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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 3 2020

El mundo cambiante de las PCB

En la actualidad son varias las tendencias técnicas predominantes que impulsan las aplicaciones en las que se usan las PCB. Preguntamos al Director Operativo de NCAB Group, Chris Nuttall, qué opina de esos avances y qué impacto pueden producir en el sector de las PCB.

¿Cuáles son las nuevas tecnologías que impulsan en la actualidad el mundo de las PCB?

«No se trata tanto de tecnologías específicas que impulsen el mundo de las PCB en la actualidad; va más en la línea de que hay ciertas tendencias tecnológicas claves que impulsan el sector de la electrónica y las propias aplicaciones relacionadas. Para empezar, ahora contamos con las comunicaciones móviles de quinta generación, la 5G, que es un tema frecuentemente tratado en la actualidad. Están surgiendo también otras tendencias que en cierta medida dependen del desarrollo de los sistemas 5G – estas tendencias se pueden dividir en un enfoque «centrado en las personas» que está relacionado con cómo nos afectará la tecnología, y en «espacios inteligentes» que se centra en las tendencias técnicas que influirán en el entorno vital o laboral.

Chris Nuttall, Chief Operating Officer NCAB Group

«No se trata tanto de tecnologías específicas que impulsen el mundo de las PCB en la actualidad; va más en la línea de que hay ciertas tendencias tecnológicas claves que impulsan el sector de la electrónica y las propias aplicaciones relacionadas».

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

IoT, AI y 5G son algunas de las tendencias tecnológicas  que existen actualmente

Todos hemos oído hablar de la Internet de las Cosas (IoT) y la inteligencia artificial (IA), que en combinación con las mayores velocidades de transferencia de datos disponibles a través del 5G, pueden abrir un nivel completamente nuevo de conectividad y comunicación entre los dispositivos y las cosas. Esto permite, por ejemplo, avances en productos inteligentes, como la producción inteligente o la hiperautomatización, la robótica avanzada, el desarrollo de funciones de seguridad pública para respaldar las ciudades inteligentes o el uso creciente de cosas autónomas. Estas tendencias van de la mano con la capacidad de transmitir, transferir, gestionar y procesar cantidades ingentes de datos en un corto espacio de tiempo con pocos problemas de latencia, características clave de la computación de vanguardia.

Y, por último, está el avance hacia la mejora humana que sustituye capacidades humanas como la protésica, pero más bien en el sentido de una capacidad que cambia o perfecciona las capacidades existentes. No estoy seguro de hasta qué punto exactamente somos ya testigos de esto, pero lo veremos aumentar en los próximos cinco años».

Algunas de las tendencias destacadas que conforman la base para el desarrollo de los coches autónomos

«Estas son algunas de las tendencias técnicas que creo que repercutirán más en la tecnología de las PCB en el futuro previsible. Como es de esperar, estas tendencias de alto nivel se traducirán en otras tendencias técnicas que impulsarán aplicaciones específicas en diversos sectores. Por ejemplo, en la industria automovilística algunas de las tendencias destacadas conforman la base para el desarrollo de los coches autónomos; en medicina, dirigen funciones cruciales como el procesamiento de datos y las comunicaciones en tiempo real entre especialistas que operan a nivel mundial. Tendencias similares son también muy evidentes

«Como ya comentamos en una edición anterior de InFocus, el 5G se está introduciendo ahora a una escala cada vez mayor. Si nos centramos solo en China, allí se prevé una base de usuarios de 500 millones de teléfonos, u otros dispositivos similares, para el año 2025. En Europa y los EE. UU. las cosas van algo más despacio que en Asia, pero la tendencia sin duda está aquí».

5G - one of the main technical trends that drives technology.
5G – la comunicación móvil de quinta generación, una de las principales tendencias que impulsa la tecnología.

¿En qué sentido han afectado estas situaciones cambiantes al diseño y la fabricación de PCB?

«Es la continuación de una tendencia ya establecida. Las PCB están teniendo que incorporar una cantidad mayor de capas, una mayor densidad de las funciones soportadas con pistas y huecos más pequeños y orificios de menor tamaño. En el pasado, una PCB con múltiples capas y estructura HDI de tipo 1 se solía considerar como algo revolucionario. Hoy no es raro ver estructuras HDI de diez capas. Hay soluciones que se pueden lograr con pistas y huecos en las tarjetas de tan solo 30 micras. Se tardó mucho en bajar de 100 a 75 micras y luego a 60 micras, algo que un pequeño número de fábricas de NCAB puede admitir hoy. Algunas de nuestras fábricas están poniendo en servicio nuevos equipos y estableciendo los controles del proceso y la experiencia necesarios para admitir incluso mayor densidad. Más allá de nuestras fábricas, quienes están realmente a la vanguardia de la tecnología ya están produciendo tarjetas de circuitos impresos de menos de 30 micras».

«Se pueden lograr soluciones con pistas y huecos en las tarjetas de tan solo 30 micras».

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Componentes más complejos

«A medida que componentes como los semiconductores son más frecuentes y más complejos, crecen también cada vez más los sustratos de CI que actúan como la conexión – pensemos en PCB de gran densidad más pequeñas – que se asienta entre el componente y la tarjeta de circuitos. Esos sustratos tienen una densidad muy alta y soportan la potencia y la distribución de la señal así como cierto nivel de disipación térmica. Aportan una anchura de conductor y distancias de aislamiento muy pequeñas así como tamaños de agujeros finos. Hoy los sustratos de CI se usan ya en las tarjetas de tecnología punta y son cada vez más frecuentes».

Illustration of BGA pads with small conductors.
La imagen anterior muestra conductores entre pads BGA (E/F). Los pads BGA de los componentes modernos son cada vez más pequeños y se colocan cada vez con más densidad. Esta es una de las razones por las que se tienen que usar conductores más finos y se estrechan las distancias de separación.

¿Y en qué lugar diría que se sitúan las fábricas de NCAB en cuanto a la última tecnología?

«Esto forma parte de nuestra estrategia para trabajar con las fábricas y mantener una relación lo suficientemente fuerte para que ellos compartan con nosotros hacia dónde se dirigen y cuáles son sus ideas para los próximos cinco años. Si nos centramos en nuestras fábricas más competentes desde el punto de vista técnico, ya están apuntando a estructuras mucho más complejas, algunas ya suministran sustratos de CI y otras se están acercando a soluciones de volumen en cuanto a anchuras de pista y huecos de 30 μm. Esto supone menos de la mitad de lo que están autorizados a fabricar ahora mismo. En el futuro, los niveles de densidad y complejidad seguirán aumentando de manera constante».

La necesidad de más tarjetas de circuitos impresos de mayor complejidad aumentará

«A medida que se desarrollen más y más productos como áreas parciales de las tendencias técnicas, se necesitarán también más tarjetas de circuitos impresos de mayor complejidad, y dado el ritmo de los cambios, la tecnología que hoy consideramos de vanguardia, pasará a ser mañana tecnología común. Por esta razón, nuestras fábricas más avanzadas tecnológicamente están acelerando para asegurarse de que estarán bien posicionadas para soportar estructuras más grandes y complejas, como poder construir cualquier cantidad de capas, mínimas distancias entre los centros PADS y a veces diferentes materiales. Esto exigirá que los nuevos equipos, los nuevos materiales y las líneas de producción pasen a un nuevo nivel. Por ejemplo, veremos aumentar las soluciones de obtención de imágenes directas, en perjuicio de las soluciones centradas en los procesos tradicionales de obtención imágenes mediante fotolitos».

The factories needs to be able to produce more technically advanced PCBs to match the upcoming technical trends.
Jerry Zheng, Production Quality Engineer, Factory Management, durante la visita a una fábrica. Un objetivo importante de la Gestión de fábricas de NCAB es evaluar y aprobar nuevas fábricas con las que pretendemos colaborar. Parte del proceso de evaluación implica fijarnos en los planes de desarrollo de las fábricas a lo largo de un período de entre dos y cinco años.

«Estos son tiempos apasionantes. Si prestamos atención a algunos de los equipos de fabricación clave disponibles hoy, el panorama es impresionante. Hace solo unos pocos años, habríamos pensado que estas cosas estaban aún muy lejos en el horizonte técnico, pero ya están aquí. La ley de Moore, que dice que la densidad de los microchips se duplica cada dos años, es absolutamente cierta».

¿Qué retos, aparte de los técnicos, nos aguardan en el mundo de la fabricación de PCB?

«Un importante reto para las fábricas consiste en acumular conocimientos sobre el diseño y la experiencia de fabricación a la misma velocidad que se dispone de nuevos equipos, materias primas y soluciones. Las fábricas estarán bajo la presión de tener que desarrollar estos conocimientos, al tiempo que se aseguran de equilibrar el proceso de aprendizaje con su negocio principal, de manera que se generen ingresos combinados con buenos rendimientos de su producción aquí y ahora. Los equipos de investigación y desarrollo tendrán que trabajar más rápido. Por esta razón, el proceso de evaluación de NCAB incluye mantener una estrecha supervisión de los planes de desarrollo de las fábricas en una perspectiva de dos a cinco años».

«Un importante reto para las fábricas consiste en acumular conocimientos sobre el diseño y la experiencia de fabricación a la misma velocidad que se dispone de nuevos equipos, materias primas y soluciones».

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Componentes más pequeños y complejos debido a las tendencias técnicas

«El sector de los componentes está siguiendo las mismas tendencias, buscan hacer más pequeñas las huellas de los componentes y menores distancias entre los centros de los PADS. Los proveedores de PCB tienen que ser capaces de cumplir estos requisitos cambiantes. Para satisfacer las necesidades de los clientes, las fábricas deben invertir en equipos, en materiales y en generar los conocimientos necesarios. Esto afecta a todo, la transferencia del patrón, la obtención de imágenes, la máscara de soldadura, el metalizado, el pretratamiento, el tratamiento de la superficie, etc. No basta con tener el equipo correcto, también se necesitan las materias primas y los procesos adecuados, combinados con los conocimientos necesarios, para que todo funcione bien y poder obtener un producto fiable al final.

El enfoque de NCAB es claro, no pretendemos estar a la vanguardia de la tecnología. Solamente aprobaremos dicha tecnología cuando sepamos que los procesos son estables y están demostrados para poder producir un buen producto final que satisfaga las demandas de nuestros clientes. No obstante, es necesario que sepamos dónde está el horizonte técnico y lo cerca que están las fábricas de ese punto».

Presencia también en Taiwán

«A través de la adquisición de Bare Board Group, hemos ampliado la envergadura de nuestras operaciones y con ello nuestra exposición a diferentes zonas geográficas en cuanto a la producción de tarjetas de circuitos impresos. Taiwán es el destinatario del 9 % de nuestro gasto en tarjetas de circuitos impresos. Aún estamos en las fases iniciales para llegar a conocer realmente las fábricas, pero los primeros signos indican que algunas de las capacidades que vemos en las fábricas se están sumando a los niveles tecnológicos que ofrecemos  dentro de nuestros de productos. Hay algunos signos alentadores que a medida que trabajamos en nuestros procesos de calificación y aprobación definidos, estas fábricas pueden permitir a NCAB ofrecer a nuestros clientes soluciones mejoradas tanto a nivel tecnológico como de la cadena de suministro.».

Áreas que se están desarrollando dentro de la fabricación de PCB

  • Tarjetas multicapa cada vez con más capas.
  • Tarjetas flexibles y rígidas-flexibles.
  • Estructuras HDI cada vez más complejas que emplean sustratos de CI para admitir pistas y huecos de tan solo 20-30 μm y orificios de las vías diminutos.
  • Obtención directa de imágenes en las que el patrón se imprime directamente en el material.
  • Mayor nivel de automatización en la fabricación.
  • Nuevos acabados superficiales.

¿Cómo se ve afectada la evolución del sector de las tarjetas de circuitos impresos por zonas geográficas?

«Si atendemos a las previsiones del sector, que se hicieron no obstante antes de la pandemia de covid-19, se calcula que el valor del mercado global de PCB este año sería de unos 67 000 millones de dólares en comparación con los 64 000 millones de 2019. Se estima que esta cifra alcanzará los 70-75 000 millones de dólares en 2023. Algo más de la mitad – el 52-53 % – de esta cantidad corresponde a China. Se prevé que aunque los niveles tecnológicos sigan aumentando, la producción por región permanecerá bastante constante – aproximadamente al mismo nivel – durante los próximos cuatro o cinco años».

The value of the global PCB market
«El valor del mercado global de PCB este año sería de unos 67 000 millones de dólares en comparación con los 64 000 millones de 2019. Se estima que esta cifra alcanzará los 70-75 000 millones de dólares en 2023», dice Chris Nuttall.

Las cosas se mueven cada vez más rápido en China

«El tiempo que tarda en migrar a China una nueva tecnología, desarrollada en otros mercados de Asia, Europa y los EE. UU., se reduce constantemente. Muchos de los mayores productores dentro del sector gestionan centros de I+D o tienen una fábrica de menor tamaño en Europa o los EE. UU. mientras que en China poseen una fábrica basada en volúmenes más grandes. Este enfoque es un factor clave en la aceleración de la transferencia de tecnología. Creo que pronto veremos cómo cada vez es más crucial que el desarrollo de tecnologías o productos corra a la par que el tiempo hasta la comercialización. Las cosas se mueven cada vez más rápido en China y es evidente que el gobierno está muy centrado en desarrollar las industrias del país para que puedan acercarse más a la vanguardia de la tecnología».

Las fábricas se familiarizan más con las altas tecnologías

«Si se compara con otros mercados de fabricantes de Asia, China ofrece ventajas considerables, a pesar del aumento de los costos. El sector chino de PCB presenta actualmente una ventaja, ya que cuenta con todos los ingredientes – conocimientos, experiencia, infraestructuras, materias primas, equipos, etc. Esto ayuda a mantener una brecha tecnológica entre China y otros países de bajo costo, lo que constituye un factor crucial en el panorama chino en el futuro inmediato. El otro elemento que alimenta esta tendencia es que a medida que las fábricas se familiarizan más con las altas tecnologías, pueden aumentar sus ofertas técnicas e incrementar los ingresos. Esto, a su vez, significa que pueden reservar fondos para más inversiones y desarrollo, manteniendo así el ciclo en movimiento en una dirección positiva. Quienes intentan actualizarse y coger el ritmo se encuentran con que los tiempos de ensayo y los grandes saltos tecnológicos no solo son difíciles de alcanzar, sino también muy costosos».

«El sector chino de las PCB presenta actualmente una ventaja, ya que cuenta con todos los ingredientes – conocimientos, experiencia, infraestructuras, materias primas, equipos, etc.».

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Nicho para los fabricantes de tarjetas en más países

«Los fabricantes de tarjetas específicas de otros países también tendrán su hueco. Las fábricas de países como Corea del Sur, Taiwán y Japón no solo pueden soportar sus mercados locales de un modo excelente, sino también competir con un alto grado de especialización, elevados estándares técnicos y en algunos casos tiempos de espera más cortos. Al mismo tiempo, las tarjetas menos avanzadas técnicamente se pueden fabricar a un costo competitivo en países como India, Tailandia y Malasia».

«Como la historia nos ha enseñado, en China hemos visto que el paso de baja tecnología a alta tecnología puede ocurrir con relativa rapidez, por lo que no se debería ignorar lo que ocurre en otros países ni subestimar su capacidad para crecer en tecnología y competitividad. Pero con el rápido desarrollo del que he hablado, con PCB cada vez más complejas y mayores demandas de los clientes, existe el riesgo de que la brecha sea cada vez más difícil de subsanar. Para estos países con una fabricación menos avanzada no es fácil hacer grandes cambios tecnológicos con rapidez dentro de sus industrias, por lo que creo que seguiremos viendo que esa brecha tecnológica continuará durante cierto tiempo».

Principales tendencias técnicas que impulsan el desarrollo

  • 5G – la comunicación móvil de quinta generación.
  • IoTLa Internet de las Cosas, cuando cada vez más cosas incorporan electrónica integrada y conexión a Internet, permitiéndoles comunicarse y ser controladas a través de Internet.
  • AIla Inteligencia Artificial, programas que imitan el comportamiento y el pensamiento humanos y con frecuencia pueden mejorar sus propios algoritmos mediante el aprendizaje automático.
  • Mejora humana – utilizar la tecnología para mejorar a los humanos a nivel físico (exoesqueletos vinculados a un implante cerebral) o a nivel cognitivo (la IA trabajando con los humanos para desarrollar escenarios de inteligencia)
  • Hiperautomatización – llevar la automatización robótica a un nuevo nivel empleando la IA para automatizar todos los procesos empresariales posibles, en algunos casos aportando un mayor aprendizaje, agilidad y respuestas.
  • Cosas autónomas – dispositivos físicos que pueden usar la IA para automatizar funciones y acciones (incluye desde coches a hogares, desde drones de suministro a almacenes o procesos de ensamblaje complejos).

¿Cree que la pandemia de covid-19 tendrá implicaciones a largo plazo en la producción de PCB?

«No puedo afirmar taxativamente que haya repercutido de manera significativa en la parte tecnológica de las cosas – es posible que haya ralentizado el soporte técnico local, pero sin duda no las ha parado. En todo caso, las ha intensificado, ya que el tiempo hasta la comercialización ha pasado a ser incluso más importante. En cuanto a las fábricas, hemos atravesado una fase en la que sus operaciones se ralentizaron un poco dentro de ciertas áreas, sectores y segmentos de clientes. En China y Taiwán, la enorme inversión vinculada al despliegue del 5G ha ayudado a equilibrarlo».

Las fábricas que lo hicieron bien antes de la crisis han sido capaces de hacer más negocios con los clientes existentes

«A nivel global, hemos visto que los clientes han intentado consolidar sus cadenas de suministro, por lo que no creo que las fábricas de NCAB hayan experimentado una caída importante debido a los cierres temporales en China, Europa y los EE. UU. Las fábricas que lo hicieron bien antes de la crisis han logrado hacer más negocios con los clientes existentes. Otras fábricas más pequeñas que elaboran tarjetas de circuitos impresos de gama baja o baratas han tenido que luchar cuando los tiempos de espera empezaron a acortarse y tuvieron que mantener la fábrica en funcionamiento a pesar de los cortes en la producción».

«La pandemia ha repercutido en las fábricas europeas en cuanto a que han tenido que superar las dificultades impuestas por el distanciamiento social y otras normas y restricciones implantadas para contener la propagación de la covid-19».

«Con independencia de la parte del mundo de la que hablemos, en general podemos decir que las fábricas que tenían una economía saneada y operaciones eficientes antes de la crisis son las que la están gestionando mejor y resurgirán con más fuerza una vez finalice».

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