微電子設計的挑戰及其益處

2021-04-15

微電子設計的挑戰及其益處

該微電子市場增長快速。我們將重點介紹微電子設計的一些優點和挑戰。為了充分利用微電子領域，公司必須確保他們適應微電子的局限性和優勢。

微電子學的重要性是什么？

為了充分理解微電子技術的好處和挑戰，首先必須解決驅動公司朝著這個方向發展的一些因素。

可以說，這里最大的問題是消費者需求。從某些方面看，這是顯而易見的-考慮一下過去二十年來蜂窩電話的發展情況，從磚形盒子到今天我們知道的超薄設備。在筆記本電腦，平板電腦等中可以看到相同的趨勢。在這些情況下，電子公司正在響應消費者對較小產品的需求。

還必須認識到，可穿戴設備和物聯網的迅速普及正在推動微電子設備和組件的發展。在這些情況下，不僅僅是消費者偏愛導致更小的設計。相反，很簡單的事實是，這些解決方案只能依靠微電子技術的發展和使用而存在。公司正在接觸設計或制造工廠，發現微電子領域的可能性，并立即做出相應的努力。

物聯網市場將在幾年內價值數千億美元。僅在醫療保健領域，就其本質而言，依賴微電子技術的醫療設備和可穿戴設備市場本身將價值數十億美元。

微電子學的挑戰

那么微電子學對PCB設計人員的挑戰是什么？

隨著尺寸的縮小，電路板本來就變得更致密。設計人員需要將更多的輸入/輸出打包到一個較小的空間中，并使這些焊盤陣列盡可能靠近在一起。這里的問題是，隨著間距變得越來越緊，走線和間距也越來越緊，這給信號可靠性帶來了挑戰。在典型的電路板上（與微型印刷電路板不同（我們將在以后的博客文章中更深入地探討這一主題）），跡線上的信號會隨著跡線變小而失去能量。這是由于一個簡單的事實，即在微級上依靠減法電路板印刷方法時，要確保信號的均勻走線是極其困難的。

這可能會給微電子設備本身帶來嚴重的問題。也許最值得注意的是，較弱的信號強度將導致電池壽命縮短。對于包括廣闊空間在內的各種空間中的電子設備來說，這是一個日益重要的問題。對于消費類電子產品，對手機和其他手持設備的需求很明顯，它們可以持續使用很長時間而無需充電。對于其他微電子方面的問題，例如IoT傳感器和植入物，充電可能是不可行或不可能的，因為設備本身根本無法到達。在這些情況下，令人印象深刻的電池壽命是設計成功的絕對前提。

任何無法完全解決增加電路板密度帶來的微電子挑戰的微設計都將面臨無法充分發揮其全部潛力的風險，或者可能無法正常工作。

電池壽命是微電子設計的主要考慮因素。

這個領域固有的另一個不那么明顯，從某種意義上講，也是更少的技術挑戰，是不斷發展的微電子市場正引領著許多公司首次嘗試使用該技術的事實。例如，一家健康技術公司可能會對利用微細加工以減少需要抽取的血液進行測試的新設備的潛力感興趣。但是，與像Apple或Samsung這樣的主要電子產品開發商不同，該公司不太可能擁有自己的設計團隊來開發微電子產品。相反，該公司將需要與精通微電子技術的第三方設計或制造公司聯系。

好消息是，微電子學的這些挑戰中沒有一個是不可克服的。

微型PCB如何推動微電子技術向前發展

如果您需要對未來幾十年的電子市場發展做出一個單一的預測，那么也許您可以做出的最安全的選擇就是該行業正在朝著微電子領域發展。畢竟，過去20年就是這種情況，而且實際上沒有理由認為不久的將來會有所不同。如果有的話，這種趨勢可能會加速。

最近，我們介紹了微電子技術的當前狀態，包括該技術的一些最值得注意的應用。我們還介紹了微電子設計的一些最值得注意的好處和挑戰。今天，我們將仔細研究這個領域的一個更具體的部分：微型印刷電路板。微型PCB在提高微電子設計的效率和效率方面發揮著關鍵作用，并開辟了以前無法實現的可能性。

克服微型PCB挑戰以打造更好的微電子產品

我們討論了電子產品尺寸的縮小如何造成嚴重的設計困難。最值得注意的是，電路板上更緊密的走線/空間會導致信號丟失，從而導致各種各樣的問題。這包括縮短電池壽命和降低能源使用效率，這兩者都可能嚴重破壞新微電子設計的價值。

解決此問題的理想解決方案是利用較小的PCB，這些PCB可以適應這些縮小的尺寸，而不會導致隨后的質量下降。自然，這說起來容易做起來難。通常，PCB設計行業向微型化的發展是由設備設計師和制造商的需求推動的。但是，跡線和空間以及電路板本身的最小尺寸已存在（或至少已經存在）限制。

但是，近來，微型PCB技術的進步使得適應這種轉變成為可能。關鍵發展：加法工藝。

加性與減性微型PCB

直到最近，PCB跡線和空間的最小寬度仍為3密耳。問題不在于PCB制造商不能生產低于該數字的線，而是在于他們在不犧牲一致性和準確性的情況下就無法縮小尺寸。這是微電路印刷工藝的減法方法所固有的問題。傳統方法在如此小的尺寸上并不精確，因此，在線寬方面總是存在一定程度的不確定性。隨著電子設備和電路變得越來越小，精度的缺乏變得更加棘手，難以接受。

但是，對于基于添加劑的印刷電路板工藝，情況已不再如此。附加方法不是去除銅（即減法），而是將銅添加到PCB中。該技術更加精確，可以使制造商提供更小的跟蹤空間和更高的每英寸密度，而不會遇到上面突出顯示的信號丟失問題。這在很大程度上要歸功于這樣一個事實，即加法過程可以為信號傳輸提供普遍統一的軌跡和空間，從而減少了數據損壞。

更緊密，均勻的間隔可提供更大的信號強度。

新的微潛力

這些微型PCB生產技術進步的最終結果是，設計人員和制造商在實現微電子目標方面面臨的障礙更少。這為在眾多空間中進行更大的創新創造了機會。

例如，考慮物聯網。在許多物聯網應用中，小尺寸勢在必行。但是，與此同時，諸如傳感器之類的設備需要能夠在很長一段時間內正常運行，而電池壽命不會成為問題。顯然，在許多這些設計中，前面提到的信號強度考慮因素是一個主要因素。

但這還不是全部。事實上，隨著設備的小型化，生產成本會顯著增加。對于追求物聯網設計的公司而言，這可能會很快成為成本高昂的問題。

利用附加工藝的微型PCB可以提供更高的電路板密度，可以在更小的空間內安裝更多的組件。這大大減少了數量，這意味著生產的總成本要低得多。

現在，公司可以在了解微PCB生產不會成為確保其設計能夠帶來可盈利設備的障礙的情況下，尋求物聯網解決方案。

總而言之，微型PCB使微電子技術更容易實現，并提高了最終產品的質量，同時降低了生產成本。

未來的微型PCB

在未來幾年中，所有微電子行業的發展趨勢可能會持續下去，甚至會加速發展，所有這些將使微PCB制造對于無數電子公司而言變得更加重要和重要。公司越早朝這個方向發展，他們獲得的競爭優勢就越大。

即將到來的物聯網趨勢

物聯網的吸引力很大一部分是任何人都可以訪問。在大多數行業中，技術突破僅限于專業人士和專家的地方，物聯網已經擴大了競爭環境，為初創企業和成熟企業創造了新的機會。從復雜的高密度互連板到價格可承受的DIY計算機（如Raspberry Pi），物聯網應用程序可以以各種形式找到。

但是，要使該理論成為現實，必須解決片上系統（SoC）的挑戰。SoC本質上是一個微芯片，所有重要電路和部件都可以包含在單個芯片中，這具有明顯的優勢。SoC具有其所有優點，是一個極其復雜的區域?？梢娦院苄。O計這些極其密集的電路既不直觀也不友好。作為業余愛好者，這項技術非常復雜，因此不容易自學或學習。此外，供應商很少，他們傾向于與具有可靠業務量的公司合作。

這個簡單的事實可能會阻止許多較小的公司追求物聯網設備和應用程序，而它們卻面臨著物聯網承諾的普遍性。畢竟，與物聯網相關的設備變得越來越小，需要的組件也越來越小。

微型PCB將在解決此問題中扮演重要角色。借助微型PCB，設計可以變得更小，但不會損失任何可見性-每個組件都可以封裝和訪問。較低的使用門檻至關重要，因為它有助于確保即使人員不具備豐富的微電子經驗的組織也能夠在這一領域進行設計，從而將物聯網市場開放給更多的企業。 。隨著物聯網市場的不斷擴大，企業進入這一領域的動力將越來越大。微型PCB將使進入該空間成為可能。

另一個關鍵因素是成本。通常，隨著電子設備尺寸的減小，成本也會增加。再次，對于那些急于嘗試發展中的物聯網市場所提供的潛力的公司而言，這可能是進入該公司的嚴重障礙。但是，使用微型PCB，設計人員可以減少層數。增加的密度可以將成本降低50％或更多。顯然，這是一種極具吸引力的可能性，并可能導致在微電子領域（包括但不限于物聯網）中更多地采用微型PCB。

上面強調的許多要點還將導致在另一個關鍵空間（可穿戴設備）中大量采用微型PCB。該方程式的一個關鍵因素是微型PCB會對可穿戴設備的電池壽命產生影響。

更高的信號強度以及更長的電池壽命是微型PCB提供的最大優勢之一。隨著可穿戴設備的普及，這種好處將越來越明顯。隨著“可穿戴設備”類別擴展到包括可植入設備，這一點將特別明顯。畢竟，植入的設備將無法充電，或者至少非常困難，很難充電，這意味著電池壽命可能是生存能力與無用能力之間的差異。對于將來渴望進入或擴展可穿戴設備領域的任何公司來說，這將使微型PCB成為絕對必要的產品。

所有這些因素都清楚地表明，盡管微型PCB已經對微電子產生了影響，但這種影響在不久的將來可能會猛增。