印制電路板的發(fā)展及前景

傅莉

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333002）

1.印制電路板發(fā)展階段

隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是晶體管的電子系統(tǒng)和設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電子系統(tǒng)和設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜，因此最初采用的手工搭建電路的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要，這時(shí)出現(xiàn)印制電路板的概念。1903年，Albert Hanson首先提出了“線路”的概念，并把它用于電話交換系統(tǒng)。這種概念是把薄薄的金屬箔切割成線路導(dǎo)體，再把它們黏合在石蠟紙上，最后在下面貼上一層石蠟紙，這樣便構(gòu)成了現(xiàn)今印制電路板的結(jié)構(gòu)雛形。1936年，Paul Eisner博士真正發(fā)明了印制電路板的制作技術(shù)，自此印制電路板便迅速發(fā)展起來，并獲得了廣泛應(yīng)用。

自印制電路板誕生開始至發(fā)展到今天，已經(jīng)將近70年歷史了，縱觀印制電路板的歷史，可以將它劃分為6個(gè)時(shí)期：

1.1 印制電路板的誕生期（1936年至40年代末期）

1936年，Paul Eisner博士真正發(fā)明了印制電路板的制作技術(shù)，印制電路板由此誕生了。在這個(gè)歷史時(shí)期，印制電路板采用的制造方法是加成法，即在絕緣板表面添加導(dǎo)電材料來形成導(dǎo)電圖形，采用的具體制造工藝有涂抹法、噴射閥、真空沉積法、蒸發(fā)法、化學(xué)沉積法和涂敷法等。在1936年底，采用上面所述生產(chǎn)技術(shù)的印制電路板曾應(yīng)用于無線電接收機(jī)。

1.2 印制電路板的試產(chǎn)期（20世紀(jì)50年代）

自從1953年起，通信設(shè)備制造業(yè)開始對(duì)印制電路板重視起來。這時(shí)開始采用的制造工藝減層法，它的具體制造方法是采用覆銅箔紙基酚醛樹脂層壓板(PP基板)，然后采用化學(xué)藥品來溶解并除去不需要的銅箔，這樣剩下的銅箔就形成電路。在這個(gè)歷史時(shí)期，采用的腐蝕液的化學(xué)成分是三氯化鐵，其代表產(chǎn)品是索尼公司制造的手提式晶體管收音機(jī)，它是一種采用PP基材的單層印制電路板。

1.3 電路板的實(shí)用期（20世紀(jì)60年代）

在這個(gè)時(shí)期，印制電路板采用覆銅玻璃布環(huán)氧樹脂層壓板（GE基材）。1960年起，日本公司開始大量使用GE基板材料。1964年，美國(guó)光電路公司開發(fā)出沉厚銅化學(xué)鍍銅液（CC—4），開始了新的加成法制造工藝。日立公司引進(jìn)了CC—4技術(shù)，目的是用于解決GE基板在初期有加熱翹曲變形、銅箔剝離等問題。隨著材料制造商技術(shù)的逐步改進(jìn)，GE基材的質(zhì)量不斷地提高。1965年起，日本有好幾家制造商開始批量生產(chǎn)GE基板、工業(yè)電子設(shè)備用GE基板和民用電子設(shè)備用PP基板。

1.4 印制電路板快速發(fā)展期（20世紀(jì)70年代）

在這個(gè)歷史時(shí)期，印制電路板專業(yè)制造公司大量出現(xiàn)，同時(shí)各個(gè)公司開始使用過孔來實(shí)現(xiàn)印制電路板之間的層間互連。1970年起，通信行業(yè)的電子交換機(jī)開始使用3層的印制電路板；之后大型計(jì)算機(jī)開始采用多層印制電路板，因此多層印制電路板得到了快速的發(fā)展。這個(gè)時(shí)期，超過20層的印制電路板采用聚酰亞胺層壓板作為絕緣基板。

這個(gè)時(shí)期的印制電路板從4層向6層、8層、10層、20層、40層以及更多工作層面發(fā)展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高密度化（細(xì)線、小孔、薄板化），具體的導(dǎo)線寬度和間距從0.5mm向0.35mm、0.2mm、0.01mm發(fā)展，印制電路板單位面積上布線密度大幅度提高。另外，印制電路板上原來的插入式安裝技術(shù)逐漸過渡到表面貼裝技術(shù)。這個(gè)時(shí)期的另一個(gè)重要突破是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝配線，可以自動(dòng)安裝印制電路板上的元器件。

1.5 印制電路板的高速發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)80年代）

20世紀(jì)80年代，印制電路板處于高速發(fā)展的時(shí)期，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，逐漸成為電子系統(tǒng)和設(shè)備制造中必不可少的一個(gè)組成部分。同時(shí)，多層印制電路板獲得了飛速發(fā)展，它逐漸代替了單層板和雙層板而成為了設(shè)計(jì)的主流。1980年后，PCB高密度化也明顯得到提高，這時(shí)已經(jīng)可以生產(chǎn)出62層的玻璃陶瓷基印制電路板。這種高密度化進(jìn)一步促進(jìn)了移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

1.6 印制電路板的革命期（20世紀(jì)90年代）

20世紀(jì)90年代前期，印制電路板的發(fā)展經(jīng)歷了一段低谷時(shí)期。1994年，印制電路板開始恢復(fù)發(fā)展，其中擾性印制電路板獲得了較大的發(fā)展。1998年開始，積層法印制電路板開始進(jìn)入到了實(shí)用期，產(chǎn)量開始急劇增加；IC元件封裝形式也開始進(jìn)入到球刪陣列（BGA）和芯片級(jí)封裝（CSP）的階段。如今，印制電路板的發(fā)展主要表現(xiàn)在機(jī)械化、工業(yè)化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化等方向，它已經(jīng)形成一門在電子工業(yè)領(lǐng)域中的新興的、強(qiáng)大的印制電路制造工業(yè)。另外，主導(dǎo)21世紀(jì)的技術(shù)革命的納米技術(shù)，將會(huì)極大地帶動(dòng)電子元器件的研究開發(fā)，從而引起印制電路板制造工業(yè)的革命性發(fā)展。

2.印制電路板未來展望

電子計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使電子工業(yè)成為世界最大的產(chǎn)業(yè)之一，電子產(chǎn)品正向著小型化、輕質(zhì)量、多功能、高可靠、低成本的方向發(fā)展。電子組裝技術(shù)逐步由通孔安裝向表面安裝和微小型安裝發(fā)展，大大促進(jìn)了印制版的設(shè)計(jì)制造、測(cè)試技術(shù)和新型覆銅箔材料的發(fā)展。為了適應(yīng)球刪陣列封裝和最新的芯片級(jí)封裝等表面貼裝元器件的安裝，印制電路板的導(dǎo)線寬度和間距達(dá)到0.1mm以下，最小導(dǎo)通孔的孔徑直徑已經(jīng)在0.3mm以下。新的表面安裝技術(shù)對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)、制造工藝和材料都提出了新的要求。目前已有基層壓為基材的采用多芯片模塊封裝技術(shù)的高精度、高密度、超薄型多層印制電路板正處于發(fā)展當(dāng)中，而且代表當(dāng)今世界最先進(jìn)的印制電路板技術(shù)的高密度互連結(jié)構(gòu)的印制板——積層式多層板已被研制出來。它是一種具有埋孔和盲孔、孔徑不大于0.1mm、孔環(huán)寬小于0.25mm、導(dǎo)線寬度和間距小于0.1mm或更小的積層式薄型高密度互連的多層板，在通信行業(yè)的高檔手機(jī)中應(yīng)用日益廣泛。

由于科技技術(shù)的發(fā)展，對(duì)印制電路板的具體形式難以預(yù)計(jì)。但印制板的發(fā)展與元器件的小型化和電子裝聯(lián)工藝的發(fā)展是相互適應(yīng)的，所以根據(jù)這些電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前可以預(yù)見的大體方向是：印制電路板向高層次、高密度、高可靠性、薄型化、小型化、功能化和無公害的綠色產(chǎn)品發(fā)展，具體反映在以下幾個(gè)方面：

2.1 設(shè)計(jì)方面

為了適應(yīng)元器件小型化、功能增多、I/O引腳數(shù)量增多、節(jié)距小和安裝密度高的發(fā)展需要，在印制板的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)有先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中會(huì)有功能強(qiáng)大的新型設(shè)計(jì)軟件。借助計(jì)算機(jī)軟件，自由角度布線、三維布局及布線技術(shù)將廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)高密度、高精度的導(dǎo)電圖形和高密度互連的印制板。

2.2 基材方面

綠色環(huán)保型基材將得到廣泛應(yīng)用。適用于表面貼裝用的耐熱性高、熱穩(wěn)定性好的基材以及低介電常數(shù)的特殊基材，耐離子遷移的高性能材料和使用HDI的覆樹脂銅箔將是今后基材發(fā)展的方向。

2.3 PCB產(chǎn)品

在印制板的產(chǎn)品方面，預(yù)置電阻和電容、直接封裝芯片的功能性印制板得到大量的應(yīng)用。采用HDI結(jié)構(gòu)和多芯片模塊技術(shù)用的MCL-L積層板使電路功能化、模塊集成化，撓性和鋼-撓結(jié)合印制電路板的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的立體安裝，簡(jiǎn)化了電子裝聯(lián)工藝，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性。

2.4 導(dǎo)電圖形

印制板的導(dǎo)電圖形可以實(shí)現(xiàn)多層布線、密度高、導(dǎo)線寬度和間距小于0.1mm等性能。層間互連采用孔徑小于0.1mm的盲孔和埋孔的高密度互連結(jié)構(gòu)和更為精細(xì)的導(dǎo)電圖形。

2.5 制造技術(shù)

印制板的制造技術(shù)向CAD-CAM-CAT一體化發(fā)展，可大大提高加工的極度，并縮短加工和測(cè)試周期。在加工技術(shù)方面，激光和等離子技術(shù)將被廣泛應(yīng)用，工藝過程的無污染或低污染，使制造技術(shù)向清潔綠色制造方向發(fā)展。

2.6 檢測(cè)技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛用于PCB和組裝件的性能測(cè)試。如通斷測(cè)試、X射線內(nèi)層檢測(cè)、X射線鍍層檢測(cè)厚和自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)印制板組裝件的自動(dòng)X射線檢測(cè)、在線檢測(cè)、功能測(cè)試和無接觸式檢測(cè)等技術(shù)，使PCB及組裝件的檢測(cè)向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

面對(duì)電氣、電子產(chǎn)品無鉛焊接的環(huán)保要求，印制電路板的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)與電子裝聯(lián)工藝的關(guān)系將更為緊密，元器件的小型化、模塊化和印制板的功能化將減少電子裝聯(lián)的工作量而大大提高產(chǎn)品的可靠性。印制電路板設(shè)計(jì)、制造和裝聯(lián)技術(shù)的進(jìn)步必將促進(jìn)電子產(chǎn)品向成本低、高可靠性、小型化綠色環(huán)保型的方向發(fā)展。

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