印制電路、印制電子及電子電路

龔永林

高級工程師

中國印制電路行業(yè)協(xié)會 副秘書長

印制電路產(chǎn)品商業(yè)化至今已有近七十年，印制電路近“古稀”之年卻仍然蓬勃發(fā)展，得益于電子信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，得益于印制電路不斷創(chuàng)新，在創(chuàng)新中前進?，F(xiàn)在印制電路在繼續(xù)創(chuàng)新、前進，有關印制電子及電子電路乃印制電路創(chuàng)新發(fā)展之新路。

近兩年來，印制電子已露頭角并走向商業(yè)化，顯露印制電路、印制電子與電子電路趨于一體化之勢。身處此行業(yè)之業(yè)者有必需認識這些名稱之關系和趨勢，把握行業(yè)之發(fā)展。此文僅以本人之認識談論它們之關系，供同仁們參考。

1 印制電路、印制電子及電子電路之概念

1.1 印制電路

印制電路（Printed Circuit），指在絕緣基材上，按預定設計形成的印制元件、印制線路或兩者結合的導電圖形 (引自IEC 60194 )。 其所體現(xiàn)產(chǎn)品為印制電路板（PCB）。

印制線路（Printed Wire），指在絕緣基材上，按預定設計形成點間連接線路但沒有印制元件的導電圖形（引自IEC 60194）。 其所體現(xiàn)產(chǎn)品為印制線路板（PWB）。

印制板（PB）是指完全加工的印制電路或印制線路成品板，也即PCB和PWB的簡稱。

目前所謂的印制電路板中嚴格來說，大多數(shù)應稱印制線路板，如常規(guī)單面、雙面、多層印制板僅有導線連通作用，不含印制元件?，F(xiàn)在數(shù)字電路的多層板和HDI板都含有傳輸線及屏蔽、電感等電路，這類就是印制電路板了。若是內(nèi)層含有無源元件和/或有源元件的埋置元件印制板，更是印制電路板了。

1.2 印制電子

印制電子 （Printed Electronics）是指利用各種印制技術，形成電子元件和線路結合的電子電路，也稱“印制電子電路”（Printed Electronics Circuit）。

印制電子特點是把印制技術作為制造工藝，形成連接線路與元器件集合在一起電子電路產(chǎn)品；產(chǎn)品輕薄小型，連接可靠；加工簡化，省料省工，減少成本；綠色生產(chǎn)，有利環(huán)境保護。因此深受歡迎，前景無限。

現(xiàn)在印制電子應用涉及范圍和特點如圖1。圖2為有機薄膜晶體管（OTFT）。

圖1 印制電子應用例表

圖2 印制電子產(chǎn)品 - 有機薄膜晶體管（OTFT）

印制電子是近年來新興技術，目前還未見有統(tǒng)一的、權威的定義。因此又有許多從不同角度命名的稱呼。如：

可印制電子（Printable Electronics），全印制電子（All Printed Electronics），這是從加工工藝角度；

有機電子（Organic Electronics）、塑料電子（Plastic Electronics）、薄膜電子（Film Electronics），這是從產(chǎn)品材料角度，所用基材是有機材料、塑料類、薄膜形式；

撓性電子或柔性電子（Flexible Electronics）、可穿戴電子（Wearable Electronics）， 這是從產(chǎn)品狀態(tài)角度，可穿戴電子是成為織物服飾或鞋帽穿戴于身體上。

這些不同稱呼，是有區(qū)別的。但大同小異，產(chǎn)品加工都用印制技術，應該都屬印制電子范疇，如圖3。

圖3 印制電子及其相關稱呼

1.3 電子電路

電子電路本來就與印制電路密切關聯(lián)，而近幾年在印制電路行業(yè)頻繁用到“電子電路”此詞，大有替代“印制電路”之勢，其起因在國際同行們。

世界電子電路理事會（WECC：World Electronic Circuits Council），是1998年在德國成立的行業(yè)組織，有中國CPCA、美國IPC、日本JPCA、歐洲EIPC、印度IPCA及中國臺灣TPCA、中國香港HKPCA等印制電路行業(yè)協(xié)會參與組成。組織涉及PCB、CCL和原輔材料、專用設備、電子裝連和SMT、EMS等產(chǎn)業(yè)。這樣就把原本是印制電路行業(yè)組織引向了電子電路，它是包含了SMT、EMS等范圍。

美國IPC，建立于1957年時稱美國印制電路學會（Institute of Printed Circuits，IPC ）?，F(xiàn)更改為Association Connecting Electronics Industries（國際電子連接工業(yè)協(xié)會）。IPC組織涉及領域從PCB設計與制造到電子裝配、EMS和OEM等，認為是電子互連行業(yè)的代表。

日本JPCA ，建立于1962年時稱日本印刷回路工業(yè)會（Japan Printed Circuits Association，JPCA）?，F(xiàn)改名為“日本電子回路工業(yè)會” （Japan Electronics Packaging and Circuits Association）。JPCA組織涉及領域從電路板制造到電路板裝配，其電子回路（電子電路）概念是電子電路基板和安裝元件的電子電路基板總稱。

“電子電路（Electrical Circuit）”的學術解釋：

電子電路：或稱電子回路，是由電氣設備和元器件，按一定方式聯(lián)接起來，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣回路，簡稱網(wǎng)絡或電路、回路。如電阻、電容、電感、二極管、三極管和開關等，構成的網(wǎng)絡。（百度百科網(wǎng)）

電子電路：將各式各樣的電子元件，形成一回路電路，進行電信號的運算，電子元件形成電路為電子電路。（維基百科網(wǎng)）

電子電路：用來完成所需功能，如開關、放大、濾波或數(shù)據(jù)變換，包含電子元器件構成的互相連接。（《電子學詞典》科學出版社）

雖然未見統(tǒng)一的標準定義，而顯然“電子電路”是包含了電子元器件與使之連接的導通線路，形成了接收、運算、放大、轉換、發(fā)送等設定的電子功能。例圖4是一款LED燈的電子電路圖。

圖4 LED燈的實用電路圖 (引自www.taiyang-led.cn)

2 印制電路、印制電子及電子電路之技術

2.1 印制電路技術

印制電路技術的起源可追溯到二十世紀初。在1903年時就有英國專利提出在絕緣基板上直接電沉積金屬粉末形成導線。

到1947年在美國舉辦了世界首次印制電路技術研討會。總結了前期的印制電路制造方法，主要有涂料印刷法：把含金屬粉末的導電涂料印刷在絕緣基板上，制得線路圖形；模壓法：利用刻有導電圖形的模具把金屬箔熱壓在塑料基板上，粘嵌的金屬箔構成了導電圖形；粉末燒結法：按圖樣將粘合劑涂在絕緣基板上，再撒一層金屬粉末并燒結固化，形成導電圖形?；瘜W沉積法：利用銀鏡反應把銀沉積在絕緣基板上，然后電鍍銅形成導電圖形。

在20世紀40年代中后期應用覆銅箔層壓板與絲網(wǎng)印刷、化學蝕刻技術形成PCB，從此以后銅箔蝕刻法成為PCB制造技術主流。其技術主體是印刷或光致成像轉移圖形、化學鍍與電鍍導通孔、化學蝕刻得到線路，這些工藝成熟使PCB進入大批量生產(chǎn)和商業(yè)化應用。至今，PCB制造技術仍是銅箔蝕刻法（減成法）為主流，另有半加成法、全加成法也是主要用相似的化學沉積與化學蝕刻工藝。

2.2 印制電子技術

印制電子是用印制技術制造電子電路，即在基材上直接印制形成電子電路。此“印制”的含義不僅包括印刷，也包含噴印、壓印、光致成像等工藝。

印刷和噴墨打印等“印制”技術都是從其它產(chǎn)業(yè)移植到電子制造業(yè)的，而在電子制造業(yè)得到發(fā)展和提升。就我們所熟悉的網(wǎng)版印刷而言，電子線路印刷精密度遠比紙張與織物圖形精度高。目前PCB制造中網(wǎng)版印刷工藝能達到的線寬/線距在0.10 mm幾乎是極限了，而PEC中已報道網(wǎng)版印刷工藝達到0.05 mm線寬/線距，并在試制0.03 mm線寬/線距電路圖形。

最初人們把重點放在了數(shù)碼噴墨打印技術的應用上，但現(xiàn)在人們把越來越多的注意力轉移到了傳統(tǒng)的印刷工藝上，像凹版印刷、凸版印刷、平面膠版印刷和網(wǎng)版印刷等工藝，因為它們更適合大批量、低成本的生產(chǎn)。

2.3 電子電路之技術

電子電路包含了電子元器件和連接線路，典型的產(chǎn)品是集成電路，其有半導體芯片（成千上萬千個晶體管）以及輸入輸出連接線與端子。集成電路制造業(yè)包括電路設計、芯片加工和封裝。芯片加工技術主流光刻工藝，與印制板的光致成像、蝕刻類似。

還有電子電路產(chǎn)品是印制板（裸板）上安裝電子元器件，構成功能性組件（部件）。如主機板、功放板、內(nèi)存條等。

電子電路技術首先是電路設計；再是電子電路載體(電路板、集成電路載板和功能元器件)制造；然而是安裝連接，如封裝和表面安裝技術(SMT)等。

3 印制電路、印制電子及電子電路之關系

3.1 產(chǎn)品關系

印制電路和印制電子（PCB和PEC）應是電子電路的一部分或一類，只是這類電子電路名詞前加了限制性定語“印制”，表明是采用印制技術形成的“電子電路”。

PCB中如含有傳輸線的多層PCB，埋置薄膜電阻和或薄膜電容的多層PCB，它們是電子電路產(chǎn)品。而它們是采用印制圖形和蝕刻、電鍍等工藝完成的。

PEC中如有機薄膜晶體管、RFID卡、薄膜太陽能電池等，它們也是電子電路產(chǎn)品。而它們是全部采用印刷工藝完成的。

目前，有部分PCB在被PEC替代。如撓性薄膜開關板是全印刷制成，已從PCB范圍劃入PEC范圍。如遙控器用PCB由CCL蝕刻線路和印刷碳鍵盤，發(fā)展到絕緣板上全印刷線路和鍵盤，成PEC。

如RFID標簽的制作，早期是用FPCB(薄膜基板上線圈圖形)再安裝上芯片和封裝而成，現(xiàn)在是直接由PEC形成(薄膜基板上印制線圈、芯片和覆蓋層),PEC取代了傳統(tǒng)的FPCB。

再如大屏幕廣告顯示牌目前多數(shù)是用PCB上安裝LCD顯示屏，而新的OLED廣告牌直接采用PEC，薄膜上包含光電元器件和電路成為一體，不再需要PCB。

3.2 技術關系

電子電路制造技術范圍極廣，有各個分立元器件（電阻、電容、電感、濾波器、變壓器、晶體管、集成電路…）的不同制作工藝，之后又有多種封裝和裝配連接工藝。在處僅述印制電路、印制電子電路工藝技術。

印制電路、印制電子兩兄弟，都姓“印制”，技術是相通的?；玖鞒倘鐖D5。

圖5 PCB與PEC基本流程

顯然，印制電子技術優(yōu)于印制電路?，F(xiàn)在PEC的工藝路線完全可以制作PCB，隨著PEC關鍵材料與設備技術逐步解決，就可能PEC替代PCB。

如圖6為全印制技術制作單雙面PCB。圖7為全印制技術制作多層PCB（HDI板）、R-FPCB。由印刷絕緣介質(zhì)層，并留有孔穴，再印刷導電線路和填充孔穴使上下面導通。此兩圖中的PCB＝PEC。

圖6 全印制技術制作單雙面PCB流程

圖7 全印制技術制作多層PCB 、R-FPCB流程

印制電子技術關鍵目前主要是材料，包括基板材料和電子功能材料，即聚合物薄膜基材和功能性圖形油墨。

薄膜基材要求輕薄、撓曲，耐熱性、耐化學性、尺寸穩(wěn)定性和電氣特性?，F(xiàn)有PET、PEN和PI等，基本與FPCB相同。功能性油墨有導體、半導體、絕緣體等不同種類，共性涉及印刷性、固化性、穩(wěn)定性等。

設備主要是印刷器械、噴墨打印、R2R系統(tǒng)。R2R系統(tǒng)是大批量、低成本生產(chǎn)關鍵。

3.3 三者關系綜合

電子電路是大集合，是母體；印制電路、印制電子電路是包含其內(nèi)的小集合，是子體。如圖8所示，三者相互關聯(lián)，但不能劃等號；三者有區(qū)別，但屬同一家族。

圖8 電子電路、印制電路、印制電子電路相關性

印制電路與印制電子電路兩者為“同胞兄弟”。它們的技術相通的，同樣為“印制”，只是PEC比PCB應用印制技術更純粹。它們的產(chǎn)品相連的，同樣歸結為電子電路，只是PEC比PCB更直接。

“同胞兄弟”也有差異，PEC與PCB相比， PEC優(yōu)于PCB，如圖9。

圖9 PEC與PCB比較表

3.4 行業(yè)發(fā)展大趨勢

PCB制造技術向高密度化，多功能化、綠色化、低成本化發(fā)展，這需要融合PEC技術，走向全印制化是個極佳方案。因此PEC取代PCB是個發(fā)展趨勢，對于PCB發(fā)展而言是“革命”，在目前看至少有一大部分PCB會被PEC替代。當然，PEC取代PCB是有條件的，需要一個較長過程，在材料、設備、設計、成本多方面體現(xiàn)出PEC優(yōu)勢時就會水到渠成。

PCB是電子設備的重要配件，具有不可缺少的地位，并且會繼續(xù)發(fā)展和廣泛應用。在開發(fā)PEC同時，仍需發(fā)展PCB技術，如改進減成法工藝實現(xiàn)高精密度和綠色生產(chǎn)，PCB內(nèi)埋置元器件提高電路功能等?，F(xiàn)階段PCB技術改進是有助于向PEC技術革命發(fā)展的。

印制電路，印制電子和電子電路是有區(qū)別的。把印制電路和電子電路并列相稱，如“電子電路（印制電路）”，或電子電路替代印制電路，顯然是不妥的。而印制電子電路替代印制電路是可取的，這是趨勢。印制電路、印制電子都是電子電路一部分，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構、提升產(chǎn)業(yè)潛力就需要向電子電路靠攏！