INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2020

De 5G-netwerken zijn gearriveerd

–  welk effect heeft dit op de samenleving, de bedrijfswereld en de PCB-industrie?

MORE ARTICLES ON THIS TOPIC:

De overgang naar een nieuwe generatie mobiele communicatie, 5G, is in Azië en de Verenigde Staten al begonnen. Samsung-expert Chris Shu raadt alle bedrijven aan om goed te bekijken wat deze revolutie kan betekenen in termen van nieuwe kansen en nieuwe mogelijkheden.

Chris Shu werkte rond de millenniumwisseling aan bedrijfs- en productontwikkeling in mobiele communicatie. Als adviseur hielp hij bedrijven om hun strategieën vorm te geven bij het uitrollen van mobiele 3G-diensten in Europa. Dat leidde uiteindelijk tot een R&D-baan bij Sony Ericsson in China, gevolgd door meer advieswerk. In 2010 trad Chris Shu in dienst bij Samsung, waar hij momenteel Vice President, Head of Product Strategy is. Hij is wereldwijd verantwoordelijk voor mobiele telefoons in het lage en middensegment van het bedrijf en voor alle mobiele-telefoonproducten in China. De vijfde generatie mobiele communicatie, 5G, wordt nu wereldwijd uitgerold, waarbij dit keer een andere groep landen een voortrekkersrol in de ontwikkeling vervult.

“Volgens officiële schattingen van de Chinese overheid zal 5G in 2035 het equivalent van $2 biljoen per jaar bijdragen aan mondiale groei.”

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

“Vóór de uitrol van 3G en zelfs met 4G was er in Europa sprake van veel opwinding. Dat zie ik nu niet gebeuren. Tot dusver richtten veel mensen in Europa zich meer op de technische terminologie van 5G dan op de praktische mogelijkheden die het biedt,” aldus Chris Shu.

Dit keer gebeurt het allemaal in Azië en de Verenigde Staten. Commerciële 5G-diensten werden voor het eerst in 2019 in Zuid-Korea, China en de Verenigde Staten ingevoerd. De introductie in Japan staat voor 2020 in de planning. Wat we zien bij al deze landen is dat hun regeringen de transitie prioriteit geven. In Europa hebben veel landen leveranciers vragen gesteld over kwesties met betrekking tot nationale veiligheid, terwijl exploitanten tegelijkertijd werden afgeschrikt door hoge kosten. Tot slot zijn veel eindgebruikers tevreden met wat ze al hebben.

“Maar,” zo vervolgt hij, “bedrijven en iedereen die betrokken wil zijn bij de versnelde ontwikkeling moeten gaan kijken naar de nieuwe mogelijkheden die de technologie kan bieden en het zakelijke potentieel dat 5G kan genereren. Volgens officiële schattingen van de Chinese overheid zal 5G in 2035 het equivalent van $2 biljoen per jaar bijdragen aan mondiale groei. Het is hoog tijd dat mensen creatief en actief scenario’s gaan ontwikkelen voor hun huidige bedrijf of voor heel nieuwe zakelijke ideeën die mogelijk worden gemaakt door deze technologische verandering.”

Geschat wordt dat het aantal gebruikers tegen 2025 alleen al in China tot 500 miljoen zal oplopen, wat overeenkomt met een derde van alle gebruikers. In Europa is dat in hetzelfde jaar 200 miljoen en in de Verenigde Staten 189 miljoen. Het is natuurlijk mogelijk dat deze ontwikkeling in eerste instantie wordt vertraagd als gevolg van de coronacrisis, maar 5G zal de komende vier jaar zonder twijfel steeds vaker voorkomen. Leveranciers van netwerkapparatuur en bedrijven die betrokken zijn bij de bouw van netwerken zullen profiteren van de uitrol van alle nieuwe technologie. Er komt ook behoefte aan meer 5G-basisstations dan bij 4G het geval was, en veel plaatsen zoals winkelcentra en treinstations krijgen hun eigen interne netwerken.

5G zal alles veranderen

Belangrijker is nog dat de overgang naar 5G uitgesproker/opvallender zal zijn in vergelijking met wat we hebben meegemaakt met eerdere generatiewisselingen. We zien direct vanaf het begin een paradigmaverschuiving. Voor het eerst gaat mobiele communicatie niet meer in de eerste plaats over communicatie tussen mensen. Het gaat net zo goed­ – of meer nog – over communicatie tussen mensen en dingen, en over communicatie tussen onderling verbonden dingen. De transitie staat nog in de kinderschoenen, wat betekent dat er enorme nieuwe zakelijke kansen komen te liggen.

Waar 4G levens heeft veranderd, zal 5G de hele samenleving veranderen. Bedrijven moeten nu buiten de gebaande paden denken, zonder zich te beperken tot de huidige bedrijfsgebieden, bedrijfsmodellen of werkwijzen.

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

“Waar 4G levens heeft veranderd, zal 5G de hele samenleving veranderen. Bedrijven moeten nu buiten de gebaande paden denken, zonder zich te beperken tot de huidige bedrijfsgebieden, bedrijfsmodellen of werkwijzen,” aldus Chris Shu.

Simpel gezegd zijn er drie aspecten van 5G die bijdragen aan deze transformatie: een veel snellere overdrachtssnelheid, nieuwe mogelijkheden voor realtime besturing en de mogelijkheid om vrijwel alles op internet aan te sluiten.

“5G maakt snelheden van vele gigabits per seconde mogelijk, zonder glasvezel. Het betekent een volledige verandering van wat wij zien als snel mobiel internet en heeft alle randvoorwaarden in zich om nieuwe toepassingen te creëren in bijvoorbeeld entertainment, AR (Augmented Reality), VR (Virtual Reality), afstandsonderwijs en, niet in de laatste plaats, de gezondheidszorg,” legt Chris Shu uit.

Een voorbeeld van hoe de kijkervaring drastisch verandert, komt uit Zuid-Korea. Het bedrijf SK Telecom heeft een dienst gelanceerd waarbij kijkers zelf de camerahoeken kunnen regelen wanneer ze naar een honkbalwedstrijd kijken die is gefilmd door een groot aantal in het stadion geïnstalleerde 5G-camera’s. Andere ontwikkelingen die we kunnen verwachten, zijn virtuele vergaderingen met AR en virtuele bezoeken aan bijvoorbeeld musea met behulp van VR.

”In de zorgsector zijn veel mogelijke toepassingen te bedenken. Zo ben ik zelf betrokken bij een project om een connected ultrasone handscanner te ontwikkelen waarmee op afstand diagnoses kunnen worden gesteld. Mogelijk kunnen zelfs medische operaties op afstand worden gedaan.”

De mogelijkheden voor realtime besturing zorgen op hun beurt voor een meer geautomatiseerde maakindustrie met slimme fabrieken. Binnen het openbaar vervoer kan het de weg vrijmaken voor grote verbeteringen, zoals zelfrijdende bussen, of door de mogelijkheid voor verkeersmanagers om de werkelijke behoeften in real time te zien en het verkeer daarop aan te passen. Een ander gebied is landbouw, waar gewassen een betere oogst kunnen opleveren dankzij gegevensverzameling en de mogelijkheid om bijvoorbeeld irrigatie in real time te beheren.

“Als alles met elkaar verbonden is, betekent dat ook veranderingen op maatschappelijk vlak. Dit kan een tweesnijdend zwaard zijn. Enerzijds biedt het de mogelijkheid om een ​​veiligere samenleving op te bouwen met een efficiënter gebruik van hulpbronnen, bijvoorbeeld in de manier van reageren op noodsituaties. Bij een verkeersongeval kunnen bijvoorbeeld alle benodigde middelen automatisch naar de locatie worden geleid. Aan de andere kant kan de persoonlijke privacy worden aangetast wanneer een groot aantal camera’s en sensoren op openbare plaatsen wordt geïnstalleerd,” aldus Chris Shu.

De overgang naar 5G biedt ook verschillende kansen als het gaat om de tekorten aan middelen. Zoals de honkbalservice van SK Telecom illustreert, kunnen telecombedrijven mediadienstverleners worden of bijvoorbeeld sociale netwerken opbouwen. De mogelijkheid om nieuwe inkomstenstromen te genereren, kan de grote investeringen die die bedrijven moeten doen, rechtvaardigen.

“Als alles met elkaar verbonden is, betekent dat ook veranderingen op maatschappelijk vlak. Dit kan een tweesnijdend zwaard zijn.”

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

“Uiteraard hebben leveranciers van terminals, zoals Samsung en onze Chinese concurrenten, veel te winnen bij de transitie. Flagship-telefoons met 5G zijn al verkrijgbaar, maar het echte verschil wordt pas merkbaar als telefoons uit het middensegment op de markt komen, wat nu vertraagd is als gevolg van de coronacrisis. Veel randapparatuur, zoals adapters, gateways, enzovoort, moet ook worden vervangen. Daarnaast verdwijnt de behoefte aan wifi thuis.

Veel aspecten van de transitie zijn nog steeds onduidelijk. Als het gaat om betalingsmethoden of hoe de verschillende applicaties eruit moeten zien, is er veel ruimte voor de spelers in dit proces om hun creativiteit te tonen en toe te passen. Rond nieuwe oplossingen kunnen hele bedrijven worden opgebouwd.

“In de basis gaat het bij 5G om veel aangesloten sensoren die grote hoeveelheden data met een zeer hoge snelheid doorgeven, een platform dat dit aankan, met applicaties op het platform die op alle data kunnen reageren. Entertainment, smart homes, cloudoplossingen en gaming – op al deze gebieden zullen we veranderingen en grote investeringen zien in platforms die in de toekomst streven naar een dominante rol,” meent Chris Shu.

Op veel gebieden zullen nieuwe oplossingen en toepassingen verschijnen. Bedrijven in welke bedrijfstak dan ook, hebben veel te winnen door tijdig in te stappen bij de 5G-transitie.

“Niet alles zal tegelijk gebeuren. Sommige scenario’s zijn gemakkelijker door te voeren dan andere. In het entertainmentsegment gaan we een snelle verandering zien. Waarschijnlijk ook binnen de landbouw, terwijl de transitie naar slimme fabrieken al is begonnen. Andere dingen kosten tijd. Zo zal veel van de infrastructuur in onze samenleving moeten worden bijgewerkt en gewijzigd. Er moet ook een verandering in de denkwijze van mensen komen als we bijvoorbeeld zelfrijdende voertuigen gaan gebruiken. Als ik zou moeten raden hoe de zaken er in de toekomst uitzien, denk ik dat het misschien tien jaar duurt voordat deze veranderingen in de samenleving volledig zijn doorgevoerd,” besluit hij.

Cruciale functionaliteit in het 5G-netwerk

EMBB – Enhanced Mobile Broadband
Levert transmissiesnelheden tot 20 keer hoger dan 4G. De beleving wordt compleet anders, met bijvoorbeeld de mogelijkheid om binnen enkele seconden een speelfilm te downloaden.

EMTC – Enhanced Machine Type Communication
Ondersteunt tien keer meer verbindingen dan 4G binnen een bepaald gebied, waardoor een enorme IoT-capaciteit en veel nieuwe toepassingen mogelijk worden.

URLLC – Ultra-Reliable Low-Latency Communication
Heeft min of meer gegarandeerde responstijden van 1 ms, een tiende van de vertraging in 4G. Een voorwaarde voor operaties op afstand, zelfrijdende voertuigen en andere geavanceerde toepassingsgebieden.

Millimeter waves
In tegenstelling tot mobiele communicatie van de vorige generatie gebruikt 5G een hoger frequentiespectrum, met meer dan genoeg capaciteit. Hierdoor kunnen ook hoge transmissiesnelheden worden gehandhaafd, zelfs als de gebruiker met hoge snelheid reist.

Network Slicing
Hiermee kan een fysiek netwerk worden opgedeeld in verschillende afzonderlijke logische netwerken. Zo kan het politienetwerk volledig worden gescheiden en beveiligd, terwijl nog steeds dezelfde middelen worden gebruikt als bij het open 5G-netwerk, met dezelfde snelheid en capaciteit en geringe vertraging.

Edge computing
In plaats van één gecentraliseerde cloudlocatie, wordt de cloud verspreid. De gegevensverwerking kan dan op verschillende locaties zo dicht mogelijk bij aangesloten apparaten plaatsvinden, wat de processen voor verschillende toepassingen versnelt.

AI
Artificial intelligence, ofwel kunstmatige intelligentie, is een andere ingrijpende nieuwe ontwikkeling die op veel niveaus met 5G zal worden gecombineerd. Een eenvoudig voorbeeld is de manier waarop stemassistenten een naadloze gebruikerservaring kunnen bieden bij het schakelen tussen verschillende verbonden apparaten in huis.

Grotere vraag naar materialen en langere doorlooptijden

Welke gevolgen heeft de overstap naar 5G op de productie van printplaten? We vroegen Andy Liu, Managing Director van NCAB in Azië, naar zijn mening.

Andy Liu zegt dat, om te beginnen, de materialen die in printplaten worden gebruikt aan nieuwe eisen zullen moeten voldoen. Voor 5G-toepassingen is een veel hoger frequentiebereik nodig. Aangezien de signalen op hun weg tussen de verschillende onderdelen door de printplaat gaan, is het van belang dat de materialen dat aankunnen.

En aangezien de elektronica altijd aangesloten blijft, is het van cruciaal belang dat de printplaten de opbouw van warmte aankunnen. Met 5G gaan we een toenemend gebruik van koeltechnologie zien.

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

“De materialen die in een normale printplaat worden gebruikt, kunnen signalen aan tussen 3 en 5 GHz, maar voor een volledige 5G-functionaliteit gaat het om zo’n 25 GHz of meer. Omdat dergelijke hoogfrequente materialen moeilijk te maken zijn, is de keuze tussen leveranciers van materialen niet erg groot, waardoor de doorlooptijden langer zijn,” legt hij uit.

Daarnaast zijn voor 5G een groot aantal antennes en functiemodules voor signaaltransmissie op dezelfde printplaat nodig. Dit stelt hoge eisen aan signaalintegriteit en aan de precisie waarmee connectoren worden ingestoken. Het risico is dat verschillende signalen elkaar kunnen storen, wat veel ontwerpers van printplaten oplossen door middel van het zogenaamde ‘back-drilling’.

“Het is van cruciaal belang dat back drilling met de grootste precisie wordt uitgevoerd om de lengte van de stub zo kort mogelijk te houden. Dit proces vraagt om nog strengere normen omdat de marges tot zulke kleine proporties worden teruggebracht.

Hij denkt niet dat de printplaten over het algemeen groter zullen worden, maar wel dat er meer kleine componenten op zullen worden geplaatst. Vanwege de grote hoeveelheden gegevens die met 5G worden verzonden, zijn ook krachtigere processors nodig en dit betekent dat we vaker printplaten met een hoge dichtheid van 10 tot 20 lagen zullen zien. Dit vraagt op zijn beurt weer meer van het persproces. Op veel plaatsen zal Laser Direct Imaging (LDI)-technologie worden gebruikt, naast automatische optische inspecties (AOI), omdat de dingen zo klein worden dat je ze niet meer met het blote oog kunt zien.

“Het gaat om gatafmetingen tot 0,1 mm, waardoor mechanisch boren niet mogelijk is. Dus zal laserboren ook vaker gebruikt gaan worden. De productie van PCB’s wordt steeds verder geautomatiseerd,” aldus Andy Liu.

“En aangezien de elektronica altijd aangesloten blijft, is het van cruciaal belang dat de printplaten de opbouw van warmte aankunnen. Met 5G gaan we een toenemend gebruik van koeltechnologie zien,” voorspelt Andy Liu.

Ook voor het ontwerp van PCB’s zal 5G-technologie nieuwe uitdagingen met zich meebrengen. Ontwerpers moeten de gelaagdheid van de printplaat kunnen optimaliseren en de juiste materiaal- en indelingskeuze kunnen maken om signaalverstoring te voorkomen.

“De printplaten moeten dusdanig ontworpen worden dat in dezelfde PCB verschillende materialen en/of materiaaldiktes kunnen worden gebruikt. Daarbij moet rekening worden gehouden met wat bij volumeproductie het beste werkt. Bovendien is het belangrijk om een fabriek aan te trekken die bekend is met en voorbereid op de betreffende materialen. Mogelijk zijn meer prototype-ontwerpen en grondige tests nodig om hun concepten te beoordelen. Dit alles om de time-to-market te verkorten en kwaliteit te waarborgen,” aldus Andy Liu.

“Er is ook sprake van consolidatie in de industrie, waar kleine fabrieken door grotere spelers uit de markt zijn gedrukt. Dit proces is versneld als gevolg van de productieonderbreking in verband met het coronavirus.

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

Eén probleem dat voortvloeit uit de huidige enorme investering in 5G in China is het gebrek aan capaciteit voor de productie van meer geavanceerde PCB’s. Dit leidt tot langere productietijden.

De gevolgen van 5G-technologie voor de productie van printplaten

  • Er zijn hoogwaardigere materialen nodig die hoge frequentiesignalen kunnen verwerken.
  • Signaalintegriteit wordt nog belangrijker met veel antennes op de printplaten.
  • De behoefte aan nog grotere precisie zorgt ervoor dat productie verder geautomatiseerd wordt.
  • Printplaten met veel lagen en hoge dichtheid zullen steeds vaker voorkomen.
  • LDI- en AOI-technologieën zullen steeds vaker voorkomen.
  • Toenemend gebruik van koeltechnologie om warmteopbouw in 5G-toepassingen tegen te gaan.
  • Nieuwe behoeften van ontwerpers m.b.t. optimalisering van gelaagdheid.
  • De ontwikkeling van prototypes en grondige tests wordt belangrijk.
  • Capaciteitstekorten in productie en langere doorlooptijden als gevolg van de overgang.

“De situatie wordt nog verergerd door de inspanningen van de Chinese overheid om de economie na de coronaviruscrisis te stimuleren, onder meer door de 5G-transitie te versnellen. Een handjevol grote bedrijven dat bij dit proces betrokken is , neemt een zeer groot deel van de productiecapaciteit in beslag. Het maakt de toch al lange doorlooptijden nog langer,” aldus Andy Liu.

“Er is ook sprake van consolidatie in de industrie, waar kleine fabrieken door grotere spelers uit de markt zijn gedrukt. Dit proces is versneld als gevolg van de productieonderbreking in verband met het coronavirus,” voegt hij eraan toe.

NCAB Group heeft een brede koopkracht en gevestigde relaties met toonaangevende PCB-fabrieken. Dit vereenvoudigt de zaken in vergelijking met andere partijen die zelf kleinere bestellingen proberen te plaatsen. We zien op dit moment zelfs een trend waarbij veel van de grotere en meer geavanceerde fabrieken niet meer werken voor kleinere bestaande of nieuwe klanten.

Het geeft ons een zeker voordeel, maar we zien de doorlooptijden in de toekomst niet verbeteren, integendeel. Daarom raden we onze klanten aan om proactief te zijn en bestellingen zo vroeg mogelijk te plaatsen,” besluit Andy Liu.




Read also

Reliable PCBs – Key factor that determines the quality of the end product

The electronics industry in Europe – Yesterday, today and tomorrow