INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 3 2020

Изменяющийся мир печатных плат

Ряд современных технических тенденций влияет на развитие областей, в которых применяются печатные платы.  Мы спросили главного исполнительного директора NCABGroup Криса Наттала (ChrisNuttall) о том, что он думает об этих тенденциях, а также как они могут повлиять на производство печатных плат.

Какие новые технологии влияют на современное производство печатных плат?

«Мы можем говорить не о конкретных технологиях, влияющих на производство печатных плат сегодня, а скорее о нескольких ключевых технологических тенденциях, движущих электронную промышленность и соответствующие применения. Прежде всего, речь идет о новом поколении мобильной связи 5G, которое является актуальной темой на сегодняшний день. Появляются и другие тенденции, в некоторой степени зависящие от разработки систем 5G. Мы можем разделить их на «человекоцентристские», связанные с влиянием технологий на нас, и «интеллектуальные пространства» – технические тенденции, воздействующие на нашу бытовую и рабочую среду.

Chris Nuttall, Chief Operating Officer NCAB Group

«Мы можем говорить не о конкретных технологиях, влияющих на производство печатных плат сегодня, а скорее о нескольких ключевых тенденциях, которые движут электронную промышленность в целом.»

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

IoT, AI, 5G — некоторые технологические тенденции, которые мы наблюдаем

Все мы слышали об интернете вещей (IoT) и искусственном интеллекте (ИИ), которые в сочетании с повышением скорости передачи данных через 5G, могут открыть новый уровень взаимодействия и связи между устройствами и вещами. Это способствует разработке интеллектуальных продуктов, таких как умное производство или гиперавтоматизация, развитию передовой робототехники, функций общественной безопасности для поддержки умных городов и более широкому применению автономных вещей. Эти тенденции сопровождаются появлением возможности отправлять, передавать, обрабатывать большое количество данных и управлять ими в течение короткого времени с низкой задержкой – ключевых факторов граничных вычислений.

И, наконец, развиваются технологии для поддержки человеческих возможностей, например, современное протезирование, но в большей степени – технологии, способные изменять или расширять возможности человека. Я не уверен, насколько четко мы осознаем эту тенденцию сейчас, но в ближайшие пять лет убедимся в том, что она становится все более важной.

Некоторые из рассматриваемых тенденций лежат в основе разработки автономных автомобилей 

«Вот несколько технических трендов, которые, по моему мнению, наибольшим образом будут влиять на технологию печатных плат в ближайшем будущем. Такие мощные тенденции, безусловно, отразятся и на других технических направлениях и станут факторами развития конкретных применений в различных отраслях. Например, в сфере автомобилестроения некоторые из указанных тенденций являются основой для разработки автономных автомобилей; в медицине они способствуют развитию таких важных направлений, как обработка данных и связь между оперирующими специалистами в режиме реального времени. Подобные тренды также четко проявляются в военно-промышленном секторе, способствуя развитию отдельных рынков.

Как уже упоминалось в предыдущем выпуске «InFocus», сегодня технология 5G внедряется все шире и шире. Только в Китае к 2025 году в этом стандарте будет работать более 500 миллионов телефонов и других устройств. В Европе и США все происходит немного медленнее, чем в Азии, но данная тенденция также имеет место».

5G - one of the main technical trends that drives technology.
5G — один из основных факторов, который повлияет на производство печатных плат и электроники в будущем.

Каким образом эти изменения влияют на проектирование и производство печатных плат?

«Мы видим продолжение уже устоявшейся тенденции. Теперь печатные платы должны иметь больше слоев, более высокую функциональность, более узкие проводники и зазоры, а также уменьшенные размеры отверстий. В прошлом многослойная печатная плата и HDI 1-го уровня считались революционными. Теперь же десятислойные платы с высокой плотностью межсоединений вовсе не редкость.  На сегодняшний день возможны решения с толщиной проводников и зазоров всего 30 микрон. Переход от 100 до 75, а затем и до 60 микрон (некоторые производства NCAB имеют такие возможности) занял немало времени. Сейчас на некоторых производствах нашей компании внедряется новое оборудование, налаживаются технологические процессы и накапливается опыт, которые обеспечат еще более высокую плотность. Помимо наших производственных предприятий, лидеры технологического развития уже производят печатные платы с проводниками/зазорами менее 30 микрон.

«На сегодняшний день возможны решения с шириной проводников и зазоров всего 30 микронов.»

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

«По мере распространения и усложнения полупроводниковых компонентов мы также наблюдаем развитие подложек интегральных микросхем (например, в малогабаритных печатных платах высокой плотности), расположенных между компонентом и печатной платой. Эти подложки имеют очень высокую плотность и способствуют распределению питания и сигналов, а также, в определенной степени, теплоотвод. Такие подложки позволяют использовать в проекте предельно мелкую ширину проводников и зазоров, а также размеры отверстий. На сегодняшний день подложки интегральных микросхем уже используются в более продвинутых печатных платах и получают все большее распространение.

Illustration of BGA pads with small conductors.
На иллюстрации выше показаны проводники между контактными площадками BGA (E / F). Контактные площадки BGA на современных компонентах становятся все меньше и располагаются все плотнее. Это одна из причин необходимости применения более узких проводников и зазоров.

По вашему мнению, на каком уровня развития новейших технологий находятся производственные предприятия NCAB?

«Частью нашей стратегии является настолько тесное взаимодействие и сотрудничество с нашими производственными предприятиями, что они делятся и согласуют с нами направления своего развития планы на ближайшие пять лет. Наиболее технически продвинутые из наших предприятий планируют внедрять гораздо более сложные конструкции. Некоторые из них уже производят подложки интегральных микросхем, а другие – близки к реализации масштабных решений с толщиной проводников и зазоров 30 мкм. Это более чем в два раза превышает плотность печатных плат, официально декларируемых этими предприятиями. В будущем плотность и сложность плат будет только расти.

Потребности в печатных платах повышенной сложности будут расти

По мере того, как все больше продуктов разрабатывается в рамках современных технических тенденций, будет также возрастать спрос на печатные платы повышенной сложности. Темпы изменений будут таковы, что технология, которую сегодня считают передовой, в будущем станет совершенно стандартной. Вот почему технологические лидеры среди наших производств готовятся к изготовлению более сложных конструкций, таких как многослойные печатные платы с резким уменьшением шага проводников и с применением различных материалов. Это приведет к повышению спроса на новое оборудование, новое сырье и производственные линии нового уровня. Например, мы будем наблюдать появление все большего количества новых решений прямого экспонирования вместо современного оборудования.

The factories needs to be able to produce more technically advanced PCBs to match the upcoming technical trends.
Джерри Чжэн (Jerry Zheng), инженер по качеству производства Группы управления производствами (Factory Management), во время посещения одного из производственных предприятий. Важным аспектом управления производствами NCAB является оценка и утверждение новых производственные предприятий, с которыми мы планируем сотрудничать. Процесс оценки включает анализ планов их развития на 2–5 лет вперед.

«Мы живем в удивительное время. Просто невероятно, какое производственное оборудование мы можем использовать сегодня. Всего пару лет назад нам казалось, что до этих вещей еще очень далеко, но вот они перед нами. Закон Мура, согласно которому плотность кристалла с интегральной схемой будет удваиваться каждые два года, абсолютно справедлив, что мы и видим».

Какие вызовы, помимо сугубо технических, стоят перед сферой производства печатных плат?

«Важным вызовом для предприятий является накопление знаний по проектированию и производственного опыта по мере появления нового оборудования, материалов и новых решений. Предприятия будут вынуждены накапливать эти знания, в то же время обеспечивая баланс между процессом обучения и осуществлением основных видов деятельности с целью получения прибыли и высоких доходов от текущего производства. Специалисты по НИОКР будут вынуждены работать быстрее. Именно поэтому процесс оценки NCAB включает тщательный анализ планов развития производственных предприятий на 2–5 лет вперед.

«Важным вызовом для предприятий является накопление знаний по проектированию и производственного опыта по мере появления нового оборудования, сырья и новых решений.»

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Мелкие, но более сложные компоненты

«Поскольку сфера производства компонентов следует тем же тенденциям – повышения компактности компонентов и уменьшения шага, – поставщики печатных плат должны приспособиться к меняющимся требованиям. Для удовлетворения потребностей заказчиков производственные предприятия должны инвестировать средства в оборудование, освоение новых материалов и накопление опыта. Это влияет на все аспекты – точность топологии, качество паяльной маски, металлизации, на финишное покрытие и т. д. Выбор правильного оборудования – это лишь часть проблемы. Для оптимальной работы и производства надежной продукции вам также необходимо правильно выбрать материалы, соответствующие процессы и надлежащий опыт. Подход NCAB однозначен: мы не стремимся быть на грани новых технологий, мы допускаем их использование только, если процессы устойчивы и подтверждены на практике. Это можно подтвердить посредством качественной продукции, соответствующей потребностям потребителя. Однако нам необходимо знать, где находится горизонт технического прогресса, и насколько близки к нему наши производственные предприятия.

Присутствие также на Тайване

Благодаря приобретению компании Bare Board Group мы расширили масштабы нашей деятельности, расширили нашу географию производства печатных плат. В настоящее время на Тайвань приходится девять процентов нашего объема производства печатных плат. И хотя мы все еще находимся на ранних этапах освоения тайваньских производств, мы уже видим, что это расширит спектр технологий, которые мы можем предложить нашим заказчикам.

Разработки в сфере производства печатных плат

  • Многослойные платы со все большим количеством слоев.
  • Гибкие и гибко-жесткие печатные платы.
  • Усложнение конструкций высокой плотности межсоединений с использованием подложек интегральных микросхем для обеспечения ширины проводников и зазоров всего 20–30 мкм, а также очень малых размеров отверстий.
  • Технология прямого экспонирования, при которой рисунок формируется сразу непосредственно на материале.
  • Повышение степени автоматизации производства.
  • Новые финишные покрытия.

Каким образом развитие технологий влияет на географию сферы производства печатных плат?

«Если посмотреть на отраслевые прогнозы (которые, впрочем, были сделаны до пандемии COVID-19), то, согласно их оценке, стоимость мирового рынка печатных плат в этом году должна была составить около 67 млрд долларов США. В 2019 году аналогичный показатель составил 64 млрд долларов. По оценке, в 2023 году эта цифра достигнет 70–75 млрд долларов. Чуть более половины (52–53 %) приходится на Китай. Прогнозируется, что уровень развития технологий будет продолжать расти, а региональный объем производства останется примерно таким же, безусловно, в течение следующих 4–5 лет.

The value of the global PCB market
«стоимость мирового рынка печатных плат в этом году должна была составить около 67 млрд долларов США. В 2019 году аналогичный показатель составил 64 млрд долларов. По оценке, в 2023 году эта цифра достигнет 70–75 млрд долларов, » говорит Chris Nuttall.

Китай ускоряется все быстрее

«Мы видим, что время, необходимое для передачи в Китай новых технологий, разработанных на других рынках Азии, Европы и США, неуклонно сокращается. Многие крупные производители отрасли имеют научно-исследовательские центры или небольшие производственные предприятия в Европе или США и крупные предприятия в Китае. Этот подход является ключевым фактором ускорения передачи технологий. Я полагаю, что вскоре мы станем свидетелями такой ситуации, при которой разработка технологий или продуктов будет осуществляться одновременно, поскольку время вывода продукции на рынок становится все более критическим фактором. В Китае все происходит быстрее и быстрее. Мы видим, что китайское правительство уделяет самое серьезное внимание развитию промышленности страны, приближая ее к авангарду технологического прогресса.

Высокие технологии становятся более привычными для фабрик

По сравнению с другими производственными рынками Азии Китай имеет существенные преимущества, несмотря на увеличение затрат. Сегодня китайская сфера производства печатных плат имеет одно неоспоримое преимущество: у нее есть все необходимые составляющие – знания, опыт, инфраструктура, сырье, оборудование и т. д. Это помогает Китаю опережать по уровню технологий другие страны с низкими затратами, и это ключевой фактор для краткосрочных перспектив Китая. Еще один фактор, поддерживающий эту тенденцию, заключается в том, что по мере освоения высоких технологий производственные предприятия могут расширять свой технический спектр и увеличивать уровень доходов, что, в свою очередь, позволяет им создавать запас средств для дальнейших инвестиций и последующего развития, таким образом обеспечивая положительный вектор. Предприятия, отстающие от технологических лидеров, переживают непростые времена, ведь масштабные технологические прорывы не только трудно осуществимы, но и дорогостоящи.

«Сегодня китайская индустрия печатных плат имеет неоспоримое преимущество: у нее есть все необходимые составляющие – знания, опыт, инфраструктура, сырье, оборудование и т. д.»

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Ниши производителей печатных плат в других странах

«Узкоспециализированные производители печатных плат также могут работать в других странах. Производственные предприятия в Южной Корее, на Тайване и в Японии могут не только прекрасно обслуживать местные рынки, но и конкурировать с другими производителями на мировом рынке, поскольку они отличаются значительной специализацией, высокими техническими стандартами, а в некоторых случаях и большей оперативностью производства. В то же время в таких странах, как Индия, Таиланд и Малайзия, технологически более простые печатные платы можно изготавливать по конкурентным ценам.

«Если вспомнить, чему нас учит история Китая, то переход от простых технологий к высоким может быть относительно быстрым, поэтому игнорировать события, происходящие в других странах, или недооценивать возможности развития технологий и повышения конкурентоспособности в них нельзя. Однако, учитывая стремительный прогресс, о котором я упоминал, усложнение конструкции печатных плат и повышение требований заказчиков, имеется серьезный риск того, что разницу в уровне развития будет трудно восполнить. Странам с менее развитой производственной сферой нелегко быстро внедрять серьезные технологические новшества в различных отраслях, поэтому я считаю, что еще некоторое время технологический разрыв между странами будет сохраняться».

Основные тенденции, влияющие на развитие

  • 5G – пятое поколение мобильной связи.
  • IoT – интернет вещей, тенденция, согласно которой все больше вещей имеют встроенную электронику и интернет-соединение, что обеспечивает возможность их связи и управления ими.
  • ИИ – искусственный интеллект, программы, которые копируют поведение человека и способ его мышления, и часто могут оптимизировать собственные алгоритмы посредством машинного обучения.
  • Улучшение человека – использование технологий для улучшения человека как на физическом (экзоскелеты, соединенные с мозговым имплантом), так и на когнитивном уровне (искусственный интеллект совместно с человеком
  • Гиперавтоматизация – совершенствование роботизации за счет использования искусственного интеллекта с целью автоматизации всех возможных бизнес-процессов, в некоторых случаях – расширение возможностей обучения, повышение оперативности и скорости реагирования.
  • Автономные вещи – физические устройства, использующие ИИ для автоматизации функций и действий (от автомобилей до домов, от дронов службы доставки до складов или сложных сборочных процессов).

С вашей точки зрения, будет ли пандемия COVID-19 иметь последствия для производства печатных плат в долгосрочной перспективе?

«Я не уверен, что пандемия существенно повлияла на технологические аспекты. Она могла замедлить техническую поддержку на местах, но точно не остановила все процессы. Если она и имела какой-то эффект, то только стимулирующий, поскольку теперь время вывода продукции на рынок стало еще более важным фактором. Говоря о производственных предприятиях, мы прошли через фазу небольшого замедления их деятельности в определенных областях, секторах и клиентских сегментах. В Китае и на Тайване крупные инвестиции, связанные с внедрением 5G, помогли нивелировать эти последствия.

Производства, которые хорошо развивались до кризиса, и сейчас имеют возможность развивать бизнес

«Мы видели, как заказчики по всему миру старались консолидировать свои цепочки поставок, поэтому производства NCAB не пострадали серьезно в связи с временными остановками в Китае, Европе и США. Более того, наши производственные предприятия, успешно работавшие до кризиса, смогли даже наращивать объемы. Другие же, более мелкие фабрики, выпускающие дешевые печатные платы, с трудом справлялись с темпами, когда возросла тенденция к сокращению сроков выполнения заказов, и им приходилось продолжать работатьв условиях падения объемов.

«Влияние пандемии на европейские производственные предприятия сводится к необходимости решать проблемы, связанные с социальной дистанцией, а также другими правилами и ограничениями, введенными для ограничения распространения COVID-19.

О каком бы регионе мира мы не говорили, в целом можно сказать, что производственные предприятия, которые были финансово устойчивыми и эффективно работали до кризиса, справляются лучше. А после окончания пандемии они станут еще сильнее».