微电子设计的挑战及其益处

2021-04-26

微电子设计的挑战及其益处

该微电子市场增长快速。我们将重点介绍微电子设计的一些优点和挑战。为了充分利用微电子领域，公司必须确保他们适应微电子的局限性和优势。

微电子学的重要性是什么？

为了充分理解微电子技术的好处和挑战，首先必须解决驱动公司朝着这个方向发展的一些因素。

可以说，这里最大的问题是消费者需求。从某些方面看，这是显而易见的-考虑一下过去二十年来蜂窝电话的发展情况，从砖形盒子到今天我们知道的超薄设备。在笔记本电脑，平板电脑等中可以看到相同的趋势。在这些情况下，电子公司正在响应消费者对较小产品的需求。

还必须认识到，可穿戴设备和物联网的迅速普及正在推动微电子设备和组件的发展。在这些情况下，不仅仅是消费者偏爱导致更小的设计。取而代之的是，这些解决方案只有在微电子技术的发展和使用下才能存在，这是一个简单的事实。公司正在接触设计或制造工厂，发现微电子领域的可能性，并立即做出相应的努力。

物联网市场将在几年内价值数千亿美元。仅在医疗保健领域，就其本质而言，依赖微电子技术的医疗设备和可穿戴设备市场本身将价值数十亿美元。

微电子学的挑战

那么，微电子学对PCB设计人员的挑战是什么？

随着尺寸的缩小，电路板本来就变得更致密。设计人员需要将更多的输入/输出打包到一个较小的空间中，并使这些焊盘阵列尽可能靠近在一起。这里的问题是，随着间距越来越紧，走线和间距也越来越紧，这给信号可靠性带来了挑战。在典型的电路板上与微型印刷电路板不同，迹线上的信号会随着迹线变小而失去能量。这是由于一个简单的事实，即在微级上依靠减法电路板印刷方法时，要确保信号的均匀走线是极其困难的。

这可能会给微电子设备本身带来严重的问题。也许最值得注意的是，较弱的信号强度将导致电池寿命缩短。对于电子设备而言，这是一个日益重要的问题，涉及广泛的空间，包括上述所有突出显示的空间。对于消费类电子产品，对手机和其他手持设备的需求很明显，它们可以持续使用很长时间而无需充电。对于其他微电子方面的问题，例如IoT传感器和植入物，充电可能是不可行或不可能的，因为设备本身根本无法到达。在这些情况下，令人印象深刻的电池寿命是设计成功的绝对前提。

任何无法完全解决增加电路板密度带来的微电子挑战的微设计都将面临无法充分发挥其全部潜力的风险，或者可能无法正常工作。

这个领域固有的另一个不那么明显，从某种意义上讲，也是更少的技术挑战，是不断发展的微电子市场正引领着许多公司首次尝试使用该技术的事实。例如，一家健康技术公司可能会对利用微细加工以减少需要抽取的血液进行测试的新设备的潜力感兴趣。但是，与像Apple或Samsung这样的主要电子产品开发商不同，该公司不太可能拥有自己的设计团队来开发微电子产品。相反，该公司将需要与精通微电子技术的第三方设计或制造公司联系。

好消息是，微电子学的这些挑战中没有一个是不可克服的。

微型PCB如何推动微电子技术向前发展

如果您需要对未来几十年的电子市场发展做出一个单一的预测，那么也许您可以做出的最安全的选择就是该行业正在朝着微电子领域发展。毕竟，过去20年就是这种情况，而且实际上没有理由认为不久的将来会有所不同。如果有的话，这种趋势可能会加速。

最近，我们介绍了微电子技术的当前状态，包括该技术的一些最值得注意的应用。我们还介绍了微电子设计的一些最值得注意的好处和挑战。今天，我们将仔细研究这个领域的一个更具体的部分：微型印刷电路板。微型PCB在提高微电子设计的效率和效率方面发挥着关键作用，并开辟了以前无法实现的可能性。
克服微型PCB挑战以打造更好的微电子产品

我们讨论了电子产品尺寸的缩小如何造成严重的设计困难。最值得注意的是，电路板上更紧密的走线/空间会导致信号丢失，从而导致各种各样的问题。这包括缩短电池寿命和降低能源使用效率，这两者都可能严重破坏新微电子设计的价值。

解决此问题的理想解决方案是利用较小的PCB，这些PCB可以适应这些缩小的尺寸，而不会导致随后的质量下降。自然，这说起来容易做起来难。通常，PCB设计行业向微型化的发展是由设备设计师和制造商的需求推动的。但是，迹线和空间以及电路板本身的最小尺寸已存在（或至少已经存在）限制。

但是，近来，微型PCB技术的进步使得适应这种转变成为可能。关键发展：加法工艺。

加性与减性微型PCB

直到最近，PCB走线和空间的最小宽度仍为3密耳。问题不在于PCB制造商不能生产低于该数字的线，而是在于他们在不牺牲一致性和准确性的情况下就无法缩小尺寸。这是微电路印刷工艺的减法方法所固有的问题。传统方法在如此小的尺寸上并不精确，因此，在线宽方面总是存在一定程度的不确定性。随着电子设备和电路变得越来越小，精度的缺乏变得更加棘手，难以接受。

但是，对于基于添加剂的印刷电路板工艺，情况已不再如此。附加方法不是去除铜（即减法），而是将铜添加到PCB中。该技术更加精确，可以使制造商提供更小的跟踪空间和更高的每英寸密度，而不会遇到上面突出显示的信号丢失问题。这在很大程度上要归功于这样一个事实，即加法过程可以为信号传输提供普遍统一的轨迹和空间，从而减少了数据损坏。

新的微潜力

这些微型PCB生产技术进步的最终结果是，设计人员和制造商在实现微电子目标方面面临的障碍更少。这为在众多空间中进行更大的创新创造了机会。

例如，考虑物联网。在许多物联网应用中，小尺寸势在必行。但是，与此同时，诸如传感器之类的设备需要能够在很长一段时间内正常运行，而电池寿命不会成为问题。显然，在许多这些设计中，前面提到的信号强度考虑因素是一个主要因素。

但这还不是全部。事实上，随着设备的小型化，生产成本会显着增加。对于追求物联网设计的公司而言，这可能会很快成为成本高昂的问题。

利用附加工艺的微型PCB可以提供更高的电路板密度，可以在更小的空间内安装更多的组件。这大大减少了数量，这意味着生产的总成本要低得多。

现在，公司可以在了解微PCB生产不会成为确保其设计能够带来可盈利设备的障碍的情况下，寻求物联网解决方案。

总而言之，微型PCB使微电子技术更容易实现，并提高了最终产品的质量，同时降低了生产成本。

未来的微型PCB

在未来几年中，所有微电子行业的发展趋势可能会持续下去，甚至会加速发展，所有这些将使微PCB制造对于无数电子公司而言变得更加重要和重要。公司越早朝这个方向发展，他们获得的竞争优势就越大。

即将到来的物联网趋势

我们已经介绍了很多有关物联网的内容，但是最重要的一点是，这是一个巨大且快速增长的市场，几乎具有无限的潜力。

物联网的吸引力很大一部分是任何人都可以访问。在大多数行业中，技术突破仅限于专业人士和专家的地方，物联网已经扩大了竞争环境，为初创企业和成熟企业创造了新的机会。从复杂的高密度互连板到价格可承受的DIY计算机（如Raspberry Pi），物联网应用程序可以以各种形式找到。

但是，要使该理论成为现实，必须解决片上系统（SoC）的挑战。SoC本质上是一个微芯片，所有重要电路和部件都可以包含在单个芯片中，这具有明显的优势。SoC具有其所有优点，是一个极其复杂的区域。可见性很小，设计这些极其密集的电路既不直观也不友好。作为业余爱好者，这项技术非常复杂，因此不容易自学或学习。另外，供应商很少，他们倾向于与具有可靠业务量的公司合作。

这个简单的事实可能会阻止许多较小的公司追求物联网设备和应用程序，而它们却面临着物联网承诺的普遍性。毕竟，与物联网相关的设备变得越来越小，需要的组件也越来越小。

微型PCB将在解决此问题中扮演重要角色。借助微型PCB，设计可以变得更小，但不会损失任何可见性-每个组件都可以封装和访问。较低的使用门槛至关重要，因为它有助于确保即使人员不具有丰富的微电子经验的组织也能够在该领域进行设计，从而将物联网市场开放给更多的企业。随着物联网市场的不断扩大，企业进入这一领域的动力将越来越大。微型PCB将使进入该空间成为可能。

另一个关键因素是成本。通常，随着电子设备尺寸的减小，成本也会增加。再次，对于那些急于尝试发展中的物联网市场所提供的潜力的公司而言，这可能是进入该公司的严重障碍。但是，使用微型PCB，设计人员可以减少层数。增加的密度可以将成本降低50％或更多。显然，这是一种极具吸引力的可能性，并可能导致在微电子领域（包括但不限于物联网）中更多地采用微型PCB。

上面强调的许多要点还将导致在另一个关键空间（可穿戴设备）中大量采用微型PCB。该方程式的一个关键因素是微型PCB会对可穿戴设备的电池寿命产生影响。

更高的信号强度以及更长的电池寿命是微型PCB提供的最大优势之一。随着可穿戴设备的普及，这种好处将越来越明显。随着“可穿戴设备”类别扩展到包括可植入设备，这一点将特别明显。毕竟，植入的设备将无法充电，或者至少非常困难，很难充电，这意味着电池寿命可能是生存能力与无用能力之间的差异。对于将来渴望进入或扩展可穿戴设备领域的任何公司来说，这将使微型PCB成为绝对必要的产品。

所有这些因素清楚地表明，尽管微型PCB已经对微电子产生了影响，但这种影响在不久的将来很可能会激增。为了帮助您的公司更好地进行准备，其中提供有关微型PCB设计的建议。