Er zijn op dit moment een aantal belangrijke technische trends gaande die van invloed zijn op de manier waarop printplaten worden gebruikt. We vroegen Chris Nuttall, Chief Operating Officer van de NCAB Group, hoe hij deze ontwikkelingen ziet en welke impact ze kunnen hebben op de printplaatsector.
Welke nieuwe technologieën spelen er momenteel in de printplaatindustrie?
“Er zijn geen specifieke technologieën die vandaag de dag van invloed zijn op de printplaatindustrie. Het gaat meer om bepaalde belangrijke technologische trends in de elektronica-industrie en de daaraan gerelateerde toepassingen. Om te beginnen hebben we nu mobiele communicatie van de vijfde generatie, 5G, waar momenteel veel over te doen is. Andere opkomende trends zijn enigszins afhankelijk van de ontwikkeling van 5G-systemen. Deze trends kunnen worden opgesplitst in ‘mensgericht’, dus gerelateerd aan hoe technologie ons zal beïnvloeden, en in ‘slimme ruimtes’, die zich richten op technische trends die invloed hebben op de leef- of werkomgeving.
“Er zijn geen specifieke technologieën die vandaag de dag van invloed zijn op de printplaatindustrie. “
Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group
IoT, AI en 5G een aantal trends die we zien
We hebben allemaal wel gehoord over het Internet of Things (IoT) en kunstmatige intelligentie (artificial intelligence, of AI), die in combinatie met de hogere snelheden voor gegevensoverdracht die via 5G beschikbaar zijn, een geheel nieuw niveau van connectiviteit en communicatie tussen apparaten en dingen mogelijk maken. Dit maakt bijvoorbeeld ontwikkelingen in slimme producten mogelijk, zoals slimme productie of hyperautomatisering, geavanceerde robotica, de ontwikkeling van publieke veiligheidsfuncties ter ondersteuning van slimme steden, en het toenemende gebruik van autonome apparaten. Deze trends gaan hand in hand met de mogelijkheid om binnen korte tijd en met weinig latentieproblemen enorme hoeveelheden gegevens te verzenden, over te dragen, te beheren en verwerken – belangrijke kenmerken van edge computing.
En ten slotte is er menselijke augmentatie, waarmee fysieke capaciteiten kunnen worden vervangen door bijvoorbeeld protheses om zo die capaciteiten te veranderen of te verbeteren. Ik weet niet precies hoeveel we daar nu al van zien, maar de komende vijf jaar zal het zeker toenemen.”
Een aantal trends uitgelicht voor de ontwikkeling van zelfrijdende auto’s
“Dit zijn een paar van de technische trends waarvan ik denk dat ze in de nabije toekomst de grootste invloed zullen hebben op printplaattechnologie. Dergelijke trends op hoog niveau zullen zich uiteraard vertalen in andere technische trends en zelf ook weer specifieke toepassingen in diverse industrieën in gang zetten.”
“In de auto-industrie bijvoorbeeld vormen een aantal van de genoemde trends de basis voor de ontwikkeling van zelfrijdende auto’s. In de geneeskunde sturen ze kritieke functies aan, zoals gegevensverwerking en real-time communicatie tussen specialisten die wereldwijd actief zijn. Soortgelijke trends zijn ook duidelijk zichtbaar in militaire toepassingen die van invloed zijn op ontwikkelingen in bepaalde markten.”
“Zoals we in een eerdere editie van blog post al hebben aangestipt, wordt 5G nu op steeds grotere schaal geïntroduceerd. Alleen in China al verwachten ze in 2025 een gebruikersbestand van zo’n 500 miljoen telefoons of soortgelijke apparaten. In Europa en de VS gaat het wat langzamer dan in Azië, maar de trend bestaat zeker.”
Hoe beïnvloeden deze veranderende scenario’s het ontwerp en de productie van printplaten?
“Het is de voortzetting van een trend die al gaande is. Printplaten moeten uit meer lagen bestaan, waardoor de dichtheid van functies toeneemt, ondersteund door kleinere track & gap en kleinere gaten. Vroeger werd een printplaat met meerdere lagen en een type 1 HDI-structuur al als grensverleggend beschouwd. Tegenwoordig zijn zelfs tienlaagse structuren niet ongebruikelijk. We zien oplossingen die haalbaar zijn met track en gap op platen van slechts 30 micron. Het heeft lang geduurd om van 100 micron naar 75 micron te gaan, en verder terug naar 60 micron, wat een klein aantal fabrieken van NCAB nu kan produceren. Een aantal van onze fabrieken neemt nieuwe apparatuur in gebruik en bouwt aan procesbesturing en ervaring om een nog hogere dichtheid mogelijk te maken. De echte koplopers onder onze concurrenten produceren zelfs al printplaten van minder dan 30 micron.”
“We zien oplossingen die haalbaar zijn met track en gap op platen van slechts 30 micron.”
Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group
Kleinere en meer complexe componenten
“Naarmate onderdelen zoals halfgeleiders steeds gangbaarder maar ook complexer worden, zien we ook steeds meer groei in IC-substraten die als verbinding fungeren. Denk bijvoorbeeld aan kleinere high density printplaten die tussen het component en de circuit board zitten. Deze geïntegreerde circuits hebben een zeer hoge dichtheid en ondersteunen stroom- en signaalverdeling en een zekere mate van warmteafvoer. Dit biedt ruimte voor zeer kleine geleiderbreedtes en isolatie-afstanden, en voor kleine gatafmetingen. IC-substraten worden al gebruikt in de duurdere printplaten, en ze worden steeds alledaagser.”
In welk stadium bevinden volgens u de fabrieken van NCAB zich als het gaat om de nieuwste technologie?
“Dit maakt deel uit van onze strategie, waarin we met de fabrieken samenwerken en een relatie opbouwen die sterk genoeg is om hun koers en ideeën voor de komende vijf jaar met ons te delen. Onze technisch meer bekwame fabrieken kijken al naar veel complexere structuren, sommige leveren al IC-substraten en andere komen dicht bij volume-oplossingen met track en gap-breedtes van 30 μm. Dat is minder dan de helft van wat ze momenteel mogen produceren. Deze hogere dichtheid en complexiteit zal in de toekomst alleen nog maar toenemen.”
De behoefte aan meer printplaten van hoge complexiteit neemt toe
“Naarmate er meer producten worden ontwikkeld als onderdeel van technische trends, groeit ook de behoefte aan meer printplaten met een hogere complexiteit. Dit betekent dat het tempo van de veranderingen ervoor gaat zorgen dat wat we nu als vooruitstrevend beschouwen de standaardtechnologie van morgen wordt. Daarom bereiden onze technologisch meer geavanceerde fabrieken zich al voor om straks hogere complexiteit en grotere structuren te kunnen ondersteunen, zoals anylayer-opbouw, een fijnere pitch en soms ook andere materialen. Hierdoor ontstaat vraag naar nieuwe apparatuur en nieuwe grondstoffen en worden productielijnen naar een hoger niveau getild. Zo zal het evenwicht steeds verder verschuiven naar meer oplossingen voor directe beeldvorming in plaats van oplossingen gericht op traditionele beeldvormingsprocessen met behulp van fototools.”
“Het zijn fascinerende tijden. Een deel van de productieapparatuur die tegenwoordig beschikbaar is, is simpelweg geweldig. Nog maar een paar jaar geleden dachten we dat deze ontwikkelingen nog ver in de technische toekomst lagen, maar nu bestaan ze al. De Wet van Moore, waarin het aantal transistors in een chip elke één tot twee jaar verdubbelt, is absoluut werkelijkheid geworden.”
Welke uitdagingen, afgezien van technische, liggen er in het verschiet voor de wereld van printplaatproductie?
“Een belangrijke uitdaging voor de fabrieken is om kennis van ontwerp en productie-ervaring op te bouwen in hetzelfde tempo waarin apparatuur, grondstoffen en nieuwe oplossingen beschikbaar komen. De fabrieken staan onder druk om deze kennis te ontwikkelen en er tegelijkertijd voor te zorgen dat het leerproces in evenwicht is met hun kernactiviteiten: het genereren van inkomsten en realiseren van goede opbrengsten uit hun huidige productie. R&D-teams moeten sneller werken. In het kader van het evaluatieproces van NCAB worden onder meer de ontwikkelingsplannen van de fabrieken voor de komende twee tot vijf jaar daarom nauwlettend gevolgd.”
“Een belangrijke uitdaging voor de fabrieken is om kennis van ontwerp en productie-ervaring op te bouwen in hetzelfde tempo waarin apparatuur, grondstoffen en nieuwe oplossingen beschikbaar komen.”
Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group
Kleiner en meer complexere componenten als gevolg van technhische trends
“De componentenindustrie volgt soortgelijke trends, wat leidt tot een kleinere footprint van de componenten en een fijnere pitch. Leveranciers van printplaten moeten kunnen voldoen aan veranderende eisen. Om in de behoefte van de klant te voorzien, moeten fabrieken investeren in apparatuur, materialen en kennisontwikkeling. Het beïnvloedt alles – patroonoverdracht, beeldvorming, soldeermasker, beplating, voorbehandeling, oppervlaktebehandeling, enzovoort. De juiste apparatuur hebben is één ding, maar je moet ook de juiste grondstoffen en de juiste processen hebben, gecombineerd met de juiste kennis, wil het allemaal goed werken en uiteindelijk een betrouwbaar product opleveren.
De aanpak van NCAB is duidelijk. We streven er niet naar om technologisch gezien voorop te lopen. We keuren dergelijke technologie alleen goed als we weten dat de processen stabiel zijn en bewezen hebben dat ze resulteren in een goed eindproduct dat voldoet aan de eisen van onze klanten. We moeten daarbij wel weten waar de technische horizon is en hoe dicht de fabrieken bij die rand staan.”
Nu ook aanwezig in Taiwan
“Door de overname van Bare Board Group hebben we de breedte van onze activiteiten uitgebreid en daarmee nieuwe mogelijkheden op geografische gebied, op het gebied van de productie van printplaten. Taiwan is nu goed voor negen procent van onze uitgaven aan printplaten en hoewel we ons nog in de beginfase bevinden om de fabrieken echt te leren kennen, zijn de eerste tekenen dat sommige van de mogelijkheden die we in de fabrieken daar zien, bijdragen aan de technologieniveaus die we hebben kunnen bieden binnen ons productportfolio. Er zijn enkele bemoedigende tekenen dat, terwijl we door onze gedefinieerde kwalificatie- en goedkeuringsprocessen werken, dergelijke fabrieken NCAB in staat zouden kunnen stellen om onze klanten meer oplossingen te bieden op zowel technologie-gedreven als supply chain-niveau.”
Ontwikkelingsgebieden in printplaatproductie
- Meerlaagse platen met steeds meer lagen.
- Flexibele en stijf-flexibele printplaten.
- Steeds complexere HDI-structuren die IC-substraten gebruiken om track en gap van slechts 20-30 μm en zeer kleine via-gaten mogelijk te maken.
- Directe beeldvorming waarbij het patroon rechtstreeks op het materiaal wordt geprint.
- Hogere mate van automatisering in productie.
- Nieuwe oppervlakteafwerkingen.
Hoe wordt de printplaatindustrie geografisch gezien beïnvloed door de ontwikkeling?
“Als je kijkt naar de voorspellingen voor de industrie – die weliswaar gemaakt zijn vóór de COVID-19-pandemie – dan is de verwachting dat de waarde van de mondiale printplaatmarkt dit jaar zo’n 67 miljard dollar zal bedragen, vergeleken met 64 miljard dollar in 2019. Geschat wordt dat dit in 2023 70-75 miljard dollar is. China is goed voor iets meer dan de helft hiervan, 52-53 procent. De prognose is dat, hoewel het technologische niveau blijft stijgen, de output per regio redelijk constant op hetzelfde niveau blijft, zeker de komende vier tot vijf jaar.”
Ontwikkelingen gaan steeds sneller en sneller in China
“We zien dat nieuwe technologie die is ontwikkeld in andere markten in Azië, Europa en de VS steeds sneller naar China migreert. Veel van de grotere producenten in de industrie hebben R&D-faciliteiten of een kleinere fabriek in Europa of de VS, terwijl hun grotere fabriek voor volumeproductie in China staat. Deze benadering is een belangrijke factor in de versnelling van technologieoverdracht. Ik denk dat we binnenkort een situatie gaan zien waarin de ontwikkeling van technologie en productontwikkeling gelijklopen naarmate de time-to-market kritischer wordt. In China gaat alles steeds sneller en zien we dat de overheid zich sterk richt op de ontwikkeling van industrieën in het land, waardoor ze dichter bij de technologische voorhoede komen te staan.”
De fabrieken worden steeds bekender met hoge technologiën
“In vergelijking met andere productiemarkten in Azië heeft China ondanks stijgende kosten aanzienlijke voordelen. Het grote voordeel van de huidige Chinese printplaatindustrie is dat alle ingrediënten aanwezig zijn: kennis, ervaring, infrastructuur, grondstoffen, apparatuur, enzovoort. Dit houdt de technologiekloof tussen China en andere goedkopere landen in stand, wat een belangrijke factor is voor de vooruitzichten van China voor de nabije toekomst. Een ander element dat van invloed is op deze trend is dat, naarmate de fabrieken meer vertrouwd raken met de hogere technologieën, ze hun technische aanbod kunnen vergroten en meer inkomsten kunnen genereren. Dit betekent dat ze geld opzij kunnen zetten voor verdere investeringen en ontwikkeling, waardoor de cyclus zich in een positieve richting beweegt. Degenen die een inhaalslag proberen te maken, krijgen te maken met testtijden en grote technologische sprongen die niet alleen moeilijk te bereiken zijn, maar ook kostbaar.”
“Het grote voordeel van de huidige Chinese printplaatindustrie is dat alle ingrediënten aanwezig zijn: kennis, ervaring, infrastructuur, grondstoffen, apparatuur, enzovoort.”
Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group
Fabrikanten van nicheborden in meer landen
“Ook in andere landen komt er ruimte voor nicheproducenten van printplaten. Fabrieken in landen als Zuid-Korea, Taiwan en Japan zijn niet alleen uitstekend in staat om hun lokale markten te bedienen, ze kunnen ook concurreren met een hoge mate van specialisatie, hoge technische normen en, in sommige gevallen, kortere doorlooptijden. Tegelijkertijd kunnen technisch minder geavanceerde printplaten tegen concurrerende kosten worden vervaardigd in landen als India, Thailand en Maleisië.”
“Als we kijken naar wat de geschiedenis ons heeft geleerd, in China, zien we dat de verschuiving van lage technologie naar hoge technologie relatief snel kan plaatsvinden, en dus mogen we de gebeurtenissen in andere landen niet negeren of hun vermogen om te groeien op het gebied van technologie en concurrentievermogen onderschatten. Maar met de snelle ontwikkeling waar ik het over heb, met steeds complexere printplaten en steeds hogere eisen van klanten, bestaat het risico dat het steeds moeilijker wordt om de kloof te overbruggen. Het is voor die landen met minder geavanceerde productie niet gemakkelijk om in hun industrieën snel grote technologische veranderingen door te voeren. Ik denk dus dat die technologische kloof nog wel een tijdje blijft bestaan.”
De belangrijkste technische trends die ontwikkeling beïnvloeden
- 5G – Mobiele communicatie van de vijfde generatie.
- IoT – Internet of Things, waarbij steeds meer apparaten ingebouwde elektronica en een internetverbinding bevatten, waardoor ze via internet kunnen communiceren en worden aangestuurd.
- AI – Kunstmatige intelligentie, programma’s die menselijk doen en denken kunnen imiteren en vaak door middel van machinaal leren hun eigen algoritmen kunnen verbeteren.
- Menselijke augmentatie – Het gebruik van technologie om mensen op fysiek niveau (exoskeletten gekoppeld aan een hersenimplantaat) of cognitief niveau (AI die samenwerkt met mensen om intelligentiescenario’s te ontwikkelen) te verbeteren.
- Hyperautomatisering – Robotautomatisering met behulp van AI naar een hoger niveau tillen om alle mogelijke zakelijke processen te automatiseren, en in sommige gevallen verbeterd leren, meer wendbaarheid en snellere respons te bieden.
- Autonome dingen – Fysieke apparaten die gebruikmaken van AI om functies en acties te automatiseren (van auto’s tot huizen, van bezorgdrones tot magazijnen of complexe assemblageprocessen).
Ziet u nog gevolgen op de lange termijn van de COVID-19-pandemie voor de productie van printplaten?
“Ik kan niet met zekerheid zeggen dat het een aanzienlijke impact heeft gehad op de technologische kant. Misschien dat de technologische ondersteuning wat is vertraagd, maar zeker niet alles is gestopt. Als corona al invloed heeft gehad, zijn de dingen geïntensiveerd, omdat de time-to-market alleen nog maar belangrijker is geworden. We hebben een fase doorgemaakt waarin de activiteiten van onze fabrieken in bepaalde regio’s, sectoren en klantsegmenten licht vertraagd waren. Dit is gecompenseerd door de grote investering in China en Taiwan in verband met de uitrol van 5G.”
De fabrieken die het goed deden voor de crisis hebben meer zaken kunnen doen met bestaande klanten
“Wereldwijd hebben we gezien hoe klanten hun toeleveringsketen hebben proberen te consolideren, dus ik denk niet dat de fabrieken van NCAB een grote terugval hebben gezien door de tijdelijke sluitingen in China, Europa en de VS. De fabrieken die het voor de crisis goed deden, hebben meer zaken kunnen doen met bestaande klanten. Andere, kleinere fabrieken die printplaten voor het lage segment of goedkope printplaten maken, hebben het moeilijk gehad toen de doorlooptijden steeds korter werden en ze hun fabrieken ondanks productiedalingen draaiende moesten zien te houden.”
“De pandemie heeft gevolgen gehad voor de fabrieken in Europa in zoverre dat ze zich geplaatst zien voor de uitdaging van de anderhalvemeterregel en andere regels en beperkingen om de verspreiding van het coronavirus tegen te gaan.”
“Ongeacht over welk deel van de wereld we praten, kunnen we in het algemeen zeggen dat fabrieken die voor de crisis gezonde financiën middelen en efficiënte bedrijfsvoering hadden, het nu het beste doen. Zij zullen sterker uit de crisis komen.”
PCB design tools
For more advice about PCB design or applications of PCBs, we
have different PCB tools that can be downloaded for free.