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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 3 2020

Les PCB: un monde en mutation

Plusieurs tendances techniques prédominantes animent aujourd’hui les applications qui mettent en œuvre les PCB. Nous avons demandé à Chris Nuttall, directeur de l’exploitation de NCAB Group, comment il perçoit ces évolutions et quelles répercussions elles peuvent avoir sur l’industrie des PCB.

Quelles nouvelles technologies influent aujourd’hui sur le monde du PCB ?

« On ne peut pas parler de technologies spécifiques qui animent aujourd’hui le monde du PCB, mais plutôt de tendances technologiques clés, qui influent sur le secteur électronique et les applications qui lui sont associées. Tout d’abord, les communications mobiles de cinquième génération, la 5G, sont maintenant une réalité. D’autres tendances, qui sont plus ou moins liées au développement des systèmes 5G, émergent. On peut les classer dans deux catégories : les tendances « centrées sur les personnes », qui sont liées à la manière dont la technologie nous affectera, et les « espaces intelligents », qui mettent l’accent sur les tendances techniques influant sur l’environnement de vie ou de travail.  

Chris Nuttall, Chief Operating Officer NCAB Group

« On ne peut pas parler de technologies spécifiques qui animent aujourd’hui l’univers des PCB, mais plutôt de tendances clés qui influent sur le secteur électronique et les applications qui lui sont associées. »

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

IoT, IA et 5G, quelques-unes des tendances techniques que nous voyons

Nous avons tous entendu parler de l’internet des objets (IoT) et de l’intelligence artificielle (IA). Combinés aux taux de transfert de données accrus que permet la 5G, ils peuvent donner lieu à un degré de connectivité et de communication inédit entre les appareils et les objets. Des développements dans les produits intelligents deviennent possibles, par exemple la production intelligente ou l’hyper-automatisation, la robotique avancée, le développement de fonctions de sécurité publique pour soutenir les villes intelligentes, ainsi que l’utilisation croissante d’objets autonomes. Ces tendances vont de pair avec la caractéristique essentielle de l’edge computing que constitue la capacité de transmettre, de transférer, de gérer et de traiter d’énormes quantités de données dans un court laps de temps avec peu de problèmes de latence.

Enfin, citons également les progrès de l’augmentation humaine, par exemple la prothétique, qui vise à remplacer les capacités de l’homme, ou plutôt à les modifier et à les améliorer. Je ne connais pas exactement l’ampleur de cette tendance à l’heure actuelle, mais elle devrait progresser au cours des cinq prochaines années. »

Certaines des tendances mises en évidence constituent la base du développement des voitures autonomes

« À mon avis, ce sont là quelques-unes des tendances techniques qui auront le plus de répercussions sur la technologie des PCB dans un avenir prévisible. Ces évolutions de haut niveau se traduiront bien sûr par d’autres tendances techniques qui entraîneront elles-mêmes des applications spécifiques dans différents secteurs. » 

Par exemple, dans l’industrie automobile, certaines des tendances mises en évidence sont à la base du développement de voitures autonomes. En médecine, elles concerneront la gestion de fonctions essentielles telles que le traitement des données et les communications en temps réel entre spécialistes opérant à l’échelle mondiale. On observe très clairement des tendances similaires dans le domaine des applications militaires, qui sont à l’origine d’évolutions sur certains marchés.

« Comme nous l’avons évoqué dans un numéro précédent d’InFocus, l’introduction de la 5G est en plein essor. Rien qu’en Chine, on prévoit une base d’utilisateurs de 500 millions de téléphones ou d’autres appareils de ce type d’ici 2025. En Europe et aux États-Unis, les choses évoluent un peu plus lentement qu’en Asie, mais la tendance est bel et bien là. »

5G - la communication mobile de cinquième génération, l'une des principales tendances qui stimulent la technologie.
5G – la communication mobile de cinquième génération, l’une des principales tendances qui stimulent la technologie.

En quoi ces scénarios en évolution ont-ils affecté la conception et la fabrication des PCB ?

« C’est la poursuite d’une tendance déjà établie. Les PCB doivent intégrer un plus grand nombre de couches, ce qui augmente la densité des fonctionnalités prises en charge avec des pistes et des isolements plus petits, ainsi que des trous de plus petite taille.  Précédemment, un PCB à couches multiples et à structure HDI de type 1 était considéré comme révolutionnaire. Aujourd’hui, les structures HDI à dix couches sont assez fréquentes.  Nous observons des solutions réalisables avec des pistes et des isolements sur des cartes de seulement 30 microns. Il a fallu beaucoup de temps pour passer de 100 à 75 microns, puis à 60 microns. Un petit nombre d’usines de NCAB peuvent aujourd’hui fabriquer ces solutions.  Certaines de nos usines mettent en service de nouveaux équipements et les contrôles de processus requis pour augmenter encore la densité et elles acquièrent de l’expérience en la matière.  Ailleurs que dans notre groupe, les usines qui sont à la pointe de la technologie fabriquent déjà des circuits imprimés inférieurs à 30 microns. »

« Nous observons des solutions réalisables avec des pistes et des isolements sur des cartes de seulement 30 microns. »

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Composants plus complexes

« Alors que les composants tels que les semi-conducteurs se généralisent tout en devenant plus complexes, nous constatons également une croissance de plus en plus forte des substrats de circuit intégré servant de connexion, qui prennent la forme de PCB haute densité plus petits situés entre le composant et le circuit.  Ces substrats ont une densité très élevée et supportent la distribution de la puissance et du signal ainsi qu’un certain niveau de dissipation de chaleur.  Cela ouvre la voie à des largeurs de pistes et isolements de très petites tailles, ainsi qu’à des diamètres de trous plus petits. Aujourd’hui, les substrats de circuit intégré sont déjà utilisés dans les cartes haut de gamme et leur usage se généralise. »

Illustration of BGA pads with small conductors.
L’illustration ci-dessus montre les pistes situées entre les pastilles BGA (E / F). La taille des pastilles BGA des composants modernes ne cesse de se réduire et sont implantées de plus en plus densément. C’est l’une des raisons pour lesquelles il convient d’utiliser des pistes plus fines et de réduire les distances entre les composants.

À votre avis, comment se positionnent les usines de NCAB en ce qui concerne la technologie la plus récente ?

« Travailler avec les usines et nouer une relation suffisamment forte pour qu’elles nous fassent part de leurs orientations et de leurs réflexions sur les cinq prochaines années fait partie de notre stratégie. Nos usines, techniquement les plus compétentes, s’intéressent déjà à des structures beaucoup plus complexes. Certaines fournissent des substrats de circuit intégré et d’autres obtiennent des solutions de production de masse pour les largeurs de piste et d’isolement de 30 μm. C’est moins de la moitié de ce qu’elles sont actuellement autorisées à fabriquer. À l’avenir, ce niveau accru de densité et de complexité ne fera que s’accroître. »

Le besoin de circuits imprimés plus complexes augmentera

« À mesure qu’augmenteront les volumes de produits développés dans le cadre des nouvelles tendances techniques, le besoin de circuits imprimés plus complexes va également s’accroître. Compte-tenu du rythme du changement, cela signifie qu’une technologie considérée comme de pointe aujourd’hui deviendra standard demain. C’est pour cette raison que nos usines les plus avancées technologiquement se préparent à se positionner pour supporter une plus grande complexité, des structures plus complexes telles que des constructions anylayer, des pas plus fins et parfois des matériaux différents. Cela stimulera la demande de nouveaux équipements, de nouvelles matières premières et des lignes de production qui passeront au niveau supérieur. Par exemple, nous observerons une hausse des solutions pour l’imagerie directe par opposition aux solutions axées sur les processus traditionnels d’imagerie par outils photographiques. »

The factories needs to be able to produce more technically advanced PCBs to match the upcoming technical trends.
Jerry Zheng, ingénieur qualité production, de notre équipe Factory Management, lors d’une visite d’usine. Un domaine prioritaire pour NCAB est l’évaluation et l’approbation des nouvelles usines avec lesquelles nous envisageons de collaborer. Une partie du processus d’évaluation consiste à étudier les plans de développement des usines sur une période de deux à cinq ans.

« Nous vivons une époque fascinante.  Si l’on regarde les principaux équipements de fabrication disponibles aujourd’hui, on a peine à le croire.  Il y a seulement quelques années, on aurait pu penser devoir attendre encore longtemps ces équipements, or aujourd’hui ils sont là. La loi de Moore, selon laquelle la densité des microchips double tous les deux ans, est bel et bien en train de se réaliser. »

Quels sont les défis, autres que ceux techniques, à relever dans le domaine de la fabrication des PCB ?

« Pour les usines, un défi important tient au renforcement de leurs connaissances en matière de conception et de leur expérience de fabrication à mesure que les équipements, les matières premières et les nouvelles solutions deviennent disponibles.  Elles seront forcées d’accroître ces connaissances, tout en veillant à équilibrer le processus d’apprentissage avec leurs activités centrales afin de générer des revenus liés aux bons rendements de leur production actuelle.  Les équipes de recherche et développement devront travailler plus rapidement. C’est la raison pour laquelle le processus d’évaluation de NCAB prévoit de suivre de près les plans de développement des usines pour les deux à cinq ans à venir. »

« Pour les usines, un défi important tient au renforcement de leurs connaissances en matière de conception et de leur expérience de fabrication à mesure que les équipements, les matières premières et les nouvelles solutions deviennent disponibles. »

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Composants plus petits et plus complexes pour répondre à la tendance de la miniaturisation

« L’industrie des composants suivant des tendances similaires, les empreintes des composants, ainsi que leurs pas, se réduisent. Les fournisseurs de PCB doivent être en mesure de répondre à l’évolution des exigences.  Pour répondre aux besoins des clients, les usines doivent investir dans les équipements et les matériaux, ainsi que dans le renforcement des connaissances.  Tous les domaines sont affectés : transfert d’image, vernis épargne, métallisation, prétraitement, traitement de surface, etc. S’il faut bien sûr être doté des bons équipements, il faut également disposer des bonnes matières et des bons procédés combinés avec les connaissances appropriées pour que tout fonctionne bien et au bout du compte pour obtenir un produit fiable. 

L’approche de NCAB est claire. Nous ne visons pas à être à la pointe de la technologie. Nous n’approuvons une technologie que lorsque nous savons que les processus sont stables et qu’ils ont fait leurs preuves pour fabriquer un bon produit final qui satisfait les attentes de nos clients. Cependant, nous devons être informés des évolutions techniques et savoir à quel stade se situent nos usines par rapport à celles-ci. »

Présence également à Taiwan

« En rachetant Bare Board Group, nous avons élargi l’étendue de nos activités et donc notre présence sur différentes zones géographiques en termes de production de circuits imprimés. Taïwan représente aujourd’hui 9 % de nos dépenses en PCB et, même si nous n’en sommes qu’aux premiers stades de découverte des usines, les premiers signes montrent que certaines capacités des usines de ce pays sont d’un niveau supérieur à ce que nous avions auparavant dans notre portefeuille de produits. Beaucoup d’attentes sont liées à ce projet qui devrait permettre à NCAB d’offrir à ses clients un soutien accru dans un domaine technologique plus vaste. »

Développements en cours dans la fabrication des PCB

  • Cartes multicouches dotées d’un nombre croissant de couches.
  • Cartes flexibles et Flex/Rigides.
  • Structures HDI de plus en plus complexes utilisant des substrats de circuit intégré, afin d’obtenir des pistes et des isolements de seulement 20 à 30 μm et des trous via minuscules.
  • Imagerie directe où l’image est directement imprimée sur le matériau.
  • Degré d’automatisation plus élevé dans la fabrication.
  • Nouvelles finitions de surface.

Comment l’industrie des circuits imprimés est-elle géographiquement affectée par ce développement ?

«Si vous regardez les prévisions de l’industrie qui ont certes été faites avant la pandémie de covid-19, elles estiment que la valeur du marché mondial des PCB cette année serait d’environ 67 milliards de dollars contre 64 milliards de dollars en 2019. Ce chiffre devrait atteindre 70 à 75 milliards de dollars en 2023. La Chine en représente un peu plus de la moitié, 52 à 53%. Si les niveaux de technologie continuent d’augmenter, la production par région restera assez constante, certainement pour les quatre à cinq prochaines années.

The value of the global PCB market
« La valeur du marché mondial des PCB cette année serait d’environ 67 milliards de dollars contre 64 milliards de dollars en 2019. Ce chiffre devrait atteindre 70 à 75 milliards de dollars en 2023, » dit Chris Nuttall.

Les choses vont de plus en plus vite en Chine

« Nous constatons que le temps nécessaire pour que les nouvelles technologies, développées sur d’autres marchés en Asie, en Europe et aux États-Unis, migrent vers la Chine est en constante réduction. De nombreux grands producteurs du secteur possèdent des infrastructures de R&D ou une petite usine en Europe ou aux États-Unis, tout en disposant d’une usine plus importante en Chine. Cette approche est un facteur clé pour accélérer le transfert de technologie. Je pense que nous atteindrons bientôt une situation où les développements de technologies et de produits iront de pair, le délai de mise sur le marché devenant encore plus critique. Tout s’accélère en Chine où nous avons pu constater que le gouvernement met fortement l’accent sur le développement des industries du pays afin qu’elles soient à la pointe de la technologie. »

Les usines se familiarisent davantage avec les technologies de pointe

« Si l’on compare avec d’autres marchés manufacturiers d’Asie, la Chine présente des avantages considérables, malgré l’augmentation des coûts. L’industrie chinoise des PCB est aujourd’hui mieux placée dans la mesure où elle dispose de tous les ingrédients nécessaires : connaissances, expérience, infrastructures, matières premières, équipements, etc. Cela permet au pays de maintenir un écart technologique par rapport à d’autres pays à bas coûts. C’est là un facteur clé dans les perspectives de la Chine pour l’avenir immédiat. L’autre facteur qui stimule cette tendance est qu’à mesure que les usines se familiarisent avec les technologies de pointe, elles sont à même d’accroître leur offre technique et leur chiffre d’affaires, ce qui leur permet également mettre de côté des fonds pour de nouveaux investissements et développements, et donc de maintenir le cycle dans un sens positif. Les usines qui essaient de rattraper le retard sont confrontées à de longs délais de test et les grands sauts techniques sont non seulement difficiles à réaliser, mais aussi coûteux. »

« L’industrie chinoise des PCB est aujourd’hui mieux placée dans la mesure où elle dispose de tous les ingrédients nécessaires : connaissances, expérience, infrastructures, matières premières, équipements, etc.« 

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Fabricants de PCB de niches dans plus de pays

« Il y aura également de la place pour les fabricants de cartes de niche dans d’autres pays. Les usines présentes dans des pays telles que la Corée du Sud, Taïwan et le Japon peuvent non seulement soutenir leurs marchés locaux avec excellence, mais elles sont également aptes à rivaliser grâce à un haut degré de spécialisation, des normes techniques élevées et, parfois, des délais de livraison plus courts. Parallèlement, des cartes techniquement moins avancées peuvent être fabriquées à des coûts compétitifs dans des pays comme l’Inde, la Thaïlande et la Malaisie. »

« Si nous nous intéressons à ce que l’histoire nous a appris en Chine, nous avons vu que la transition entre la basse technologie et la haute technologie peut se faire relativement rapidement. Il faut donc s’intéresser à ce qui se passe dans d’autres pays et ne pas sous-estimer leurs capacités à progresser en matière de technologie et de compétitivité.  Mais avec le développement rapide dont j’ai parlé, et compte tenu de la complexité croissante des PCB et des exigences plus élevées de la part des clients, le risque est que le fossé soit de plus en plus difficile à combler. Il n’est pas facile pour les pays dont l’industrie manufacturière est moins avancée de faire opérer rapidement à leurs industries des mutations technologiques majeures. Je pense donc que ce fossé technologique continuera de se creuser pendant encore un certain temps. »

Les grandes tendances sont le moteur du développement

  • 5G : Communication mobile de cinquième génération.
  • IoT : Internet des objets. De plus en plus d’objets intègrent de l’électronique et une connexion Internet, ce qui leur permet de communiquer et d’être contrôlés par Internet.
  • IA : Intelligence artificielle. Programmes qui imitent le comportement et la pensée humaines et peuvent souvent améliorer leurs propres algorithmes par l’apprentissage automatique.
  • Augmentation humaine : Utilisation de la technologie pour améliorer les humains d’un point de vue physique (par exemple des exosquelettes connectés à un implant cérébral) ou sur le plan cognitif (IA travaillant avec les humains pour développer des scénarios d’intelligence).
  • Hyper-automatisation : Faire franchir une nouvelle étape à l’automatisation robotique en utilisant l’IA pour automatiser tous les processus d’entreprise possibles, parfois en améliorant l’apprentissage, l’agilité et les réponses.
  • Objets autonomes : Dispositifs physiques qui utilisent l’IA pour automatiser des fonctions et des actions (voitures, maisons, drones de livraison aux entrepôts ou processus d’assemblage complexes).

Pensez-vous que la pandémie de Covid-19 aura des répercussions à long terme sur la production de PCB ?

« Je ne peux pas dire avec certitude qu’elle a eu un impact significatif sur l’aspect technologique des choses ; elle a peut-être ralenti l’assistance technique locale, mais n’a certainement pas provoqué d’arrêt.  On peut même dire que les choses se sont intensifiées, car les délais de commercialisation sont maintenant plus importants.  Si nous observons les usines, nous avons traversé une phase où leurs activités ont légèrement ralenti dans certains domaines, secteurs et segments de clientèle. En Chine et à Taïwan, les investissements majeurs liés au déploiement de la 5G ont contribué à créer ce ralentissement. »

Les usines qui fonctionnaient bien avant la crise ont augmenté leur business avec les clients existants

« Globalement, nous avons vu que les clients ont cherché à consolider leurs chaînes d’approvisionnement. Je ne pense donc pas que les usines de NCAB aient connu une importante baisse en raison des fermetures temporaires en Chine, en Europe et aux États-Unis. Les usines qui rencontraient le succès avant la crise ont pu faire davantage d’affaires avec les clients existants. D’autres usines, plus petites, qui fabriquent des circuits imprimés bas de gamme ou bon marché, ont rencontré des difficultés lorsque les délais de fabrication ont commencé à se réduire et qu’elles ont dû rester en activité malgré les baisses de production. »

« La pandémie a eu un impact sur les usines européennes dans la mesure où elles doivent relever le défi posé par la distanciation sociale, ainsi que les autres règles et restrictions mises en œuvre pour contenir la propagation du Covid-19.

Quelle que soit la partie du monde dont nous parlons, nous pouvons généralement dire que les usines dont les finances étaient saines et qui fonctionnaient efficacement avant la crise sont celles qui tirent leur épingle du jeu. Elles en sortiront d’autant plus fortes une fois la crise terminée. »