第十三屆世界電子電路大會(huì)之技術(shù)熱點(diǎn)

龔永林

本刊主編

第十三屆世界電子電路大會(huì)（ECWC13）于2014年5月在德國(guó)紐倫堡舉行。這屆ECWC的組織者是歐洲印制電路協(xié)會(huì)（EIPC）。ECWC每三年舉辦一次，在世界電子電路理事會(huì)（WECC）成員地輪流舉行，交流印制電路及電子電路新技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)。下一屆ECWC14將于2017年在韓國(guó)舉行。

本人并未參加大會(huì)，對(duì)電子版的ECWC13論文匯集和網(wǎng)絡(luò)信息作些梳理、歸納，從中了解ECWC的技術(shù)熱點(diǎn)。電子版的ECWC13論文匯集83篇文章，涉及市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)、設(shè)計(jì)、基板材料、制程工藝、表面涂飾、特種板（埋置元件、金屬基等）、安裝互連、可靠性檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)等?，F(xiàn)對(duì)幾個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)介紹在下。

ECWC13的首個(gè)熱點(diǎn) ― PCB基板材料。在83篇論文中涉及PCB基材的有16篇。

PCB基材中阻燃技術(shù)自歐盟提出RoHS法令以來(lái)，對(duì)替代鹵化物阻燃劑問(wèn)題近十年來(lái)一直在探討之中，至今未有定論。歐洲Isola公司的“阻燃是什么、為什么和怎么做”（Fire Retardancy What，Why，and How） 一文，對(duì)阻燃劑的作用、阻燃添加劑劑的化學(xué)和物理機(jī)制、鹵素的毒害性、無(wú)鹵要求、環(huán)境影響與立法問(wèn)題作陳述。 另外還有勃姆石等阻燃劑介紹，以及新型的無(wú)鹵無(wú)磷的阻燃劑覆銅板配制。

針對(duì)汽車(chē)電子的需求，推出高可靠覆銅板材料。通訊業(yè)是PCB最大市場(chǎng)，下一代高頻、高速應(yīng)用的新的低傳輸損耗和無(wú)鹵素材料，該基材是新樹(shù)脂系統(tǒng)按高Tg、低Dk和低Df目標(biāo)開(kāi)發(fā)，可以用于下一代超過(guò)20Gpb網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。高速和高頻應(yīng)用的超低損耗的多層材料，在一個(gè)較低的Df熱固性聚合物基新材料，改性聚苯醚，具有損耗低，低Dk固化劑和低Df無(wú)機(jī)填料，實(shí)現(xiàn)所需的介電損耗特性。

熱管理對(duì)于PCB已是一項(xiàng)重要考慮因素。電子設(shè)備熱管理有多種解決方法，而最理想的是PCB基材有高導(dǎo)熱性。有”熱管理中基板的作用”一文介紹其導(dǎo)熱性比普通FR-4基板高3-15倍的基材，高導(dǎo)熱基板為PCB熱管理起到重要作用。有導(dǎo)熱性BN/VGCF/聚酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合物研究，在聚酰亞胺（PI）樹(shù)脂中添加無(wú)機(jī)粉末和碳纖維填料，可產(chǎn)生一種三層結(jié)構(gòu)的可撓曲導(dǎo)熱基板。還有剛撓結(jié)合板結(jié)構(gòu)的撓性材料，印制電路板材料的組成對(duì)扭曲特性的影響等文章。

在本期有ECWC13中基板技術(shù)一文有較多陳述，在此不再多述。

ECWC13技術(shù)熱點(diǎn)之二 ― 金屬基印制板。汽車(chē)和LED用PCB的一大特點(diǎn)。

為PCB散熱需要用到金屬芯和金屬基板，稱(chēng)為“MiB”（Metal in Board），未來(lái)幾年MiB市場(chǎng)會(huì)有翻倍增長(zhǎng)，包括用于汽車(chē)、電器和數(shù)字功率器件等，LED照明處于飛速發(fā)展期。德國(guó)公司的“這是真正的時(shí)間超越？LED的難題”（Is It Really Time for Overdrive ? The LED Dilemma） 一文，敘述了LED動(dòng)態(tài)和LED模塊結(jié)構(gòu)，及對(duì)金屬基板導(dǎo)熱性要求。

美國(guó)公司的“鋁基電路技術(shù)—— 結(jié)構(gòu)和制造方法”（Aluminum Base Circuit Technology——Structures and Manufacturing Methods ）一文，認(rèn)為鋁是電子裝配中很有吸引力的材料，來(lái)源豐富、成本低、重量輕、導(dǎo)熱性高、尺寸穩(wěn)定、易于加工及環(huán)保，可以作為一種電路基板。此文介紹鋁基電路制造方法為首先對(duì)鋁板開(kāi)槽變形，由銑切、蝕刻或模壓加工，鋁板陽(yáng)極氧化可使表面形成絕緣層。再元器件放置于槽孔內(nèi)后樹(shù)脂封固，然后鉆孔和金屬化與形成電路圖形。鋁基電路可以多塊重疊得到電子組件。鋁基電路整個(gè)封裝過(guò)程中不需要焊接，確保無(wú)鉛化，并且可靠性高。

中國(guó)金百澤公司發(fā)表“鋁基剛撓板制造技術(shù)”（The Technology in Manufacturing of Aluminum Substrate Rigid-Flex Board） 一文，確定了鋁基剛撓板制造工藝流程，重點(diǎn)解決金屬鋁與基材壓合前的表面處理，粘結(jié)片的準(zhǔn)備，以及覆蓋膜的激光開(kāi)窗和剛撓板激光切割等工藝問(wèn)題。最終產(chǎn)品符合金屬基板三維安裝要求。

ECWC13技術(shù)熱點(diǎn)之三——埋置元件印制板。這方面有7篇論文，埋置元件PCB勢(shì)頭正盛。

埋置元件互連技術(shù)發(fā)展已有30年歷史，其中有多種技術(shù)出現(xiàn)，早期有西門(mén)子的“SIMOVE”技術(shù)是比較成功的。德國(guó)公司的“印制電路板埋置元件技術(shù)的未來(lái)機(jī)遇” （Component Embedding Technology in PCBs Opportunity for the Future?）一文提出，由于半導(dǎo)體技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，如發(fā)展SiP（系統(tǒng)封裝）引入發(fā)展SiPCB（系統(tǒng)于PCB中），對(duì)PCB提出新要求。為PCB更小、成本更低，使得PCB制造與SMT結(jié)合成為埋置元件，并結(jié)合導(dǎo)熱基材應(yīng)用，有機(jī)PCB與陶瓷、硅材料技術(shù)應(yīng)用。PCB埋置元件技術(shù)將來(lái)會(huì)有很大需要。

中國(guó)金百澤公司的“埋置電磁芯塊的多層PCB技術(shù)探討”（Investigation of Multilayer PCB with Embedded Magnetic Core Technology） 一文，描述了埋置電磁芯塊多層印制電路板的制造方法。它是把電磁芯塊層壓在FR-4基材的多層板內(nèi)，然后對(duì)磁芯鉆孔和填充樹(shù)脂，再鉆同心小孔和金屬化孔鍍銅，磁芯成為電感元件，同時(shí)按常規(guī)制程得到PCB功能。實(shí)現(xiàn)埋置磁芯模塊制造的難處有磁芯很脆弱，鉆孔操作是關(guān)鍵，微孔填充樹(shù)脂用到真空工藝。結(jié)果成功地完成埋置電磁芯塊多層PCB的制造，電氣絕緣、電感和電磁損耗都滿(mǎn)足客戶(hù)的設(shè)計(jì)要求。

日本公司的“具有薄膜去耦電容器埋置于有機(jī)體內(nèi)的功率集成件”（Power Integrity with Thin Film Decoupling Capacitors Embedded in Organic Interposer） 一文，認(rèn)為去耦電容對(duì)大規(guī)模集成電路（LSI）的低電壓運(yùn)行、高時(shí)鐘速度和降低干擾很重要，此文用氣溶膠化學(xué)氣相沉積（ASCVD）工藝，及薄膜鈦酸鍶（SrTiO3）電容器成功地埋置于有機(jī)基板內(nèi)。敘述了制作工藝，埋置薄膜電容器PCB的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，薄膜去耦電容器性能穩(wěn)定符合要求。

韓國(guó)公司的“用于射頻模塊的埋置無(wú)源基板制造和特性”（Fabrication and Characteristics of Embedded Passive Substrate for Application of RF Modules）一文，敘述埋置無(wú)源元件PCB制造方法和形成的電氣特性。把貼片式電感器和貼片式電容器埋置于PCB基板內(nèi)，構(gòu)成RF模塊。制造過(guò)程包括PCB多層層壓，激光鉆孔與金屬化孔鍍銅，形成埋置元件的孔和放入元件。經(jīng)過(guò)測(cè)試與評(píng)價(jià)，此類(lèi)PCB符合封裝要求，產(chǎn)品在性能、尺寸、高頻特征、能耗、可靠性和成本等方面有優(yōu)勢(shì)。

ECWC13技術(shù)熱點(diǎn)之四 ― 表面涂飾。PCB表面連接盤(pán)的涂飾層直接影響裝配連接可靠性，多年來(lái)一直在變化發(fā)展，追求適合、更佳，而至今沒(méi)有最佳。

德國(guó)公司的“用于下一代封裝的銅上直接鈀-金的表面涂飾” （Direct Palladium-Gold on Copper as a Surface Finish for Next Generation Packages） 一文認(rèn)為，對(duì)于新的熱打壓銅線接合和芯片安裝要求，現(xiàn)有的PCB連接盤(pán)表面ENIG和ENEPIG涂飾都有不足之處，于是產(chǎn)生了新的銅上直接化學(xué)鍍鈀（EP），或銅上化學(xué)鍍鈀與自催化鍍金（EPAG）涂層。其優(yōu)點(diǎn)是適合金線或銅線的打壓接合，因沒(méi)有鎳層而有更好高頻特性，涂層薄而更適于細(xì)線圖形，焊接或打線接合可靠，并且減少工序和成本。

美國(guó)公司的“填補(bǔ)有機(jī)可焊保護(hù)層與金屬涂飾層間的不足——PCB之最終涂飾層ENTEK OM 有機(jī)金屬層” （Bridging the OSP - Metallic Final Finish Gap——ENTEK OM Organic Metal * PCB Final Finish）一文提出，PCB最終涂飾層選擇有兩種：有機(jī)層與金屬層，而要使得成本與性能平衡是難以達(dá)到。OSP價(jià)格低但存放期短耐熱性差，ENIG等保護(hù)性佳但價(jià)格貴?，F(xiàn)新開(kāi)發(fā)的ENTEK OM是一種有機(jī)層與金屬層復(fù)合（OM）涂層，在PCB銅表面涂覆OM，厚度60 nm ～120 nm。經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)期、可焊性和焊球剪切力等試驗(yàn)，性能良好。OM的性?xún)r(jià)比非常好。

印制板表面涂飾的目的從防止銅氧化到提高可焊性、導(dǎo)電接觸性、打線接合性和抗腐蝕性，以及環(huán)保性和低成本要求?，F(xiàn)有的浸銀涂層雖成本低、可焊性良好，但抗腐蝕性差，在大氣環(huán)境下極易氧化。美國(guó)公司的“電子工業(yè)中一種新的表面涂飾——化學(xué)鍍鎳/浸銀” （A New Surface Finish for the Electronics Industry——Electroless Nickel/Immersion Silver）一文，從經(jīng)濟(jì)和實(shí)用角度推出化學(xué)鍍鎳浸銀（NiAg）涂層，其工藝與現(xiàn)行ENIG中化學(xué)鍍鎳（EN）及化學(xué)浸銀（ImAg）相同。NiAg涂層厚度為鎳2 μm ～ 6 μm，銀為0.1 μm。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證NiAg涂層性能優(yōu)良。

日本公司的“精細(xì)線路應(yīng)用的EPIG涂層特征” （Characteristics of EPIG Deposits for Fine Line Application） 一文介紹， 精細(xì)線路PCB采用化學(xué)鍍鈀/金（EPIG）與直接浸金（DIG）、化學(xué)鍍鎳/鈀/金（ENEPIG）的表面處理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行打線接合可靠性、焊接潤(rùn)濕性和焊接可靠性比較。打線接合可靠性驗(yàn)證是分別用金線、涂鈀的銅線、銀線和鋁線，結(jié)果在EPIG表面最佳?？珊感栽u(píng)價(jià)是看焊錫擴(kuò)展率，EPIG甚至3次再流焊后仍保持好的擴(kuò)展率。另外，做高速剪切試驗(yàn)，EPIG具有同DIG、ENEPIG同樣優(yōu)良結(jié)果。

ECWC13技術(shù)熱點(diǎn)之五——鉆孔和銑切技術(shù)。在PCB制程工藝方面的論文有16篇數(shù)量不少，有HDI板盲孔電鍍銅填孔、HDI板定位、樹(shù)脂塞孔等技術(shù)已成熟，這類(lèi)論文沒(méi)有新鮮感。而鉆孔和銑切論文受人關(guān)注。

高功率LED應(yīng)用的增加，使得具有高導(dǎo)熱性基板需求增加，引起廣泛開(kāi)發(fā)含有陶瓷填充絕緣層的金屬基板。這種復(fù)合層壓絕緣層非常容易磨損刀具，導(dǎo)致常規(guī)碳化鎢硬質(zhì)合金刀具損耗大。德國(guó)CGT公司發(fā)表“用金剛石涂層刀具的PCB加工”（Machining of PCB with Diamond Coated Tools） 一文，敘述了怎樣用金剛石涂料涂覆刀具，以增加刀具壽命和精度，及減少生產(chǎn)成本。碳化鎢鉆頭和銑刀的金剛石涂層是氣相沉積形成，此專(zhuān)有涂層是多種晶體層和納米晶體層的多層組合。典型的涂層厚度為12 μm，這按照刀具的幾何形狀和直徑可以變化。相比于單層涂層，多層結(jié)構(gòu)的好處是防止涂層裂紋擴(kuò)展，有非常光滑的表面使接觸摩擦力很小，能夠用于更高的進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速。文中列舉了多個(gè)例子：如銑切一塊典型的金屬基基板，無(wú)涂層銑刀速度為4 mm/s及刀具壽命7.5 m，而有金剛石涂層銑刀速度可以15 mm/s及刀具壽命60 m。又如鋁基板鉆孔，傳統(tǒng)的鉆頭只鉆150次后孔內(nèi)就有鋁屑堵塞，金剛石涂層鉆頭可以鉆1000次而孔內(nèi)無(wú)堵塞。

關(guān)于鉆孔技術(shù)，深圳金洲公司發(fā)表了“通過(guò)研究鉆孔溫度優(yōu)化鉆孔參數(shù)”（Optimization of Drilling Parameters by the Investigation of Drilling Temperature）一文，采用高速紅外攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔溫度，由鉆削溫度的調(diào)查結(jié)果改進(jìn)鉆刀幾何尺寸使具有獨(dú)特的切削刃，增加有效切割長(zhǎng)度和改善切屑性能。監(jiān)控鉆孔溫度是確定和優(yōu)化鉆孔參數(shù)和孔的質(zhì)量的一種有效方法。雖然激光鉆孔在PCB加工中越來(lái)越重要，但PCB微孔的機(jī)械鉆孔仍然是主導(dǎo)技術(shù)。

另有日本公司一文“CO2激光直接鉆孔的新的銅表面處理”（New Copper Surface Treatment for CO2Laser Direct Drilling），介紹一種新的CO2激光直接鉆孔（LDD）前處理劑，替代傳統(tǒng)的黑化和棕化處理劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較各種表面處理劑對(duì)LDD效果的影響，新的前處理劑對(duì)LDD體現(xiàn)出優(yōu)良作用。具體敘述了試驗(yàn)過(guò)程，選用的CCL種類(lèi)和LDD條件，新的前處理劑開(kāi)發(fā)背景和性能特點(diǎn)，在LDD中得到良好應(yīng)用。

ECWC13的最佳論文。 這屆ECWC最后舉行了最佳論文評(píng)選與頒獎(jiǎng)典禮，從六個(gè)技術(shù)方面評(píng)出最佳論文六篇：

（1）德國(guó)，先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)——撓性微系統(tǒng)中超薄硅芯片（Ultra-thin Silicon Chips in Flexible Microsystems）

（2）日本，汽車(chē)電子——高亮度LED照明電子電路標(biāo)準(zhǔn)介紹（Introduction of Standard of Electronic Circuit Board for High- Brightness LEDs）

（3）韓國(guó)，先進(jìn)制造技術(shù)——RF模塊應(yīng)用的埋置無(wú)源件板（Fabrication and characteristics of embedded passive substrate for application of RF Modules）

（4）中國(guó)臺(tái)灣，安裝焊接技術(shù)——焊接材料添加微量元素的微結(jié)構(gòu)細(xì)化（Refine Microstructure of Solder Material via Minor Element Addition）

（5）加拿大，過(guò)程可靠性——24種材料進(jìn)行無(wú)鉛裝配的可靠性和材料的完整性結(jié)果（Plated Through Reliability and Material Integrity Results for 24 Materials Processed Through Lead Free Assembly）

（6）中國(guó)，材料/加工技術(shù)——高速PCB中單端通孔研究（Study on Single-ended Vias in 載High Speed PCB） （此文的中文已在本刋今年7月期登載）

這些論文寫(xiě)作規(guī)范，內(nèi)容有獨(dú)特之處。同時(shí)，ECWC委員會(huì)的最佳論文獎(jiǎng)評(píng)選也搞平衡，各地都有一篇最佳論文。

電子版的ECWC13論文匯集83篇文章中，歐洲EIPC的論文有28篇為最多，其次中國(guó)CPCA有18篇。CPCA論文在世界電子電路大會(huì)占有了較大比例，并且有一些熱點(diǎn)議題，顯示了自己的技術(shù)實(shí)力。這也從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明我們與先進(jìn)國(guó)家之間技術(shù)差距在縮小。