PCB的未来发展前景介绍

自1943年世纪之交的发明以及Paul Eisler的专利申请以来，印刷电路板得到了发展和进步

今天的PCBs是微小的，多层次的，复杂的系统，几乎不像他们最早的祖先。由于采用了先进的设计软件和制造工艺，它们的生产率也比以往任何时候都高得多，效率也更高。甚至在10年前，microvias，HDI和FPGA只出现在最昂贵的设计中，但现在全世界的设计师都可以使用。

随着技术和消费者需求的增长和发展， PCB必须。作为所有电子设备的基础，PCB面临着发展和增长的巨大压力。随着消费者推动更薄更快的设备，以及寻求改进功能的行业，PCB必须继续发展到未来。

但是印刷电路板的未来到底是什么样的呢？

PCB的未来

现代PCB产生了以令人难以置信的速度和惊人的复杂性，总有发展空间。无论是PCB本身的形状还是直接连接到电路板上的附件，消费者都在不断推动新的和不同的PCB和PCB功能。

由于PCB复杂性的增加为制造企业带来了新的挑战，因此制造过程本身也有很大的发展空间。这就是为什么印刷电路板未来的大多数预测都会强烈关注以下几个方面。

1、 PCB板相机

板式相机，或称为PCB相机，是直接安装在电路板上的相机。这些PCB相机由镜头，光圈和图像传感器组成，旨在拍摄数码照片和视频。总之，相机的大小约为四分之一，可以安装在任何尺寸的PCB上。这意味着这些相机足够小，可以插入任何电子设备。

自推出以来，电路板相机发展迅速，照片和视频成像以及耐用性是主要的改进领域。现在，这些小型相机可以轻松拍摄高分辨率图像和视频。在未来几年，板式相机有望进一步发展，为工业和消费电子产品创造强大的解决方案。

由于它们的尺寸，板式相机在各种行业中具有多种应用。其中包括：
•消费类电子产品：电路板相机在消费电子产品中发挥了很大的实用性，特别是在手持移动设备中。如今，智能手机，平板电脑，笔记本电脑和其他小型手持电子产品通常使用板式相机。消费电子公司不断推动更小，更强大的相机。

医疗器械：特别是小型相机已经在医疗行业找到了非侵入性和微创手术的利基。现在使用的药丸大小的相机可以被患者吞下，因此医生可以在没有侵入性手术的情况下从消化道内获取全面的视频和图像。此外，可穿戴式摄像机在手术过程中作为一种教学工具也越来越受欢迎。

监控技术：由于PCB摄像机尺寸太小，因此很容易隐藏在物体内部，使它们成为一个很好的选择。监视用途。许多消费者，安全公司和组织使用这些小型摄像机监视他们的家庭和企业的入侵者。随着技术的进步，其监控应用也在不断发展。

这些行业只是电路板相机如何使用以及未来趋势如何发展的几个例子。随着时间的推移，电路板相机行业正朝着可定制的高品质和耐用的板式相机发展。改善日/夜和低光能力也正在开发中，以帮助改善医疗和监视成像目的。

2、3D打印电子

3D打印技术可能是近年来最激动人心的技术创新之一。从3D打印的器官到枪支和弹药，3D打印已经在各种行业中完成了一些令人难以置信的事情。 PCB行业也不例外。

3D打印已成为近年来PCB创新之一的重要组成部分：3D PE。 3D打印电子设备或3D PEs的定位将彻底改变未来电气系统的设计方式。这些系统通过逐层打印基板物品然后在其顶部添加包含电子功能的液体墨水来创建3D电路。然后可以添加表面贴装技术来创建最终系统。结果是可以采用任何可以想象的形状的电路。

3D PE可以为两者提供巨大的技术和制造效益电路制造公司及其客户 - 特别是与传统的2D PCB相比。这些优势包括：
•新型设计：通过允许电路印刷在现有形状之上，3D PE制造技术使电路能够采用传统上无法实现的新形状和令人难以置信的形状PCB制造。 3D PE可以成形为适合任何电路载体，同时仍然结合电子，光学和机械功能。这可以实现新产品功能和优化。 3D PE不仅可以成型，而且还可以使用2D PCB制造方法进行缩放以在大于任何可能的组件上进行打印。
•提高效率：由于3D PE制造是一种添加剂工艺使用数字方法，它的材料使用比2D PCB制造更加保守。该系统仅应用所需的材料，仅此而已，意味着材料的使用效率更高。此外，生产过程的数字方面通过消除人为错误的来源提高了整体准确性。虽然使用这种方法电路有时仍会失败，但增加的自动化可降低故障的可能性，从而提高整体效率。
•环境友好型：由于对基板材料的类型没有实际限制用于3D PE制造，PCB Houses可以选择他们喜欢的任何材料。这使得环保生产变得更加容易，因为他们可以选择低成本，可回收的材料。

由于这些优势，3D PE生产迅速发展，并正朝着大批量生产的方向发展。虽然3D PE应用目前相对有限，主要用于仪表，天线和传感器，但大量研究正在扩展3D PE的制造能力。这包括开发可以印刷的表面类型，可添加到其中的SMD类型以及可用于打印它们的制造工具。

许多行业领导者都希望随着制造企业和消费行业发现3D PE技术的新方法和应用，3D PE行业将迅速扩展。

3、 PCB Autoplacers

如今大多数PCB都在其设计中包含自动布线器。该PCB组件可在整个电路板中传输电子功能，以模拟PCB布局的特性，从而使自动化过程更加轻松。

然而，自动驾驶仪很难创建和设置，需要大量的时间和人力。由于这种困难，在设置过程中会丢失通过自动化节省的时间。出于这个原因，许多制造商和PCB设计师正在研究自动装配器作为替代方案。通过尝试集成机械和电气CAD系统，简化制造过程，Autoplacers使自动化过程更快。截至今天，自动贴装工具尚未在PCB制造业中获得认可。原因主要在于autoplacer和autorouter约束之间的区别：

• Autorouters ：路由约束主要取决于电路板的特性，可以在PCB设计环境中轻松建模。这些属性包括层数，轨道间距，连接距离和层方向。
• Autoplacers ：决定元件放置的约束可以通过机械考虑来驱动。这些包括产品外壳的形状，按钮定位，散热和拾取和放置优化等人体工程学问题。

规定自动装配操作的限制不一定有任何关系与电路板设计，而是与产品设计。这对设计人员来说意味着很大的开销，因为他们必须考虑的不仅仅是PCB设计。虽然autoplacers可以大大超过自动润滑剂加速制造过程，但这主要取决于优化autoplacer约束管理。这就是新技术必须发挥作用的地方。

最近PCB设计技术不断发展，并且随之而来的是集成CAD系统的理念。由于autoplacers依赖于电气和机械设计两个方面，因此需要在两个领域中应用约束的集成电气和机械CAD系统，以使自动装配器更加高效。

随着这些设计软件选择的转变，autoplacers正逐渐成为自动售货机的更有效的替代品。从自动布线器到自动布线器的这种转换有望为PCB设计过程带来实实在在的好处。

4、高速能力

今天的世界节奏非常快，要求人员和技术也快速发展。随着岁月的流逝，我们希望事情变得更快 - 包括电子产品。为了使我们的设备能够满足日益增长的速度需求，PCB技术需要相应地进行调整。

高速PCB是设计人员的独特主题，主要是因为高速PCB的定义相对宽松。高速PCB的普遍认可定义是信号完整性受电路布局影响的定义。这可能意味着不同的事情：
•数字信号：在数字PCB信号中，智能包含在数字脉冲中。因此，对信号完整性的影响可能表现为延迟或取消的数字信号。
•模拟信号：在高速模拟电路中，智能是信号的形状。在这些情况下，信号完整性问题将表现为信号形状的改变。

在这两种情况下，信号完整性都会受到PCB内部和周围几个因素的不利影响。这些包括PCB的电介质，轨道的长度，与其他信号的接近度和EMI等因素。许多高速设计人员都知道如何调整设计以缓解这些问题，但是新的方法正在不断开发中，以及用于管理高速设计的新软件工具。

了解更多有关当前高速PCB设计技术的信息，请访问我们的PCB设计资源页面，阅读有关高速布局技巧以及如何降低高速设计中EMI影响的文章

随着高速功能对未来的需求持续高涨，专注于高速设计的印刷电路板创新将继续受到需求。 PCB行业内部人士预计，高速创新将继续成为PCB未来的重要组成部分。

5、关注柔性PCB

PCB行业已经是一个快速发展的行业，一些研究估计市场将从2016年的635亿美元增长到2021年的738亿美元。然而，PCB行业中增长最快的部分是灵活的多氯联苯 - 预计到2020年将增长到152亿美元，到2022年增长到270亿美元。

在可穿戴电子产品，柔性显示器和医疗应用之间，灵活的技术正在推动该行业越来越多地采用柔性和柔性刚性PCB。灵活的PCB技术已经超过了刚性PCB的销售增长，这意味着未来看起来很光明。

那么为什么柔性PCB如此受欢迎？由于其灵活性，柔性PCB可以处理比刚性PCB更多的应力和弯曲，甚至可以折叠以适应笨拙的3D空间，使其适用于经常发生弯曲的应用。它们也往往非常轻薄，但仍然相对容易大批量生产。

几个行业正在推动柔性PCB的发展趋势，包括：
• LED照明：LED照明作为传统白炽灯泡的明亮而节能的替代品而广受欢迎。对于LED灯条照明，柔性是条带长度的关键，因此客户可以弯曲条带以满足其需要。灵活的PCB带来了这种必要的功能。

可穿戴技术：今天，可穿戴电子设备变得越来越流行，预计到2020年全球市场将达到306亿美元。这些电子设备通常是嵌入式的进入服装和灵活的配件，如智能袜子，皮带和腕带。甚至一些运动头盔现在也采用了传感器，使用PCB来监控冲击和速度。灵活的PCB是这些应用所必需的，无论是为了灵活性还是为了处理冲击和振动。
•柔性显示器：柔性显示器多年来一直受到关注，但仍然很少见到由于制造成本高，因此尚未普遍使用。然而，一旦这些生产成本下降，灵活的设备有望成为移动技术的下一个重点。能够比典型的刚性设计更好地处理冲击和应力，柔性显示器可能会导致灵活的智能手机和平板电脑。这可能要求设备中的所有其他设备也可以弯曲，包括PCB。
•医疗仪器：到目前为止，医疗设备创新主要集中在两个技术趋势：小型化和灵活性。灵活的PCB使医疗设备设计人员能够通过在柔性基板上实现紧凑的电路来实现这两者。柔性PCB也因其可靠性和生物相容性而受到青睐，因为它们的连接是一致的，并且它们的基材与人体组织接触是兼容的。由于这些原因，柔性PCB已经成为许多医疗设备的主流，并且被用于手术工具，植入式医疗设备，监视器和传感器。

由于其字面和图形灵活性，柔性PCB具有在整个行业中发现了多种用途，使其成为高需求产品。如果这种趋势持续下去，PCB行业的人们可能会在不久的将来看到更多灵活的PCB设计需求。

6、可生物降解的PCBs

电子废弃物，AKA电子废弃物，是现代最大的环境问题之一。这类废物包括电子产品，如电脑，笔记本电脑，电视，智能手机和家用电器，其中许多都包含既不可生物降解也不环保的部件。虽然电子报废近年来越来越受欢迎，但随着人们试图找到摆脱旧电子产品的方法，电子垃圾仍然成为一个问题。

多氯联苯是这个问题的重要组成部分。一些PCB材料不会很好地降解，并且经常最终进入垃圾填埋场，污染周围的土壤。如果没有妥善处理，PCB制造过程中使用的化学品往往对环境有害，这个问题更加复杂。

考虑到普通消费者在整个过程中经历了多少电子产品。十年来，随着行业趋向于短暂的电气产品，这可能意味着大量抛出的PCB会对环境造成危害。

有许多提出的解决方案可以解决这个问题，从大规模集邮到有组织的电子废物收集服务。一些参与者甚至支持从电子废物中提取贵金属的想法，如钯，银，金，镓和钽，通过冶炼和精炼来重复利用它们。反过来，这将减少矿业公司为电子行业生产大量金属的压力。

当谈到PCBs时，一些科学家建议我们通过改变PCB制造工艺来解决污染问题。这意味着用更环保的替代品来切换传统基材。可生物降解的基材目前正在仔细研究，不需要有害的蚀刻化学品来完成组装过程的替代品。

两者都有助于减少整个电子行业对环境的影响，并可能有助于降低装配和制造成本。

PCB行业的其他未来发展

上面列出的PCB行业的改进和创新并不是独立的。许多其他潜在的创新都超出了技术范围。

其中一个进步是PCB作为主动系统组件的想法。目前，PCB被用作电子设备中的连接组件，在有源组件之间中继消息，因此整个设备可以工作。工程师们正在努力使PCB本身成为有源系统，减少PCB中的元件数量，同时保持功能。

其他进步涉及这些创新之间的相互作用。例如，3D PE制造正在扩展可用于电路的材料类型。这使得使用柔性和可生物降解的基底材料更加可行。通过结合使用这些创新理念，PCB设计人员可以完成令人难以置信的新设计，从而保持PCB行业的发展。