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EIPC 50周年研讨会第1天——过去、现在和未来(第1部分)

八月 01, 2018 | Pete Starkey, I-Connect007
EIPC 50周年研讨会第1天——过去、现在和未来(第1部分)

和John Ling的会面,就像回到了老时光,我和他一起到处参加行业活动已二十多年了,他现在仍然担任EIPC市场经理。这次我和他一起从英国伯明翰飞往德国杜塞尔多夫,参加EIPC 50周年夏季研讨会。

借用Ling在EIPC出席邀请函中的介绍:“从PCB不再只是一种商品开始,EIPC成立已有半个多世纪了。PCB是技术性的艺术品,技术专业人员通过各种行业技术会议活动聚集在一起交流,看看哪些生产厂商有好的工艺和佣金。”说到参观工厂这个额外节目,他继续用艺术画廊作比喻,他把Unimicron欣兴电子位于Geldern的新多层板工厂比喻为“欧洲PCB行业的泰特现代美术馆”。 

最近再次当选的EIPC主席Alun Morgan,已经是他的第三届任期了,他向来自17个国家的135名代表致欢迎辞。他引用了法国工业的坚定拥护者Bernard Bismuth话来描述PCB:“设计时所确定的最后一件产品和生产是所需要的第一件产品,它一直处于不断变化中!”Bernard Bismuth担任CCI Eurolam公司总经理已有43年,现任巴黎高等商学院HEC的兼职教授。

在他的致辞中,Morgan追溯到了1968年,即Mario Fassini博士创立EIPC的那一年,同年,阿波罗8号成为第一个绕月球轨道运行并安全返回地球的载人航天器,Martin Luther King和Bobby Kennedy被暗杀,Buckminster Fuller提出了覆盖曼哈顿中心区3公里范围的“金刚罩”设计。

Fuller的球形穹顶形式具有重要意义,借助于这一理念,人们将由60个碳原子和90个共价键组成的碳球形同素异形体(这些碳原子以12个六边形和20个五边形排列),称为“巴克敏斯特富勒烯”,或者“巴克球”。Morgan向观众提出了挑战,问他们谁能构建一个富勒烯球棒分子模型,Emma Hudson迅速向他展示一个完美的复制品,给人留下了深刻的印象!

他探讨的主题线索层层推进,从碳纳米管到神奇的材料石墨烯,甚至展示了他如何使用石墨棒和一卷胶带制作他自己发明的石墨烯材料,他认为这将是下一代电子技术的关键推动因素。

最后Morgan,带来了EIPC创始人Fassini博士的问候,Fassini管理EIPC长达 25年。接着,Morgan介绍了下一位发言人Walt Custer,他的《全球电子产业的商业前景——欧洲篇》报告总是让人充满期待,当之无愧被公认为未来几个月的权威指南。

Custer首先发出警告:“我比去年更加忧虑。先行指标开始降温,增长开始放缓。要注意发展可能会慢下来。”他对世界电子行业商业状况的总结表明,经过2017年的强劲增长后,扩张现在已经放缓,尽管汇率的差异,可能会导致计算严重失真,以美元计算的增长率远远超过了基于欧元的数字。无源元件短缺仍然是一个大问题,内存需求继续推动半导体销售。并且,不可避免地,这些需求和短缺导致了价格上涨。主要的增长动力是汽车、工业和物联网,5G和其他颠覆性技术正在兴起。但地缘政治问题仍然非常严重,如果贸易争端升级,则存在全球经济放缓的真正风险。

Custer预计,未来十年全球汽车行业将出现重大颠覆,自动驾驶汽车的发展趋势将引发整个行业市场的重新划分。虽然会创造许多新的工作岗位,特别是在半导体和电子系统中,但同时可能会失去现有的数十万个工作岗位。

看看欧洲PCB产业的前景,其占世界产量的比例不到4%,2017年的总产量估计在18. 6到18.8亿欧元之间,其中德国分占43%,奥地利/瑞士占18%,意大利为占10%,法国占9%,英国占8%,斯堪的纳维亚Scandinavia 占2%。欧洲五大制造商分别是奥地利的AT&S、德国的Würth、Schweizer、KSG以及法国的Elvia。虽然预计2018年将继续增长,但不会像2017年那样强劲,而且多国条约和贸易协定的未来不确定性对商业信心产生了不利影响。

Emilie Jolivet是第2个主题发言人,她是More than Moore市场研究和战略咨询公司Yole部的半导体和软件部门主管,她讨论了先进基板和嵌入式芯片技术的发展,这些技术可能会导致PCB行业的革新。她说,外形尺寸是目前PCB和基板的主要驱动因素。5微米线宽/线距的基板制造与30微米线宽和线距的PCB制造之间存在着技术差距。类基板PCB(substrate-like-PCB ,简称SLP)弥补了这一技术差距,尽管新的制造技术需要投资,但目前这种技术可获得且负担得起。

随着智能手机对更高电池容量需求的增加,可容纳电子部件的空间不断减少,因此电路板需要更小并同时要具备更多功能。HDI正在被推向其互连密度的极限,而苹果通过将SLP引入其最新的iPhone创造了新的趋势。SLP可以有效地将HDI效率提升两倍。例如,虽然目前的智能手机可能有10层HDI板,线宽/线距为40微米,但下一代就可能有20层堆叠SLP,线宽/线距为25微米,占用空间减少40%。PCB和基板制造商已开始生产SLP并投资mSAP,而且一些制造商已具备了这种生产能力。据预测,到2023年,17%的智能手机将使用SLP。

Jolivet详细介绍了嵌入式芯片封装的发展趋势和成本因素,以及基板中的嵌入式互连,并介绍了英特尔的嵌入式多芯片互连桥——它是一种没有硅通孔的封装,用在倒装芯片BGA基板嵌入的中介层替代了昂贵的2.5D硅中介层。嵌入式芯片收入预测显示其应用将会显著增长,因其形状因素、更高的元器件集成、更短的互连及热管理和对恶劣环境的保护的优势,它不仅可用于智能手机中,而且还可用于汽车电源转换器。

制造能力和良率的不断提高使得嵌入更高价值的元件成为可能。嵌入式芯片封装已经为中低功耗应用提供了解决方案,并且可以通过将芯片嵌入PCB中来填补中高功率应用中集成封装的空白。

基板制造商正试图进入封装业务领域,他们已经在供应链中建立了许多商业和开发合作伙伴关系。中国正在进入一个传统上被视为欧洲和日本的技术领域。

最后的主题演讲来自Atotech的技术战略和战略市场经理Roger Massey,他对HDI市场形态的变化有其独特的见解。

他解释说,HDI PCB已经发展了三代:最初的减成法技术,线宽和线距可达60微米,通过任意层技术,线宽和线距达到了40微米,而改进的半加成法技术,使线宽和线距实现了小于30微米。他还

评论了技术路线图,历史上有许多技术路线图曾作为有根据的猜测来表明未来的互连密度要求,他们的预测在很大程度上被移动设备的近期市场发展所打败。手机越来越薄,尽管屏幕尺寸越来越大,但PCB的可用空间却越来越少,因为必须容纳更大的电池。这推动了技术转向更小的外形尺寸和设计,并推动HDI市场,通过孔、焊盘和导体的小型化增加互连密度,以改善与下一个系统级的连接,通常是IC基板或某种形式的直接芯片连接,并提出了最大化电气性能、减少延迟和提高信号速度的需求。

使用在制板电镀技术无法实现小于30微米的线宽/线距,需要改良型半加成法工艺(mSAP)或高阶改良型半加成工艺(aMSAP)。需要薄至2微米的铜箔具有改进的表面处理,能够更有效地激光钻超小型微导通孔,以及具有皮秒和飞秒脉冲的新型激光器,最大限度地减少热损伤,同时实现最大导通孔密度。

化学工艺供应商正在开发创新解决方案,以满足当前和未来的市场需求。其中包括表面制备和多层粘合处理,用于小导通孔的去钻污和小微导通孔的高均镀力化学镀铜,能够同时实现导通孔填充和图形电镀的镀铜电解液,以及实现30微米以下线宽/线距的光致抗蚀剂和剥离剂,确保更小焊盘上的焊点可靠性和电气性能的表面涂层。

Massey的结束语是:“接下来的5年将非常具有挑战性——但作为一个行业,我们能够应对这些挑战!”

EIPC副主席Emma Hudson主持了题为“欧洲PCB历史与未来”的第2场会议,并邀请了Multiline International Europa的常务董事兼前EIPC主席Paul Waldner回顾了过去50年欧洲印制电路板制造简史。

Waldner表示很遗憾自己仅在这个行业做了44年,他是胶片底图时代的设计师。他回顾了更久之前奥地利工程师Paul Eisler 1936在年英国工作期间对印制电路的最初发明,从那时起一路追溯技术和欧洲工业的发展,回忆了一长串赫赫有名的人物和大事件。他的演讲触发了听众席上业内老一辈的许多回忆,特别是当他用一系列旧照片挑战代表们识别名字、面孔和事件场合时。

成立EIPC的决定是在1968年的Electronica展会上做出的,EIPC以代表欧洲工业在文化、职业道德、技术和社会工作接口方面的需求为目标。EIPC的职责是为行业提供教育和培训,在各个层面建立行业联系,并与标准化组织合作开发IEC标准。在EIPC、ICT、IPC和JPCA的共同努力下,第一届印制电路世界大会于1978年在伦敦举行。

到1980年,欧洲的印制电路产量已达到约13亿美元。到2000年,销售额已经达到了约65亿美元的峰值,从那时起,直到2015年左右销售额逐步下降,目前的销售额稳定在每年约28亿美元。目前,HDI、挠性和刚挠性PCB占欧洲PCB产量的30%,有迹象表明,在医疗、军事、航空电子、工业等小批量生产领域,以及在采用高速材料和刚挠结合板等高价值电路中,PCB产量可能会随着全球PCB需求的增长而增加。

Paul Waldner回顾了过去,而行业分析师兼战略家Hans Friedrichkeit则展望了未来印制电路板的技术驱动因素。“你记得2008年或千禧年吗?你可能已经不在意了它们了!但是,2028年我们的世界会是什么样子呢?”

Friedrichkeit使用了许多视频插图来举例说明即将发生的事情:“我们生活在颠覆性创新的时代,现有技术很快被取代。25年前,有一部手机就可以随时随地进行通信。11年前,iPhone开启了智能手机时代。语言、图像和数据与无数应用程序的融合成为现实。9年前,特斯拉通过它的Roadster创造了电动汽车新纪元。目前,第一辆电动汽车都已上路。”

关于先进的驾驶辅助系统,他说:“我们将很快习惯自动停车、交通避免拥堵助理和高速公路上的自动驾驶。第一辆无人驾驶机器人出租车正在试运行中,大约7年后自动驾驶完全合法。”他介绍了梅赛德斯的Smart概念车——Smart Vision EQ Fortwo,这款车在2018年CES展会上展出,没有方向盘、没有踏板,通过智能手机操作,可实现城市交通和高效的本地公共交通的新愿景。未来还有智能车辆底盘,它配有可拆卸的乘客舱,可以通过无人机提升和运输乘客舱,并放置在有一定距离的城市的另一个底盘上。“未来将更加令人兴奋,而且比预期更快!”

接下来的演讲者是来自Lackwerke Peters的首席技术官,他探讨了通过印制电路板上的特制涂层实现热管理改进的可能性和经验。

美国空军航空电子设备完整性计划已将温度确定为其电子系统失效的主要原因,占所调查失效原因的55%,失效主要是由于元器件密度、大功率元器件和高室温条件下的应用造成的。

那么如何管理热呢?Gentschev回顾了热传导和散热的理论原理,以及热阻抗和界面的重要性。他讨论了散热界面材料如何改善热耦合和热转换,以及低剪切模量公式如何有助于在具有不同热膨胀特性的材料之间的界面进行热机械解耦。

他列举了散热油、散热箔和间隙垫材料的局限性,展示了印制散热界面材料的实例,这些材料可由PCB制造商以30至150微米的厚度进行丝网印刷,并总结了导热膏的特性和选择标准。虽然传统的散热片是作为单独的部件粘合在PCB上的,但使用导热膏将它们直接印刷到PCB表面上是可行的,如果需要,可以将它们与印刷的散热界面膏结合使用。他展示了几个应用实例并比较了热成像测量结果。

作为I-Connect007技术编辑和EIPC的技术顾问,我很高兴被邀请主持第3场会议,这场会议的主题是汽车PCB的安全性、工艺可靠性和可追溯性。

第1位发言人是ASS-SAA Automation的联合常务董事Frank Tinnefeld,主题是全集成PCB生产自动化。他的演讲特别提到了Geldern的新Unimicron工厂的最新状况,他的公司为其提供了自动化和处理系统。

2016年12月大火摧毁了Unimicron的内层工厂后,他们迅速与ASS Luipold和SAA合作指定其建设他们的新厂,ASS Luipold和SAA后来合并为ASS-SAA Automation。目标定义很明确:采用最新的技术,为未来的市场需求做好准备,通过在线生产自动化减少交货时间,使所有生产过程都实现自动化,100%订单跟踪并消除手动订单输入,并尽可能消除其相关的纸质工作。

生产理念是集中内层制造:从装载预清洗到卸载显影-蚀刻-剥离生产线,自动光学检验(AOI)的在线排列,然后从装载内层到卸载粘合处理生产线的在线排列,然后多层堆叠和层压,接着进行外层X射线和多层边缘修整,以上都是在外层生产之前完成。

设备概念通过集成智能存储解决方案、先进先出缓冲器和自动导引车完成显影-蚀刻-剥离和AOI之间、AOI和内层冲压和粘接处理之间、以及粘合处理和多层叠层之间的工作来实现。能够在材料改变的情况下不中断生产,具有双托盘自动化、双盒自动化和双托盘交错处理功能,从而实现了工艺自动化装载和卸载。

每块在制板都标有唯一的数据矩阵码(DMC),通过条形码跟踪每个正在进行的工作盒,可在整个工艺过程中实现100%跟踪,并始终识别其内容。智能制造执行系统与客户的ERP和质量系统可顺利集成。

Tinnefeld的演讲是PCB 4.0智能工厂概念的示范性演示,并为研讨会结束后的Unimicron工厂参观提供了有意义的背景介绍。

AWP集团的副总裁兼联合创始人Jochen Zeller提供了智能制造的自动化和可追溯性的另一个实例。AWP是材料处理和自动化系统以及水平湿制程设备的供应商,他将在Whelen Engineering位于美国新罕布什尔州Charlestown的GreenSource PCB制造厂的工业4.0工厂集成项目作为演示模型。

该项目的目标是创建一个完全自动化、集成和数据驱动的PCB工厂,实现真正的单件流程。Zeller采用内层单元实例演示了如何实现自动化和集成概念。他描述了关键设备的特点,尤其是灵活的机器人系统,能够轻柔地处理超薄材料和非接触式定位中心,它采用6托盘运输车,可根据MES系统的数据输入单独访问每个托盘。托盘以随机顺序自动装入机器,每个托盘配备RFID芯片,推车本身也是如此。有5个这类机器人装置用于内层单元。

他描述的第2个关键设备是一个灵活的缓冲器,它可控制整个系统中有多少块在制板,以确保所有板在有故障情况下能被存储。缓冲系统使用的是无粒子操作的拾取和放置, 而不是皮带,可完全灵活地补偿互连系统中的不同线速度。这些缓冲器中的3个用于内层单元。

每块在制板都有一个独特的DMC码,DMC扫描装置定位于工艺的每个阶段。例如,如果在蚀刻机上需要进行程序更改以补偿不同的铜厚度,则所有喷涂杆都可单独控制,并且将根据在制板上的DMC码输入数据启动更改。此外,在内层单元的几个阶段都有RFID读写头和连接模块,以跟踪推车和托盘。该项目目标已经实现,并且实现了具有单板流动跟踪功能的全自动、集成及数据驱动的PCB工厂。

我们欢迎前EIPC副总裁Giacomo Angeloni回到欧洲,他在美国和中国工作了几年,他是Mektec Europe的产品总监。

他就电动汽车电池连接技术安全性的演讲报告令人深受启发。他说Mektec Europe是汽车行业挠性电路、组件和模块的主要供应商,而汽车市场对于挠性电路业来说可谓是走到了创新的十字路口。

在一些触目惊心的火灾事故中,起火的原因通常与锂电池有关,比如波音、三星和特斯拉。但在汽车中,只有极少部分的公路火灾事故归因于锂电池问题,通常是与过度充电或滥用机械有关。但是,用于电池组内的电池互连技术仍有很大的改进空间,简化连接方式来避免因短路造成的问题,并适应充电和放电期间的尺寸变化。挠性电路技术提供了可靠且经济的解决方案,可以通过铆接或超声波焊接进行连接,并且可以结合熔断器和过温传感器。他分别列举了几个非安全和安全连接的例子,并分发了几个小样供大家传看。典型的基础材料是2密耳的环烷酸聚乙烯和1~2密耳的聚酰亚胺。

欢迎持续关注我们关于EIPC 50周年大会的后续报道。

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