Newsroom

Mönsterkortsvärlden i förändring

Ett antal tekniska trender påverkar i dag de applikationer som mönsterkort används i. Vi bad NCAB Groups Chief Operating Officer Chris Nuttall ge sin syn på utvecklingen och vad den kommer att innebära för mönsterkortstillverkningens framtid.

Vilken ny teknik förändrar mönsterkortsvärlden i dag?

– Det handlar egentligen inte om någon specifik teknik, utan snarare om ett antal huvudtrender som driver på förändringen i elektronikindustrin och de tekniska applikationerna. Till att börja med har vi femte generationens mobila kommunikation, 5G, vilket är något alla pratar om i dag. De övriga tekniska trenderna på framväxt är alla delvis relaterade till utvecklingen av 5G-system. Dessa kan delas upp i ”människocentrerade” som är relaterade till hur tekniken kommer att påverka oss och ”smarta utrymmen” som fokuserar på tekniska trender som påverkar vår levnads- och arbetsmiljö.

IoT, AI och 5G några av de tekniska huvudtrender vi ser

Vi har Internet of Things (IoT) och artificiell intelligens (AI), som i kombination med 5G öppnar för en helt ny nivå av uppkoppling och kommunikation enheter och saker emellan. Det möjliggör till exempel det som brukar kallas smarta städer. Vidare går dessa trender hand i hand med förmågan att överföra, sända, hantera och behandla enorma datamängder på kort tid – nyckelfaktorer för dataanvändning i framkant.

Chris Nuttal, Chief Operations Officer NCAB Group

“Det handlar om ett antal huvudtrender som driver på förändringen i elektronikindustrin.”

Chris Nuttall
Chief Operations Officer, NCAB Group

Slutligen är den sista trenden satsningarna på ”mänsklig förstärkning”. De ersätter exempelvis traditionella proteser och ger dem förändrade eller förbättrade egenskaper. Jag vet inte riktigt hur mycket av detta vi sett i verkligheten än. Men säkert är att vi kommer att se mer av det framöver.

Några av dessa trender ligger till grund för utvecklingen av förarlösa bilar

– Jag tror att det är dessa tekniska trender som kommer att ha störst påverkan på mönsterkortstekniken inom överskådlig framtid. Dessa trender kommer att översättas till specifika applikationer inom olika industrigrenar. Ett exempel är fordonsindustrin där de ligger till grund för utvecklingen av förarlösa bilar. Ett annat är inom medicin där utvecklingen går emot att data hanteras och specialister kopplas ihop världen över. Vi ser även hur trenderna påverkar militära produkter, vilka driver på utvecklingen på vissa marknader.

– Som vi har berört i ett tidigare blogginlägg håller 5G nu på att införas i allt större skala. Den kinesiska regeringen räknar med en användarbas (telefoner och andra enheter) på 500 miljoner bara i Kina till 2025. I Europa och USA går det lite trögare än i Asien, men trenden är definitivt här.

5G en av de tekniska huvudtrender som driver utvecklingen.
5G – den femte generationens mobila kommunikation, en av de tekniska huvudtrender som driver utvecklingen.

Hur påverkas mönsterkortets design och tillverkning av de tekniska huvudtrenderna?

– Det är fortsättningen på en redan etablerad trend som vi ser; mönsterkort måste byggas med fler och fler lager, smalare ledarbredd och isolationsavstånd, tunnare kort och finare hålstorlekar. Förr kunde det ses som avancerat med mönsterkort med några få lager och en HDI-konstruktion med typ 1-struktur. Men nu är det inte ovanligt med uppbyggnader som har över tio lager. Det är i dag tekniskt möjligt med ledarbredd och isolationsavstånd på ned till 30 μm. Det tog lång tid att komma ned från 100 μm till 75 μm och vidare ned till 60 μm, som en del av NCAB:s fabriker klarar av i dag. Ny utrustning gör det möjligt med ännu högre densitet. Ser man utanför våra fabriker, hos de större spelare som är i teknikens verkliga framkant, så bygger de sådana mönsterkort redan nu.

“Det är i dag tekniskt möjligt med ledarbredd och isolationsavstånd på ned till 30 μm.”

Chris Nuttall
Chief Operations Officer

– När mikrochips blir mer komplexa ser vi också en allt större tillväxt inom IC-substrat. Dessa IC-substrat har mycket hög densitet och stöder avledning av värme, utsändning av ström och signaler. Det öppnar för mycket liten ledarbredd och isolationsavstånd samt fina hålstorlekar. I dag används IC-substrat redan i de mest avancerade mönsterkorten och det blir allt vanligare.

Ovan ser vi ledare mellan BGA-padar (E/F). Då BGA-padarna på moderna komponenter blir mindre och mindre och sitter tätare och tätare är det en av orsakerna till att man tvingas att ha tunnare ledare och separationsavstånd.

Och hur är det med NCAB:s fabriker när det gäller den senaste tekniken?

– Det här ligger inom ramen för deras fokus inom de närmaste fem åren. Ser vi på våra mer tekniskt kompetenta fabriker så tittar de redan nu på mycket högre HDI-strukturer och att gå ner på IC-substratmönsterkort med ledarbredd och isolationsavstånd på 30 μm eller mindre. Det innebär halva ledarbredden/isolationen mot vad de klarar att tillverka i dag. IC-substrat är definitivt en teknik som kommer att växa.

– När allt fler produkter utvecklas inom den senaste tekniken kommer fler mönsterkort av denna typ att behövas. Tekniken går då från att vara i framkant till något mer vardagligt. Därför siktar våra mer tekniskt avancerade fabriker på att klara högre komplexitet, häftigare strukturer, finare pitch och ibland olika ytbehandlingar. Det kommer att innebära krav på ny utrustning, nya råmaterial och förändrade produktionslinor jämfört med i dag. Till exempel kommer man utnyttja lösningar där mönstret trycks direkt på materialet istället för via foto eller UV-ljus som tidigare. Utrustningen kommer också att behöva bli mer automatiserad för att snabba på produktionsflödet i fabriken.

De tekniska huvudtrender som kommer kräver mer avancerade mönsterkort vilket gör att fabrikerna måste klara tillverkning av dessa kort.
Jerry Zheng, Production Quality Engineer Factory Management, under ett fabriksbesök. Ett viktigt fokusområde för NCAB:s Factory Management är att utvärdera och godkänna nya fabriker som vi ska samarbeta med. En del i utvärderingsprocessen tittar på hur fabrikernas utvecklingsplaner ser ut på två till fem års sikt.

– Vi lever i en intressant tid. Tittar man på mycket av den viktigaste tillverkningsutrustningen som presenteras i dag är den fantastisk. Bara för några år sedan skulle vi ha tyckt att de här sakerna låg långt in i framtiden, men nu är de här. Moores lag, att tätheten på mikrochips dubbleras vartannat år, gäller fortfarande.

Vilka andra aktuella utmaningar ser du för mönsterkortstillverkningen?

– En viktig utmaning för fabrikerna är att utveckla kunskapen om konstruktion och tillverkning i samma takt som utrustning, råmaterial och nya lösningar blir tillgängliga. Det finns en stark press att utveckla denna kunskap samtidigt som fabrikerna måste fortsätta att tjäna pengar på sin tillverkning här och nu, vilket ju trots allt är deras kärnverksamhet. Forsknings- och utvecklingsteam kommer att behöva jobba snabbare. I vår utvärderingsprocess tittar vi därför på hur fabrikernas utvecklingsplaner ser ut på två till fem års sikt.

“En viktig utmaning för fabrikerna är att utveckla kunskapen om konstruktion och tillverkning i samma takt som utrustning, råmaterial och nya lösningar blir tillgängliga.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group

Mindre och mer komplexa komponenter

– Till grund för utvecklingen ligger att komponenterna blir mindre och mer komplexa. Det ställer nya krav på mönsterkorten och driver på behovet av ny utrustning. För att svara på kundernas behov måste fabrikerna investera i utrustning, material och kunskap. Det påverkar allt – mönsteröverföring, lödmasker, plätering, förbehandling av koppar, ytbehandling och så vidare. Det är en sak att ha rätt utrustning. Du behöver också rätt råmaterial och rätt behandling kombinerat med rätt kunskap för att det ska fungera väl och för att du ska få en tillförlitlig produkt. NCAB:s inställning är tydlig, vi vill inte vara någon som provar ut ny teknologi. Vi godkänner den först när vi kan räkna med en bra slutprodukt som möter våra kunders krav. En viktig roll för oss är därför att se till att våra fabriker alltid har rätt kunskap och kapacitet för det de utför.

– Genom förvärvet av Bare Board Group har vi dock utökat vår bredd. En del av tekniken vi ser i fabrikerna i Taiwan, som nu står för nio procent av det vi spenderar på mönsterkort, adderar till vår produktportfölj. Vi är fortfarande i ett tidigt skede att lära känna dessa fabriker, men i takt med att de går igenom vår noggranna kvalificerings- och godkännande process, ser vi framtida möjligheter att bredda vårt erbjudande till våra kunder.  

Områden inom mönsterkortstillverkning som utvecklas för att kunna möta kommande tekniska huvudtrender

  • Mönsterkort med allt fler lager.
  • Flex- och flex-rigida kort.
  • Alltmer komplexa HDI-strukturer som utnyttjar IC-substrat för att nå ledarbredd och isolationsavstånd på ned till 20-30 μm och mycket små viahål.
  • Direct imaging där mönstret trycks direkt på materialet.
  • Högre grad av automatisering i tillverkningen.
  • Nya ytbehandlingar.

Hur påverkas mönsterkortsindustrin geografiskt av utvecklingen?

– Tittar man på prognoser som visserligen gjordes innan covid-19-pandemin, räknar de med att värdet på den globala mönsterkortsmarknaden i år skulle ligga på cirka 67 miljarder dollar jämfört med 64 miljarder dollar 2019. Värdet skulle 2023 ligga på 70-75 miljarder dollar. Kina står för drygt hälften, 52-53 procent, av detta. Prognosen är att Kinas andel av marknaden kommer att ligga på ungefär samma nivå under de närmaste fyra till fem åren.

– Värdet på den globala mönsterkortsmarknaden i år skulle ligga på cirka 67 miljarder dollar jämfört med 64 miljarder dollar 2019. Värdet skulle 2023 ligga på 70-75 miljarder dollar, säger Chris Nuttall.

– Vi ser att tiden det tar för att överföra ny teknik som utvecklas på andra marknader i Asien, Europa och USA till Kina hela tiden minskar. Många av de stora aktörerna har forskning och utveckling eller en mindre fabrik i Europa eller USA. Samtidigt har man en större fabrik i Kina, vilket snabbar på tekniköverföringen. Jag tror att vi ganska snart kommer ha en situation där så fort någonting har utvecklats utanför Kina, så finns det också i Kina. Utvecklingen i Kina accelererar och det finns ett starkt tryck från regeringen i Kina att ta ledningen tekniskt.

“Den kinesiska mönsterkortsindustrin har i dag fördelen av att alla ingredienser finns på plats.”

Chris Nuttall
Chief Operating Officer, NCAB Group



– Jämför man med andra tillverkningsmarknader runtom i Asien har Kina stora fördelar, ökande kostnader till trots. Den kinesiska mönsterkortsindustrin har i dag fördelen av att alla ingredienser finns på plats – kunskap, erfarenhet, infrastruktur, råmaterial, utrustning och så vidare. Fabrikernas avkastning är bra, vilket gör att de kan avsätta medel till nödvändiga investeringar och utveckling.

Nischade mönsterkortstillverkare i fler länder

– Det kommer att finnas utrymme för nischade mönsterkortstillverkare även i andra länder. Fabriker i länder som Sydkorea, Taiwan och Japan kan konkurrera med hög grad av specialisering, hög teknisk nivå och korta ledtider. Samtidigt kan tekniskt mindre avancerade kort tillverkas till konkurrenskraftig kostnad i länder som Indien, Thailand och Malaysia.

– Den historiska utvecklingen vi har sett i Kina visar dock att utvecklingen från lågteknologi till högteknologi kan gå fort. Det gör att man inte kan bortse från möjligheten för nya länder att utvecklas vad gäller tekniknivå. Men den snabba utveckling som jag pratat om, med allt komplexare mönsterkort och högre krav från kunderna, riskerar samtidigt att göra gapet allt svårare att överbrygga. Det är svårt att ta stora, snabba kliv för industrin i länder med mindre avancerad tillverkning. Därför tror jag vi under lång tid kommer att se en uppdelning i teknisk nivå mellan olika regioner och länder.

Tekniska huvudtrender som driver utvecklingen

  • 5G – den femte generationens mobila kommunikation
  • IoTInternet of Things, när allt fler saker får inbyggd elektronik och internetuppkoppling så att de kan kommunicera och styras över nätet
  • AIArtificiell intelligens, program som efterliknar mänskligt beteende och tänkande och ofta kan förbättra sina egna algoritmer genom maskininlärning
  • Human augmentation ”mänsklig förstärkning” – att använda teknik för att förstärka människans fysiska förutsättningar (exoskelett kopplat till hjärnimplantat) eller på en kognitiv nivå (människor arbetar tillsammans med AI för att utveckla intelligenta scenarios)
  • Hyperautomatisering – nästa nivå av robotautomatisering, att använda AI för att automatisera alla möjliga slags processer, i vissa fall för att ge bättre inlärning, rörlighet och svar.
  • Autonoma saker att använda AI i fysiska enheter för att automatisera olika funktioner och aktiviteter (sträcker sig från självkörande bilar till intelligenta hem, från leveransdrönare till lager eller komplexa monteringsprocesser)

Ser du några långsiktiga följder av covid 19-pandemin för mönsterkortsindustrin?

– Takten i den tekniska utvecklingen tror jag inte påverkas nämnvärt. Om något har den ökat, eftersom tid till marknad nu har blivit ännu viktigare. Ser vi till fabrikerna har vi gått igenom en fas där deras verksamhet saktade in en del för vissa områden, sektorer och kunder. I Kina och Taiwan har den stora satsningen på 5G-utrullning hjälpt till att balansera detta.

– Globalt har vi sett hur kunder har behövt konsolidera sina försörjningskedjor. Det har gjort att NCAB:s fabriker inte har lidit så stora förluster på de tillfälliga nedstängningarna i Kina, Europa och USA. De fabriker som gjorde bra ifrån sig innan krisen har kunnat göra fler affärer med befintliga kunder. Andra, mindre fabriker som tillverkar billiga mönsterkort har haft det kämpigt när ledtider har kapats och man måste hålla fabriken igång trots minskad produktion. För europeiska fabriker har det varit en utmaning med de regler om social distansering och andra begränsningar som pandemibekämpningen har medfört.

– Oavsett var i världen vi talar om, kan man generellt säga att de fabriker som har haft sunda finanser och en effektiv verksamhet innan krisen är de som klarat sig bäst igenom den. De kommer att gå stärkta ur det här.

PCB design tools

For more advice about PCB design or applications of PCBs, we
have different PCB tools that can be downloaded for free.