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各就各位! 迎接真正的 3D打印与光子电路

三月 05, 2020 | I-Connect007
各就各位! 迎接真正的 3D打印与光子电路

Nolan Johnson采访了Northwest Engineering Solutions 公司的总裁Zach Peterson。Zach Peterson预测了挑战PCB制造行业目前现状的两件事:真正的3D打印和增材制造,涉及分立器件以及载板和走线,以及一种完全不同的方法——光子。 

Nolan Johnson: Zach,您能做一下自我介绍吗? 

Zach Peterson:我拥有Northwest Engineering Solutions公司,我们从事与PCB和电子行业相关的许多业务。我还为多家公司撰写文章,Northwest拥有一群从事设计工作的自由职业者,他们可设计软件、制作定制分析工具和进行技术研究。我们为PCB公司和其他初创公司提供的方案具有前瞻性,而且始终致力于向客户提供切实可行的建议,这一点很重要。

我们希望提供方案来解决设计师遇到的问题,并且这个方案能立即应用到客户产品中。这点非常重要,因为有时人们遇到设计问题,但在互联网上找不到答案。我们的目标就是进行研究,并帮助客户找到答案。

Johnson:所以,尽管你可以做具体设计工作,但这不是你的首要目标? 

Peterson:对,正如我所说,我有一群与我合作的自由职业者,他们进行设计。其中一个伙伴是射频设计师,设计了很多无线系统。另一个伙伴为太阳能行业完成了很多设计,有15年工作经验,现在为自己和其他公司做自由设计。

Johnson:你们的理想客户是哪类公司?

Peterson:我们的理想客户是拥有新产品并希望将其价值传达给目标市场的公司,例如软件或硬件产品,但他们不知道该怎么做。营销方面存在很多竞争,我们与具有创新精神,并希望进军领导地位的公司合作。如果你是一家电路板厂,并且你的工厂与其他20个电路板厂的业务相同,则可能无法成为我们的客户。如果你已采用了与客户沟通后的制程进行生产,并帮助行业将其提升到新水平,那么这样的公司就是我们的理想客户;我在PCB West展会上遇到了一家这样的公司,并进行了深入交流。 

Johnson:你的团队已经这样做多久了? 

Peterson:实际上,我是一名物理学家,我从事研究工作已超过10年,出版了很多书。我最初研究光子和光电子,拥有广泛的研究背景,最初涉及传感器,然后是光电子器件、半导体和纳米粒子激光器。两年前,我离开学术界,转到了企业。与公司合作并能够提供有用的解决方案很有意义,因为业界一直在寻找这样的解决方案。学术界的主要任务之一就是你需要进行大量的研究和写作,也许有10个人或20个人会引用你的成果,而你很高兴能为每10个人解决1个问题。随着为电子公司和小型初创公司制定方案,看到他们成长,从他们的目标受众中看到更大的参与度,是令人欣慰的。 

Johnson:纵观整个行业,你有哪些主要发现? 

Peterson:更高的频率是大趋势。我认为,运行速度达10GHz、最广泛的商用产品是汽车和无人机雷达。现在,这些系统的频率已接近100GHz,这并不是说没有可以更高频率运行的产品。但是,我们谈论的是通常会购买的产品。我认为将看到极端频率被进一步推向更高。显然,我必须能够处理混合信号和数字信号,但我更像是一个模拟设计师。我喜欢模拟设计;这就是为什么我需要射频设计师,我最近写的很多东西都是关于模拟设计的。

从制造方面来看,你还将看到的另一件事是工厂内部正在向更大的连通性迈进。你还将看到向3D打印和增材制造的转移。我通常不喜欢在这类采访中提及某个具体的公司,但是Nano Dimension公司确实是3D打印领域的一家创新公司。其他公司也在进行PCB的3D打印,但是我发现Nano Dimension公司的工艺很有趣,这就是我提到他们的原因。将来,你不仅会看到PCB的增材制造,还可以看到更多元器件的增材制造,包括半导体器件。

目前,你可以制作导电元器件,就像可以制作电磁线圈一样;可以通过使用基板作为介质来制造电感器或电容器。随着3D打印系统的材料范围不断扩大,并开始进入有机半导体材料范围,有机材料是一大类材料,你将开始看到对3D打印实际半导体元器件有用的低温工艺悄然出现。最终我们将看到光刻工艺,用于缩小栅极尺寸。现在,无需使用硅就可以3D打印晶体管,并且可以一次完成电路板、晶体管和导体的打印。

Johnson:看起来很像真正的3D打印。 

Peterson:是的。目前你可以制作刚性电路板、挠性电路板以及所有导体,但不能制作元器件,一旦完成了元器件的制作,便可以制造功能齐全的电路板。

我还想指出目前PCB设计行业的很多人都没有考虑到的另一发展趋势。从光学的角度来看,我们一直在谈论这一问题,因为这里有所谓的光子集成电路以及相关的光电子集成电路。你将看到的是功能齐全的消费类器件,它们可在光子上部分或全部运行。

人们正在致力于在电路板级上集成光子,而不是光子集成电路或光电子集成电路。去年,来自Ayar Labs的EPIC微处理器问世,这是一个伟大的开端。我不知道价格是多少,但是它远远超出了我的支付水平,因此不会很快在消费类级别的设备中使用,但是我认为重点不在于此,而在于何时应用。那时你会看到货架上的常规产品部分或全部使用光子。

Johnson:所以,这是你预想的技术转变。 

Peterson:是的,学术界已经进行了多年研究。人们一直在尝试用不同的光子材料构建基本的电路模块,你可以使用硅来构建电路,尽管存在许多挑战;但硅仍然是最好的方向。你购买的所有集成电路都是使用某种类型的硅工艺构建的,因此你可以轻松地将其应用于构建光子集成电路或光电子集成电路。主要挑战是直接集成在硅上的光源和检测器。

一种很有可能的途径是过饱和掺杂以建立光源和检测器。本质上你可以改变带隙,或者消除间接状态和间接带隙,并通过掺杂来创建直接带隙的基于硅的半导体。另一种选择是锗路线,将锗直接键合到硅上,这种方法有其自身的制造问题。除此之外,如果你不能做这些事情,而是直接将其集成到芯片上,则必须使用体积庞大的外部元器件,并会产生相应的问题。

今后的走向还有待观察。几个月前,我与硅光子学之父Richard Soref进行了交谈,他很友好,他在餐巾纸的背面向你展示如何用硅构建所有基本的光子逻辑门。Richard的知识面广,他不认为III-V和II-VI半导体会胜任这一要求,因为它们与1550纳米波长不兼容。因此,基础研究和工程界更加关注硅,而不是III-V和II-VI半导体。 

Johnson:你如何看待当前行业和参与者?他们对周围的技术将发生变化这一事实感想如何? 

Peterson:这取决于你与谁交谈。对于更具创新性的制造商,那些想改变的人(我之所以使用这个词是有原因的),要适应变化并扩大其生产能力保持平衡。例如,“我们制造更多的光子电路板还是传统电路板?”一旦他们开始看到对它的实际需求,他们就会去做。

PCB行业是靠需求拉动的。该行业所做的很多事情都是对需求做出响应,尤其是在制造方面。在软件设计方面,就是技术推动的。他们创建工具,然后让人们利用工具去做他们想要做的事情。同时,制造商不会将其产能全部扩展到光子级别上具有非正交互连几何结构的全光子复杂电路板,除非对此类电路板有直接的需求,否则他们不会这样做,因为要承担巨大的前期费用。 

Johnson:你是否观察到可能不太寻常或令人惊讶的事情? 

Peterson:就设计师而言,令我感到惊讶的一件事是缺乏年轻的新人进入该行业,我看到你笑着点头。有趣的是,当我教书的时候,我的大多数学生都是电气工程师,他们都想进入半导体行业,就整个电子产业而言,半导体行业很吸引人,制造过程很酷,但PCB却被视为将电线连接在一起的一种工作,我认为是他们对电路板的复杂性缺乏了解。因此,我对下一代工程师对进入PCB领域的兴趣不足感到惊讶。

Johnson:有人会说PCB工厂有点吓人,你必须穿着橡胶靴,有敞开的溶液箱、危险的化学药品、烟雾、水坑,PCB工厂完全没有吸引力。

Peterson:听起来像我在大学里工作过的实验室,所以我觉得PCB工厂很酷。而如果你去英特尔或其他半导体制造商,你会穿上像兔子装的工服,我过去比较喜欢这种工作。我想在Intel或另一家半导体公司的计量部门工作,因为我的研究工作涉及显微镜,所以我过去使用过光学和电子显微镜。那时我感觉自己很享受这类工作,但是很高兴我现在没有做这类工作。

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标签:
#印制电子  #3D打印  #光子电路 

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