Emerging and future trends in PCB fabrication

There  is  a  need  to  come  up  with  better  designs  of  PCBs  as  the  world  continues  to  develop  so  as  to  match  the  ever  growing  demand  for  better,  faster,  reliable,  lighter  and  efficient  electrical  and  electronic  equipment. To  achieve  this  goals  there  is  a  need  for  the  manufacturing  industries  to  research,  invest,  and  allocate  resources  to  their  processes  so  as  to  realize  enhanced  and  better  PCB  circuits  that  better  than  the  traditional  ones.  This  article  focuses  on  the  emerging  and  future  trends  in  the  PCB  manufacturing  industry.  It  also  investigates  how  the  trends  can  be  implemented  in  the  manufacturing  process  to  enable  production  of  superior  PCBs.

To  satisfy  the  ever  increasing  demand  for  high  performance  applications,  higher  bandwidth  is  becoming  very  important  in  computing  systems.  This  has  been  brought  about  by  the  need  for  massive  computation  capacity  and  fast  data  processing  capability.  This  subject  leads  us  to  our  first  trend  in  the  PCB  fabrication,  which  is  construction  of  high  speed  channel  components.  Channel design was ignored at lower frequencies.  This    became a major drawback for high speed communication.  Increase  in  data  rates  to  the  Giga  bits  per  second  region  has  led  to  serious  considerations  in  channel  design  from  a  transmitter  of  a  chip  to  a  receiver  on  the  next.  Higher  frequency  signaling  leads  to  a  decrease  in  the  size  of  the  wavelength.  This  has  led  to  consideration  of  electrical  lengths  that  were  once  short  as  been  very  significant   due  to  transmission  line  losses,  delays  and  coupling  of  signals  in  these  components.

Traditionally  different channel  components  were  designed separately  with  an  objective of  optimizing  each  component  differently  with  the  assumption  of  overall  channel performance  improvement. However  modern  work  in  high-speed  channel  design  emphasizes  on  the  entire  system  analysis  to  enable  component  level  improvement.  Package-PCB  co-design  for  instance  may  lead  to  an  improvement  in  the   performance  of  the  high  speed channel.

Another  emerging  trend  is  the  increase  in  the  suppliers  of  PCB  materials.  Initially  there  were  only  a  few  suppliers  that  used  to  supply  PCB  materials  to  PCB  manufacturers.  However,  over  recent  past  and  as  we  advance  into  the  future,  more  suppliers  of  PCB  materials  have  entered  the  market  leading  to  better  services  and  the  reduction  in  the  prices  of  the  PCB  materials.

PCB  materials  is  the  other  area  of  interest  in  the  emerging  trends.  In  material  classification  by  their  end  use,  we  get  three  categories  of  materials;  high performance  materials, enhanced epoxy  systems,  and  FR-4.  Among  the  commonly  used  material  systems  FR-4  have  the  least electrical  performance  of  all.  In  the  past  few  years  the  market  of  the   FR-4  has  begun  reducing.  In  this  category  a  lot  of  activity  has   gone  into  improving  its  processing  cost,  reduction  of  the  lamination  cycle  times  and  reducing  hole  drilling  costs.  However  the  FR-4  is  the  most  preferred  material  among  the  designers  due  to  its  low  cost  and  easy  availability  of  PCBs  manufactured  from  this  material.  Currently  the  enhanced  epoxy  systems  have  been  gaining  market  taking  a  market  share  from  the  FR-4,  since  they  allow  users  to  effectively  cross the  1Ghz  barrier.  This  is  particularly  useful  to  the  Computer  or  server  market  due  to  the  increase  in  the  on  board  speed.    High  performance  materials  are  getting  immense  amount  of  development  and  their  growth  appears  to  be  getting  strong  as  time  progresses.  High  performance  materials  are  the  best  choice  for  transmitting  of  more  than  5GHz  serial  data.  Its  materials  are  more  expensive   as  compared  to  the  FR-4  materials  and  need  special  processing  to  make  them  into  PCBs.  High  performance  materials  improve  nearly  every  aspect  of  the  signal  integrity  except  that  they  do  not  dampen  noise  that  occurs.

A  material  parameter  often  overlooked  when  setting  up  choices  for  PCB  materials is  known  as  the  dissipation  factor(Df),  also  referred  to  as  the  loss tangent.  Dissipation  factor  can  show  how  a  particular  material  would  handle  complex signal routing,  it  is  a  measure  of  the  dielectric  material’s  ability  to  absorb  a  bit  of  AC  energy  from  an  electromagnetic  field  passing  through.  To  ensure  that  a  high  frequency  circuit  will  exhibit  very  small  losses  it  is  preferable  to  select  a  PCB  material  with  low  Df  value.  Designers  have  found  it  very  important  to  link  the  dissipation  factor  with  a  circuit  material’s  thermal  conductivity  during  the  evaluation  of  the  PCB  parameters.

A  future  trend  in  PCB  fabrication  is  the  challenge  to  manufacture  an  Ultra-Thin High-density  interconnection (HDI)  PCB.  HDI  technology  focuses  on  increasing  the  miniaturization  of  products  such  as  tablets,  wearable  devices  and  smartphones.  This  emphasizes  the  more  and  more  reduction  in  the  feature  size  of  conductor  line  width  and space,  pitch  and  micro-via  diameter  so  as  to  allow  housing  of  additional  components  and  layers  without  necessarily  increasing  the  size  volume  or  even  weight  of  the  PCB  assembly.  The  PCB  industry  faces  a  big  challenge  in  increasing  the  PCB  layer  count  and  decreasing  thickness  cross the   50  micron  threshold.

Another  future  trend  in  PCB  manufacturing and fabrication is  ensuring  that  the  PCBs  get  more  complex .  This  is  because  as  devices  get  smaller  and  faster  the  PCBs  have  to  adapt.  This  means  that  designers  have  the  task  to develop,  design  and  produce  PCBs  with  more  components  and  the  ability  to  work  as  required  in  the  high  stress  environments.

As  the  world  progresses,  PCB  manufacture  continues  to  improve  and  getting  better.  Discovery  of  new  materials  and  new  processing  methods  has  led  to  great  improvements  and  production  of  PCB  circuits  that  operate  at  high  speed  and  with  very  minimal  losses.  On  looking  at  the  emerging  trends,  the  PCB  industry  has  evolved  from  using  the  past  materials  in  product  manufacture  to  better  and  efficient  materials  such  as  the  enhanced  epoxy  systems  that  enable  operation  at  high  frequencies.  The  need  for  high  frequency  circuits  that  can  operate  at  GHz  level  has  led  to  high  speed  channel  design  so  as  to  enable  increased  data  transition  rates.  Dissipation  factor  is  a factor  that  should  not  be  overlooked  during  the  design  PCB  circuit  parameters.  There  is  a  need  for  the  PCBs  to  get  more  complex  and  fit  into  Ultra-Thin High-density  interconnection PCBs  for  proper  and  effective  operation  of  small  powerful  electrical  and  electronic  gadgets.

With over 2o years of experience in delivering quality PCB prototypes, RUSH PCB Ltd is dedicated to improving the design, assembly and prototyping process from the design engineers to delivery. We lead the PCB industry with an on-time delivery rate of over 99%. Moreover, our technical support is readily available and ready to provide you all the necessary assistance.