Djupgående analys av PCBA-lösningar: teknisk innovation och branschutsikter

1. Analys av PCBA-kärnteknik

1) Materialval och optimering

◉ Kretskortssubstrat: Olika tillämpningsscenarier har olika krav på kretskortssubstrat. Till exempel, inom högfrekvent kommunikation, såsom 5G-basstationsutrustning, är det nödvändigt att använda högfrekventa material med låg dielektricitetskonstant och låg förlust, såsom Rogers högfrekvenskort, för att minska signalförluster och säkerställa hög hastighet och stabil signalöverföring. Inom vissa kostnadskänsliga konsumentelektronikområden, såsom smartklockor och trådlösa hörlurar, har FR-4-material blivit ett vanligt val på grund av deras höga kostnadsprestanda.

◉ Lödmetall: I takt med att miljöskyddskraven förbättras har blyfritt lödmetall blivit allt vanligare. Bland dessa är SAC-legeringar (Sn-Ag-Cu) de mest använda blyfria lödmetallerna för närvarande. Till exempel har SAC305 (Sn96.5Ag3.0Cu0.5) god svetsprestanda och mekaniska egenskaper. För att ytterligare minska lödporerna fortsätter dock vissa nya legeringar med låg porstorlek att dyka upp, såsom SAC-legeringar med spårmängder av Bi, Ni, Sb och andra element, som kan förfina kornen, minska smältviskositeten och effektivt minska porbildningen.

◉ Komponenter: Miniatyrisering och hög prestanda hos elektroniska komponenter är viktiga trender i utvecklingen av PCBA. Om vi ​​tar chip som exempel, från de tidiga storskaliga integrerade kretsarna till dagens nanochip, som Apples M-seriechip, används avancerad processteknik för att integrera miljarder transistorer i en mycket liten storlek, vilket uppnår kraftfull datorkraft och låg strömförbrukning. Samtidigt, för att möta behoven hos olika applikationsscenarier, fortsätter olika nya komponenter att dyka upp, såsom högspännings- och högströmsenheter, lågeffektsensorer lämpliga för IoT-enheter, etc.

2) Monteringsprocess och kvalitetskontroll

◉ SMT (ytmonteringsteknik): Detta är den vanligaste monteringsprocessen för PCBA. I SMT-processen är noggrann lödpastatryckning nyckeln. Genom att optimera stålnätets öppningsdesign och skraptrycket kan man säkerställa att lödpastan trycks jämnt och noggrant på kretskortet, vilket minskar lödpastaskalning orsakad av svetsfel. Till exempel kan användningen av ultratunna stålnät som skärs med laser uppnå en mer delikat lödpastatryckning och förbättra svetskvaliteten på små komponenter. Temperaturkurvan för reflowlödning måste också kontrolleras strikt. Beroende på olika komponenter och lödegenskaper justeras parametrar som uppvärmningshastighet, hålltid och topptemperatur för att säkerställa lödfogarnas tillförlitlighet.

◉ DIP (genomgående hålinsättningsteknik): Även om dess tillämpning i miniatyriserade elektroniska produkter gradvis minskar, är den fortfarande oumbärlig i vissa produkter med höga krav på effekt och tillförlitlighet, såsom kraftmoduler, industriella styrkort etc. I DIP-processen sätts komponentstiften in i kretskortets genomgående hål och fixeras med våglödning eller manuell lödning. För att förbättra svetskvaliteten måste valet av flussmedel, förvärmningstemperatur och svetstid kontrolleras noggrant.

◉ Kvalitetsinspektion och kontroll: PCBA-kvalitetsinspektion sker genom hela produktionsprocessen. Vanliga inspektionsmetoder inkluderar AOI (automatisk optisk inspektion), röntgeninspektion och ICT (kretsprovning). AOI kan snabbt upptäcka ytfel som saknade komponenter, förskjutning, kortslutningar etc. på kretskortet. Röntgeninspektion kan upptäcka problem som hålrum och kalla lödfogar inuti lödfogarna, särskilt för flerskiktade kretskort och BGA-kapslade komponenter (ball grid array), vilket spelar en viktig roll i inspektionen. ICT kan fullt ut upptäcka om kretskortet fungerar normalt genom att utföra elektriska prestandatester på komponenterna på kretskortet. Genom att etablera ett komplett kvalitetsledningssystem kan realtidsövervakning och analys av data i produktionsprocessen utföras för att snabbt upptäcka och lösa kvalitetsproblem och säkerställa PCBA:s kvalitetsstabilitet.

2. Tillämpning av PCBA-lösningar i olika branscher

1) Konsumentelektronik
◉ Smartphones: Som en typisk representant för konsumentelektronik har smartphones extremt höga krav på PCBA (kretskort för laddbara batterier). Ett stort antal högpresterande komponenter måste integreras på ett begränsat utrymme för att uppnå flera funktioner som samtal, foton, spel och mobilbetalningar. Till exempel optimerar Apples iPhone-serie av mobiltelefoner PCBA-designen och använder flerskiktade högdensitetskopplingskort (HDI) för att tätt placera många komponenter som processorer, minne, kameramoduler och radiofrekvensmoduler, vilket uppnår en tunn design och kraftfulla funktioner. Samtidigt, för att möta användarnas krav på lång batteritid, är PCBA-designen för batterihanteringssystemet ständigt innovativ för att förbättra laddnings- och urladdningseffektiviteten och batteriets säkerhet.
◉ Smarta hemenheter: Med utvecklingen av sakernas internet-teknik har marknaden för smarta hemenheter ökat snabbt. Smarta högtalare, smarta kameror, smarta dörrlås och andra produkter är oskiljaktiga från stödet för PCBA-teknik. Om man tar smarta högtalare som exempel, realiseras röstigenkänning, ljudbehandling, trådlös kommunikation och andra funktioner genom PCBA. Till exempel har Amazons Echo smarta högtalare inbyggda högpresterande ljudbehandlingschip och Bluetooth- och Wi-Fi-kommunikationsmoduler, som exakt kan känna igen användarens röstkommandon och realisera musikuppspelning, informationsförfrågningar och andra funktioner via nätverksanslutning. Smarta dörrlås använder PCBA för att realisera fingeravtrycksigenkänning, lösenordsinmatning, Bluetooth-upplåsning och andra funktioner, vilket ger användarna en bekväm och säker hemupplevelse.

2) Bilelektronik
◉ Effektstyrningssystem: Bilens effektstyrningssystem, såsom batterihanteringssystemet (BMS) i elbilar och motorstyrningssystemet i traditionella bränslefordon, förlitar sig alla på högprecision och hög tillförlitlighet PCBA. BMS ansvarar för att övervaka batteriets spänning, ström, temperatur och andra parametrar, kontrollera batteriets laddnings- och urladdningsprocess och säkerställa batteriets säkra och effektiva drift. Till exempel använder BMS i Tesla-bilar avancerad PCBA-design och algoritmer för att exakt hantera tusentals battericeller och förbättra batteriets livslängd och prestanda. Motorstyrningssystemet använder PCBA för att uppnå exakt kontroll av motorparametrar som bränsleinsprutning och tändningstid, vilket förbättrar motorns effektprestanda och bränsleekonomi.
◉ Automatiskt körassistanssystem: Med utvecklingen av autonom körteknik har det automatiska körassistansystemet (ADAS) för bilar fått mer och mer uppmärksamhet. ADAS inkluderar en mängd olika enheter som kameror, radarer, sensorer etc., som möjliggör datainsamling, bearbetning och överföring via PCBA. Till exempel integrerar NVIDIAs DRIVE Orin-chip kraftfull datorkraft och avancerade AI-algoritmer. Det ansluter till olika sensorer via PCBA för att realtidsuppfattning och analys av fordonets omgivning och ge beslutsstöd för autonom körning.

3) Industriell kontroll
◉ Industriell automationsutrustning: Inom industriell produktion används industriell automationsutrustning i stor utsträckning inom olika områden. Till exempel kan PLC (programmerbar logikstyrenhet), växelriktare, servodrivare och annan utrustning realisera exakt styrning av industriella produktionsprocesser genom PCBA. Till exempel använder Siemens S7-serie PLC modulär design och realiserar kommunikation och samarbete mellan olika funktionella moduler genom PCBA. Den kan realisera automatisk styrning av produktionslinjer enligt olika produktionsprocesskrav, förbättra produktionseffektiviteten och produktkvaliteten.
◉ Robotstyrningssystem: Robotar används alltmer inom industriell produktion, logistikdistribution, medicinsk kirurgi och andra områden. Robotstyrningssystemet använder PCBA för att realisera robotens rörelsekontroll, visuella igenkänning, kraftuppfattning och andra funktioner. Till exempel använder FANUCs industriella robotstyrningssystem högpresterande PCBA och avancerade algoritmer för att uppnå högprecisionsrörelsekontroll av roboten och utföra komplexa uppgifter, vilket ger effektiva och flexibla lösningar för industriell produktion.

3. Framtida utvecklingstrend för PCBA-lösningar

1) Intelligens och automatisering
◉ Tillämpning av intelligent tillverkningsteknik: I framtiden kommer PCBA-produktion att bli mer intelligent och automatiserad. Genom att introducera tekniker som artificiell intelligens (AI) och maskininlärning (ML) kan realtidsövervakning och optimering av produktionsprocessen uppnås. Till exempel används AI-algoritmer för att analysera produktionsdata, förutsäga utrustningsfel och kvalitetsproblem, och vidta åtgärder i förväg för att förebygga och lösa dem. Samtidigt kommer automatiserade produktionslinjer att bli mer populära. Tillämpningen av utrustning som helautomatiska lödpastaskrivare, höghastighetsplaceringsmaskiner och intelligenta robotar kommer att avsevärt förbättra produktionseffektiviteten och produktkvaliteten, och minska påverkan av mänskliga faktorer på produktionen.
Intelligent PCBA-design: I designfasen realiseras den intelligenta designen av PCBA med hjälp av AI- och ML-teknik. Till exempel genereras den optimala kretskortslayouten och komponentvalsschemat automatiskt enligt produktens funktionella krav och prestandaindikatorer. Samtidigt förutsägs och optimeras PCBA:s prestanda genom virtuell simuleringsteknik, designfel och upprepade modifieringar minskas och produktutvecklingscykeln förkortas.

2) Miniatyrisering och integration
◉ Ytterligare miniatyrisering av komponenter: I takt med att elektroniska produkter har allt högre krav på volym och vikt, kommer trenden med miniatyrisering av komponenter att fortsätta att utvecklas. Till exempel kommer chipkapslingstekniken att fortsätta att förnya sig, från traditionell QFP (Quad Flat Package) och BGA till mer miniatyriserade CSP (Chip Size Package) och WLCSP (Wafer Level Chip Size Package). Samtidigt kommer passiva komponenter som motstånd, kondensatorer, induktorer etc. att fortsätta att krympa i storlek och förbättra integrationen.
Tillämpning av SiP-teknik (systemnivåpaketering): SiP-teknik kan integrera flera chip och komponenter med olika funktioner i ett paket för att uppnå funktioner på systemnivå. Till exempel använder Apples AirPods Pro-hörlurar SiP-teknik för att integrera Bluetooth-chip, ljudbehandlingschip, sensorer etc., vilket avsevärt minskar hörlurarnas storlek samtidigt som systemets prestanda och tillförlitlighet förbättras. I framtiden kommer SiP-teknik att tillämpas inom fler områden, vilket främjar utvecklingen av elektroniska produkter mot miniatyrisering och integration.

3) Grönt miljöskydd och hållbar utveckling
◉ Användning av miljövänliga material: I takt med att miljömedvetenheten ökar kommer PCBA-produktionen att använda mer miljövänliga material. Till exempel, när det gäller kretskortsubstrat, utveckla nedbrytbara och lågföroreningsmaterial; när det gäller lödning, ytterligare optimera prestandan hos blyfri lödning för att minska miljöpåverkan. Samtidigt stärka återvinningen och behandlingen av elektronikavfall för att uppnå resursåtervinning.
◉ Energibesparande och utsläppsminskande produktionsprocess: Optimera PCBA-produktionsprocessen för att minska energiförbrukningen och förorenande utsläpp. Till exempel, använd lågtemperatursvetsning, optimera energihanteringssystemet för utrustning och andra åtgärder för att uppnå målet om energibesparing och utsläppsminskning. Samtidigt främja konceptet grön tillverkning, beakta miljöfaktorer under hela livscykeln från produktdesign, produktion till användning och uppnå hållbar utveckling.

Som en nyckelteknik inom elektronikteknik spelar PCBA-lösningar en viktig roll för att främja utvecklingen av olika branscher. Genom kontinuerlig innovation och optimering av materialval, monteringsprocesser, kvalitetskontroll och andra tekniker, samt anpassning till utvecklingstrender som intelligens, miniatyrisering och grönt miljöskydd, kommer PCBA-tekniken att ge starkare stöd för utvecklingen av framtidens elektroniska produkter och möta människors växande efterfrågan på högpresterande, multifunktionella och miljövänliga elektroniska produkter.