以适应这些缩小(xiǎo)的尺寸，而不会导致随后的质量下降。自然，这说起来容易做起来难。通常，PCB设计行业向微型化的发展是由设备设计师和制造商(shāng)的需求推动的。但是，迹線(xiàn)和空间以及電(diàn)路板本身的最小(xiǎo)尺寸已存在（或至少已经存在）限制。

但是，近来，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：加法工艺。

加性与减性微型PCB

直到最近，PCB迹線(xiàn)和空间的最小(xiǎo)宽度仍為(wèi)3密耳。问题不在于PCB制造商(shāng)不能(néng)生产低于该数字的線(xiàn)，而是在于他(tā)们在不牺牲一致性和准确性的情况下就无法缩小(xiǎo)尺寸。这是微電(diàn)路印刷工艺的减法方法所固有(yǒu)的问题。传统方法在如此小(xiǎo)的尺寸上并不精确，因此，在線(xiàn)宽方面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)，精度的缺乏变得更加棘手，难以接受。

但是，对于基于添加剂的印刷電(diàn)路板工艺，情况已不再如此。附加方法不是去除铜（即减法），而是将铜添加到PCB中。该技术更加精确，可(kě)以使制造商(shāng)提供更小(xiǎo)的跟踪空间和更高的每英寸密度，而不会遇到上面突出显示的信号丢失问题。这在很(hěn)大程度上要归功于这样一个事实，即加法过程可(kě)以為(wèi)信号传输提供普遍统一的轨迹和空间，从而减少了数据损坏。

更紧密，均匀的间隔可(kě)提供更大的信号强度。

新(xīn)的微潜力

这些微型PCB生产技术进步的最终结果是，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)尺寸势在必行。但是，与此同时，诸如传感器之类的设备需要能(néng)够在很(hěn)長(cháng)一段时间内正常运行，而電(diàn)池寿命不会成為(wèi)问题。显然，在许多(duō)这些设计中，前面提到的信号强度考虑因素是一个主要因素。

但这还不是全部。事实上，随着设备的小(xiǎo)型化，生产成本会显着增加。对于追求物(wù)联网设计的公司而言，这可(kě)能(néng)会很(hěn)快成為(wèi)成本高昂的问题。

利用(yòng)附加工艺的微型PCB可(kě)以提供更高的電(diàn)路板密度，可(kě)以在更小(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)以在了解微PCB生产不会成為(wèi)确保其设计能(néng)够带来可(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

在未来几年中，所有(yǒu)微電(diàn)子行业的发展趋势可(kě)能(néng)会持续下去，甚至会加速发展，所有(yǒu)这些将使微PCB制造对于无数電(diàn)子公司而言变得更加重要和重要。公司越早朝这个方向发展，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)联网的吸引力很(hěn)大一部分(fēn)是任何人都可(kě)以访问。在大多(duō)数行业中，技术突破仅限于专业人士和专家的地方，物(wù)联网已经扩大了竞争环境，為(wèi)初创企业和成熟企业创造了新(xīn)的机会。从复杂的高密度互连板到价格可(kě)承受的DIY计算机（如Raspberry Pi），物(wù)联网应用(yòng)程序可(kě)以以各种形式找到。

但是，要使该理(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，所有(yǒu)重要電(diàn)路和部件都可(kě)以包含在单个芯片中，这具有(yǒu)明显的优势。SoC具有(yǒu)其所有(yǒu)优点，是一个极其复杂的區(qū)域。可(kě)见性很(hěn)小(xiǎo)，设计这些极其密集的電(diàn)路既不直观也不友好。作為(wèi)业余爱好者，这项技术非常复杂，因此不容易自學(xué)或學(xué)习。此外，供应商(shāng)很(hěn)少，他(tā)们倾向于与具有(yǒu)可(kě)靠业務(wù)量的公司合作。

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，而它们却面临着物(wù)联网承诺的普遍性。毕竟，与物(wù)联网相关的设备变得越来越小(xiǎo)，需要的组件也越来越小(xiǎo)。

微型PCB将在解决此问题中扮演重要角色。借助微型PCB，设计可(kě)以变得更小(xiǎo)，但不会损失任何可(kě)见性-每个组件都可(kě)以封装和访问。较低的使用(yòng)门槛至关重要，因為(wèi)它有(yǒu)助于确保即使人员不具备丰富的微電(diàn)子经验的组织也能(néng)够在这一领域进行设计，从而将物(wù)联网市场开放给更多(duō)的企业。 。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越来越大。微型PCB将使进入该空间成為(wèi)可(kě)能(néng)。

另一个关键因素是成本。通常，随着電(diàn)子设备尺寸的减小(xiǎo)，成本也会增加。再次，对于那些急于尝试发展中的物(wù)联网市场所提供的潜力的公司而言，这可(kě)能(néng)是进入该公司的严重障碍。但是，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，并可(kě)能(néng)导致在微電(diàn)子领域（包括但不限于物(wù)联网）中更多(duō)地采用(yòng)微型PCB。

上面强调的许多(duō)要点还将导致在另一个关键空间（可(kě)穿戴设备）中大量采用(yòng)微型PCB。该方程式的一个关键因素是微型PCB会对可(kě)穿戴设备的電(diàn)池寿命产生影响。

更高的信号强度以及更長(cháng)的電(diàn)池寿命是微型PCB提供的最大优势之一。随着可(kě)穿戴设备的普及，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，这一点将特别明显。毕竟，植入的设备将无法充電(diàn)，或者至少非常困难，很(hěn)难充電(diàn)，这意味着電(diàn)池寿命可(kě)能(néng)是生存能(néng)力与无用(yòng)能(néng)力之间的差异。对于将来渴望进入或扩展可(kě)穿戴设备领域的任何公司来说，这将使微型PCB成為(wèi)绝对必要的产品。

所有(yǒu)这些因素都清楚地表明，尽管微型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)会猛增。