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PCB未来将被芯片取代？繁荣背后存隐忧
发布日期：2021-08-02 来源： 电子发烧友网
作者：网络
随着中国成为全球最重要的产业基地，相关上游产业也逐渐向中国地区转移，PCB行业就是其中之一。同时，随着新能源车、5G等新技术的蓬勃发展，对于PCB也提出了更高的要求，作为重要的电子部件，其作用在当前也愈发凸显。从2006年开始，中国的PCB产值便超过了日本成为了全球最大的生产基地，2020年产值占比更是达到了全球的53.8%。有趣的是，尽管全球的PCB市场呈现了一定的周期性，但中国的PCB产值却在不断攀升，2020年国内PCB板行业产值规模达超过350亿美元。不过在繁荣之下，市场中却流传着这样一个说法，未来的PCB将被芯片取代，PCB市场又将走向何方？
PCB被誉为“电子元器件之母”，是承载电子元器件并连接电路的桥梁，不过在近两些年的中美贸易冲突以及新冠疫情都对半导体产业造成了巨大的冲击，PCB同样不可避免的受到了一定的影响。据业内人士透露，从目前终端市场以及供应链反馈的情况来看，目前对于PCB的需求其实是上升的，包括5G、智能家居、新能源汽车。以新能源汽车为例，对于PCB的需求数量将是传统汽车的4-5倍，整体市场需求旺盛。同时由于市场中芯片的缺货问题，也导致许多客户产品进度不如预期，包括PCB的组装以及后期的成品出产都受到了一定的影响。英达维诺技术总监林超文认为，目前由于芯片缺货涨价的情况持续时间较长，国内很多电子公司通过国产化或更换芯片方案来应对，大量的产品需要PCB改版设计，一些PCB厂还通过免费的打样提升了众多企业和高校师生的PCB打样热情，反而给PCB制造市场带来了一定程度的增长。尽管新能源汽车对于PCB的需求大增，但在新能源汽车中由于采用了大容量电池，电路中电流变大，载流设计和热设计变得至关重要，对PCB而言更看重可靠性设计，而但从性能来看，影响可靠性最大的一点是发热。因此需要从IC封装开始，贯穿PCB，直至运行环境下的完整产品都控制热度。此外，新能源汽车还搭载了自动驾驶、雷达、智能座舱等技术，相比传统汽车在PCB的设计上要复杂很多，并且想要实现这些丰富的功能，PCB所承载信号的速率要求会更高，并且在智能座舱上可能会出现HDI板的需求。同时新能源车通常还搭载许多摄像头模组，这就要求更多的软硬结合板。除了新能源汽车外，在针对集成电路配套产业，如半导体检测设备的高端PCB制造未来将迎来一个高速成长的过程，而这块领域过去主要由美国、日本、韩国等国家所占据。而在显示技术领域中，尤其是下一代主动发光的LED，其背光模组通常是屏幕多大，其PCB就有多大。而这种显示设备，通常运用在监控大屏、室外的广告屏幕等领域，目前市场需求也在不断攀升。在5G与智能手机领域，林超文表示，5G主要体现在对PCB材料，信号传输质量的设计考量上。5G相对4G速率更高、容量更大、延时更低。同样给5G基站与终端带来的“发热”问题深受行业关注。在智能手机领域，5G手机朝着高性能、高屏幕素质、高集成度、轻薄化等方向不断升级，发热量相对于4G时代大幅增加，散热需求也随之大幅提升。在5G领域的电路设计中亟需更节能的器件及更有效的PCB散热方案。可见，随着目前新能源汽车、5G、新型显示技术、半导体检测等多个领域的发展，国内市场对于PCB的需求也在不断上升，并且由于技术的升级，也对PCB设计提出了更高的要求。
PCB行业发展如此之久，如今PCB在设计上也有了一些新的变化。一个是更加的小型化，主要由智能设备便携性需求所带动；另一个则是PCB从传统的硬板向软硬结合板转变。并且在PCB向高端迈进时，主要会有两个方面，一个是数据承载以及传输速率越来越高，另一个则是针对智能家居及可穿戴设备而言，对HDI的需求越发明显。用户对于PCB的要求也越来越高，林超文表示，更高速，更小型，更快的产品上市时间，这些对于PCB设计来说既是挑战又是机遇。对于客户而言，在满足性能指标的前提下，最好能够有更快的设计交期。而一个好的PCB，需要满足信号完整性，电源完整性及符合电磁兼容设计，这些主要体现在电路性能上。在用户肉眼可以看到的层面，一个优秀的PCB作品应在布局上疏密有间，整齐对称，兼顾布局美观性。同时兼顾用户的操作习惯，比如面板上的插座排布合理，方便插拔，有明确的安全指示。从行业标准来看，好的PCB首先要满足用户的性能需求，同时可靠性方面也能达到标准，最好还能在成本上有一定优势。当然，针对不同的产品，对于上述三点的偏重也会有所不同。
虽然如今市场中对于PCB的需求旺盛，同时许多新技术也对PCB设计提出了更高要求。但市场中存在着一种说法，随着硬件与软件的集成化趋势，应用也将越来越简单，而原来需要搭建复杂电路如今只需一颗芯片就能够解决。如果这一切成真，那么如今PCB的繁荣，不过是一场泡沫。不过对于这种说法，林超文表示，虽然芯片集成度越来越高，短期内不可能取代PCB，仍需要通过PCB来实现基础支撑。比如手机的SoC集成了包括CPU、GPU、DDR等在内的一系列模块，可以算得上是对以前只能在一块PCB板子上实现的模块的全部整合。但还存在一些问题，比如即便在5nm时代下，SoC在保证自身搭载内容的前提下也无法独立集成手机全部的芯片；同时，即便将芯片集成在一起，小芯片积热问题仍然是目前的一个难点，比如骁龙888的发热问题，甚至苹果A14也无法解决发热问题；此外，将高密度芯片做大以集成PCB内容，会降低良品率，不如直接放在PCB上。有业内人士透露，目前的确有芯片集成化的趋势，比如手机芯片中已经集成了基带等相关器件，大幅减少了手机的主板面积。但需要看到的是，当这些芯片高度集成化后，还需要追究小型化、轻薄化，同时保证其性能符合要求。从某些方面来看，产品主板的制作难度反而更大了。同时，一些PCB对外的接口很难做到芯片里，USB要如何接入都成为一个问题。而在一些高可靠性的产品上，应用较少。需要考虑到产品的成本以及相应的需求问题。因此，在未来相当长的一段时间，传统PCB需求还是会维持一个增长的趋势。不过这里可以提出一个假象，因为PCB主要是基于绝缘体加载导体线路，而芯片则是基于半导体而制造的。那么未来是否可以将半导体作为材料，制造PCB板，当然这里涉及到原材料价格问题，以及信号阻抗特性，以及耐用性、散热性、扭曲等物理问题。但如果能够实现，那这个用半导体制作的PCB板，也可以看做是一个PCB大小的芯片。
从近几年的市场来看，中国PCB产业仍在快速的发展，并且随着5G、新能源汽车、新型显示技术等应用的出现，对PCB提出了新的挑战。同时，行业的成熟，也诞生了第三方PCB设计商的需求，通过对接原厂与PCB厂商，最终形成高性价比的可量产方案。至于未来芯片是否会取代PCB，至少短期内并不会，需求仍处于增长状态。但从长期来看，许多创新都是来自于大胆假设。
