Подложка ИС - будущее PCB будет заменено IC?

Судя по текущему рынку продаж терминального оборудования и обратной связи с ним по цепочке поставок, текущие требования к печатным платам действительно растут, включая 5G, системы "умного дома" и транспортные средства на новых источниках энергии. В дополнение к новым энергетическим транспортным средствам в будущем начнется бурный рост промышленной цепочки вспомогательных производств интегральных микросхем, таких как передовое производство печатных плат и производство приборов для тестирования полупроводниковых материалов. В прошлом эта отрасль была занята в основном Великобританией, Японией, Южной Кореей и другими китайскими странами.

По мере превращения Китая в важнейший индустриальный парк в мире промышленные цепочки "вверх" и "вниз" постепенно перемещаются в материковый Китай, и сфера производства печатных плат является одной из них. В то же время в связи с быстрым развитием новых энергетических транспортных средств, 5G и других новых технологий к печатным платам предъявляются повышенные требования. Как ключевой компонент электронного оборудования, ее эффективность сегодня становится все более заметной.

С 2006 г. Китай по годовому объему производства печатных плат обогнал Японию, став крупнейшей в мире производственной базой, а его доля в годовом объеме производства в 2020 г. достигла 53,8% от общемировой. Интересно, что, хотя мировой рынок продаж печатных плат демонстрирует определенную закономерность, годовая стоимость выпуска печатных плат в Китае продолжает расти. В 2020 году годовой объем производства печатных плат в Китае превысит 35 млрд. долл. Но в условиях процветания такое название широко распространено на рынке продаж, и в будущем печатные платы будут вытеснены интегральными схемами. Куда двинется рынок продаж печатных плат?

Тенденция развития рынка продаж новых энергетических транспортных средств и 5G способствовала росту спроса на печатные платы.

Печатную плату называют "матерью" электронных компонентов, она представляет собой дорожный мост, на котором устанавливаются электронные компоненты и соединяются силовые цепи. Однако противоречия торговой войны и эпидемия "новой коронной пневмонии" за последние два года оказали огромное влияние на полупроводниковую промышленность, и печатные платы неизбежно пострадали.

По мнению специалистов, судя по текущему рынку продаж терминального оборудования и обратной связи с ним по цепочке поставок, текущие требования к печатным платам действительно растут, включая 5G, системы "умного дома" и новые энергетические транспортные средства. Если взять в качестве примера новые энергетические автомобили, то общее количество требований к печатным платам будет в 4-5 раз больше, чем к традиционным автомобилям, и общий спрос на рынке будет достаточным.

В то же время из-за нехватки интегральных схем на рынке сбыта прогресс в производстве продукции многих заказчиков не может сравниться с ожиданиями, включая сборку печатных плат и выпуск готовых изделий на средней и поздней стадиях.

Линь Чаовэнь, руководитель технологического отдела компании Indavino, считает, что из-за длительной задержки повышения цен на интегральные микросхемы, отсутствующие на складе, многие компании электронной техники в Китае решают проблему в соответствии с внутренним производством или заменой интегральных микросхем. Для многих изделий требуется вес печатной платы. Для составления проектных планов некоторые заводы по производству печатных плат также используют совершенно бесплатный метод расстойки, что повысило энтузиазм многих компаний, а также преподавателей и студентов колледжей в отношении расстойки печатных плат, но в определенной степени улучшило ситуацию на рынке производства и продажи печатных плат.

Несмотря на то, что требования новых энергетических транспортных средств к печатным платам резко возросли, в связи с выбором литиевых батарей большой емкости увеличилась величина тока в цепи питания, и все большее значение приобретают схемы проектирования токопроводов и тепловой расчет. В печатных платах больше внимания уделяется оптимизации конструктивного исполнения, но с точки зрения характеристик, точкой, угрожающей стабильности, является горение. Поэтому необходимо постепенно переходить от упаковки интегральных схем к интегральным платам и детализировать изделия в программной среде.

Кроме того, новые энергетические автомобили оснащаются такими технологиями, как беспилотное вождение, радарное обнаружение, интеллектуальная кабина. По сравнению с традиционными транспортными средствами схема проектирования печатной платы гораздо сложнее, и для достижения такого красочного эффекта при установке печатной платы требования к скорости передачи сигнала данных выше, и на интеллектуальном кокпите, скорее всего, появится плата HDI. В то же время новые энергетические транспортные средства, как правило, оснащаются большим количеством модулей камер, что требует большого количества плат жесткого и мягкого синтеза.

В дополнение к новым энергетическим автомобилям в будущем начнется бурный рост цепочки вспомогательных производств для интегральных микросхем ADT7476AARQZ, таких как производство современных печатных плат и производство приборов для тестирования полупроводниковых материалов. В прошлом эта отрасль была занята в основном Китаем, такими странами, как Великобритания, Япония и Южная Корея.

Кроме того, в отрасли оптоэлектронных технологий, особенно в новом поколении активных светодиодов, модуль подсветки, как правило, зависит от количества экранов дисплея и количества печатных плат. Более того, такого рода дисплейные системы обычно используются в таких отраслях, как мониторинг больших экранов и экраны для наружной рекламы и рекламы, и в настоящее время спрос на них на рынке резко возрос.

По словам Линь Чаовэня, в отраслях 5G и "умных" машин ключевым моментом для 5G является учет сырья для печатных плат и разработка качества передачи сигнала данных. По сравнению с 5G, 4G быстрее, больше и имеет меньшую задержку. Аналогичным образом, широкую озабоченность вызвала проблема обгорания базовых станций связи 5G и оконечного оборудования. В индустрии смартфонов мобильные телефоны 5G постоянно совершенствуются с точки зрения отличной производительности, высокого качества дисплея, высокой интеграции и малого веса. Относительная теплотворная способность значительно возросла по сравнению с 4G, и требования к тепловыделению также значительно повысились. В схемотехническом плане для индустрии 5G существует острая необходимость в более экологичных и энергосберегающих компонентах, а также в более разумном решении по отводу тепла от печатной платы.

Как видно, с учетом тенденций развития ряда отраслей, таких как транспортные средства на новых источниках энергии, 5G, новые оптоэлектронные технологии и тестирование полупроводниковых материалов на данном этапе, требования китайского рынка сбыта к печатным платам также растут. В связи с технологическим прогрессом к дизайну печатных плат также предъявляются повышенные требования.

Что такое хорошая печатная плата?

Индустрия печатных плат развивалась в течение длительного времени, и сейчас произошли некоторые новые изменения в конструкции печатных плат. Во-первых, увеличивается миниатюризация, что способствует повышению требований к портативности интеллектуальных продуктов; во-вторых, печатная плата превратилась из традиционной жесткой платы в жестко-мягкую плату. И когда печатная плата переходит в разряд high-end, появляются два ключевых аспекта. Первый заключается в том, что скорость установки и передачи информации становится все выше и выше, а второй - в том, что требования к системам "умного дома" и "умным" носимым устройствам становятся все более и более очевидными.

Заказчики предъявляют все более высокие требования к печатным платам. По словам Линь Чаовэня, ускорение разработки печатных плат, уменьшение их размеров и сокращение времени выхода на рынок - это одновременно и вызов, и возможность. Для заказчиков оптимальным является ускорение сроков выполнения плана проектирования при условии достижения параметров производительности.

Хорошая печатная плата должна обеспечивать целостность сигнала, согласованность импульсного источника питания, а ключевым моментом при тестировании электромагнитной совместимости дизайн-плана являются характеристики цепи питания. С точки зрения того, что видят заказчики, отличная печатная плата должна быть интимной, аккуратной, симметричной, разумной компоновки, красивой и щедрой в разумной компоновке. В то же время она должна учитывать реальные особенности эксплуатации, такие как эффективное расположение силовых розеток на панели управления, простота вставки и установленные знаки безопасности.

С точки зрения национальных стандартов, хорошая печатная плата должна, прежде всего, соответствовать плану тестирования производительности заказчика, стабильность также может быть стандартизирована, и лучше всего, если она будет иметь определенное преимущество в стоимости. Естественно, что для разных продуктов фокус трех вышеперечисленных пунктов будет разным.

Заменят ли интегральные схемы печатные платы?

Хотя современный рынок продаж предъявляет высокие требования к печатным платам, применение многих новых технологий также выдвигает более высокие требования к дизайну печатных плат. Но на рынке продаж есть свое имя. С тенденцией развития интеграции аппаратной конфигурации и программного обеспечения мобильных телефонов приложения будут становиться все проще и проще. Теперь для построения сложной схемы источника питания можно использовать только одну интегральную схему. Если все это будет реализовано, то нынешний бум печатных плат окажется лишь мыльным пузырем.

Но на это Линь Чаовэнь сказал, что хотя скорость обработки интегральных микросхем становится все выше и выше, они вряд ли заменят печатную плату в короткие сроки, но основная точка опоры все равно должна быть выполнена в соответствии с печатной платой. Например, SoC в мобильном телефоне объединяет ряд управляющих модулей, включая CPU, GPU, DDR и т.д., что можно рассматривать как интеграцию всех управляющих модулей, ранее выполненных только на одной печатной плате.

Однако здесь все еще существуют некоторые проблемы. Например, даже в период 5 нм SoC не может интегрировать все интегральные микросхемы мобильного телефона по отдельности под условием гарантии сохранения собственной конфигурации; в то же время, даже если интегральные микросхемы интегрированы вместе, небольшие интегральные микросхемы будут накапливать тепло. На данном этапе эта проблема все еще актуальна, например, горячая проблема процессора Snapdragon 888, и даже iPhone A14 не может решить горячую проблему; кроме того, если сделать интегральную  IС высокой плотности больше, чтобы интегрировать содержимое печатной платы, это снизит пропускную способность продукта, не так хорошо, как если бы она была помещена на печатную плату.

По мнению специалистов, тенденция развития интеграции интегральных схем действительно существует. Например, в процессор мобильного телефона были интегрированы такие компоненты, как микросхемы baseband, что значительно уменьшило общую площадь системной платы компьютера мобильного телефона. Однако следует заметить, что при таком соотношении сторон интегральной схемы необходимо стремиться к миниатюризации и легкости, обеспечивая при этом соответствие ее характеристик предъявляемым требованиям.

На некоторых уровнях сложность изготовления коммерческих компьютерных материнских плат возросла. В то же время в некоторых открытых гнездах печатных плат трудно обеспечить подключение к USB, что становится проблемой для интегральной микросхемы. И в некоторых надежных изделиях она используется реже. Необходимо в полной мере учитывать стоимость товара и соответствующие требования. Поэтому в течение длительного периода времени в будущем требования к традиционным печатным платам будут продолжать расти.

Но здесь можно явно выдвинуть иллюзию, поскольку печатные платы в основном основаны на проводниках и изоляторах для загрузки электрических проводниковых трасс, в то время как интегральные схемы изготавливаются на основе полупроводниковых материалов. Поэтому вопрос о том, можно ли в будущем использовать полупроводниковые материалы в качестве сырья для производства печатных плат, естественно, будет связан с ценой сырья, характеристиками импеданса сигналов данных и физическими вопросами, такими как долговечность, тепловыделение и искажения.

Однако если это удастся сделать, то печатные платы из полупроводниковых материалов можно будет рассматривать и как интегральные IС размером с печатную плату.

Судя по рынку продаж в последние годы, китайская цепочка производства печатных плат продолжает быстро развиваться. С появлением 5G, новых энергетических транспортных средств и новых оптоэлектронных технологий перед печатными платами встают новые задачи. В то же время совершенствование этой области предъявляет требования и к сторонним разработчикам печатных плат. В соответствии с требованиями производителя оригинала и производителя печатных плат в итоге был разработан экономически эффективный план массового производства. Независимо от того, заменят ли интегральные схемы печатные платы в будущем, по крайней мере, в ближайшем будущем, требования к ним продолжают расти. Но в долгосрочной перспективе многие независимые инновации происходят из смелых предположений.