2014年印制電路新技術(shù)綜觀

龔永林本刊主編

2014年印制電路新技術(shù)綜觀

龔永林
本刊主編

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，匯集2014年中印制電路技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)，包括HDI板、撓性板與剛撓結(jié)合板、IC載板、導(dǎo)熱板、埋置元件板、印制電子等多方面，綜觀在過去一年的印制電路技術(shù)發(fā)展趨向。

印制電路技術(shù)， 發(fā)展， 綜觀， 2014年

時(shí)光又進(jìn)入了新的一年，2014年過去了。在過去的一年印制電路產(chǎn)業(yè)與大環(huán)境一樣，在全球范圍經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢，印制電路產(chǎn)業(yè)低速增長(zhǎng)；中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)在世界領(lǐng)先，中國(guó)的印制電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)也是世界領(lǐng)先。產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須有技術(shù)發(fā)展，技術(shù)發(fā)展會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2014年盡管印制電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)值并不高，而技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)還是不少。在此對(duì)一些技術(shù)發(fā)展趨向作歸納，以利在新的一年邁向更大發(fā)展。

1 HDI板向更高密度更輕薄發(fā)展

近幾年來，PCB市場(chǎng)重點(diǎn)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向通信，這兩年更是轉(zhuǎn)向智能手機(jī)、平板電腦類移動(dòng)終端。因此，2014年移動(dòng)終端用HDI板仍然是PCB增長(zhǎng)的主要點(diǎn)。以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)終端驅(qū)使HDI板更高密度更輕薄。

1.1 細(xì)線化

PCB全都向高密度細(xì)線化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前IPC為HDI板下的定義是線寬/線距（L/ S）是0.1 mm/0.1 mm及以下， 現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)基本做到常規(guī)L/S為60 μm，先進(jìn)的L/S為40 μm。日本的2013年版安裝技術(shù)路線圖數(shù)據(jù)是2014年HDI板常規(guī)L/S為50 μm，先進(jìn)的L/S為35 μm，試制性的L/S為20 μm[1]。

PCB線路圖形形成，傳統(tǒng)的是銅箔基板上光致成像后化學(xué)蝕刻工藝（減去法），減去法精細(xì)線路的限度最小約在30 μm，并且是需要減薄銅層或用薄銅箔。這種做法工序多、控制難、成本高。當(dāng)前精細(xì)線路制作趨于半加成法（SAP）或改進(jìn)型半加工法（MSAP）。

導(dǎo)體與絕緣基材的結(jié)合力，隨著導(dǎo)體精細(xì)化問題就越突出。習(xí)慣做法是增加表面粗糙度以增加表面積而提高結(jié)合力，如強(qiáng)化去玷污處理粗化樹脂層表面，用高輪廓銅箔或氧化處理銅面。對(duì)于細(xì)導(dǎo)線，這種物理方法保證結(jié)合力是不行的，因粗糙的表面影響線路精度及導(dǎo)線傳輸性能。于是開發(fā)出平滑樹脂面上化學(xué)鍍銅高結(jié)合力銅箔，如有“分子接合技術(shù)”[1]，是對(duì)樹脂基材表面化學(xué)處理形成一種官能基團(tuán)能與銅層密切結(jié)合。

除了考慮細(xì)導(dǎo)體與絕緣基材的結(jié)合力外，還有細(xì)線路制作過程中干膜成像圖形轉(zhuǎn)移，銅箔的表面處理是成功的關(guān)鍵因素之一。有種方法為采用表面清洗劑和微蝕刻劑的最佳組合，以提供一個(gè)干凈的表面與有足夠的面積，促進(jìn)干膜的附著力[2]。首先采用化學(xué)清洗去掉銅箔的表面抗變色處理層，以及除去污垢與氧化物，依照銅箔的類型選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)清潔劑，其次是微刻蝕銅箔表面。為使成像干膜與銅層、阻焊圖形與細(xì)線路結(jié)合可靠，也應(yīng)采取非物理粗化表面的方法[3]。

蝕刻是線路形成的重要工序，需要相應(yīng)的蝕刻設(shè)備。在多年前德國(guó)開發(fā)出真空蝕刻機(jī)提高了蝕刻線路精度，現(xiàn)日本公司在此基礎(chǔ)上開發(fā)了超級(jí)蝕刻機(jī)以真空技術(shù)解決板面上積液?jiǎn)栴}，使蝕刻速度一致和提高蝕刻因子，實(shí)現(xiàn)銅厚18 μm的L/S=20 μm/20 μm，并改善傳送滾輪能成功傳送薄板。

1.2 半加成法積層基材

半加成法技術(shù)重點(diǎn)之一是積層材料，也是HDI技術(shù)的開發(fā)重點(diǎn)。采用涂樹脂銅箔，或者半固化環(huán)氧玻璃布與銅箔層壓的積層難以達(dá)到精細(xì)線路?，F(xiàn)在半加成法熱點(diǎn)是采用絕緣介質(zhì)膜積層，從精細(xì)線路實(shí)現(xiàn)和制作成本看完全的SAP比MSAP更有利。SAP積層用熱固化樹脂，由激光鉆孔后電鍍銅形成導(dǎo)通孔和電路圖形。

為符合高密度細(xì)線路要求對(duì)積層材料提出介質(zhì)電氣性、絕緣性、耐熱性、結(jié)合力等要求，以及與HDI板工藝適應(yīng)性。目前國(guó)際上的HDI積層材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列產(chǎn)品，以環(huán)氧樹脂搭配不同固化劑，以添加無機(jī)粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強(qiáng)剛性。另有日本積水化學(xué)公司的類似薄膜積層材料，臺(tái)灣工研院也開發(fā)了此類材料[4]。ABF材料也在不斷改進(jìn)發(fā)展，新一代積層材料特別要求表面低粗化度、低熱膨脹率、低介質(zhì)損耗及薄型剛強(qiáng)化等。

1.3 鍍銅填孔

從HDI板可靠性考慮，互連孔都采取電鍍銅填孔技術(shù)，包括盲孔填銅和通孔填銅。鍍銅填孔的能力表現(xiàn)在填實(shí)性：被銅封閉的孔中是否存在有空洞；平整性：鍍銅孔口存在凹陷（Dimple）程度；厚徑比：板厚（孔深）與孔徑的比例。

從電鍍液添加劑改良和電鍍?cè)O(shè)備改進(jìn)，鍍銅填孔日趨完善。目前達(dá)到孔中空洞基本不會(huì)出現(xiàn)；鍍銅孔口凹陷程度小于10 μm，甚至完全平整；盲孔的厚徑比已從小于1達(dá)到等于1，甚至大于1，并且盲孔與貫通孔同時(shí)鍍銅填塞。如有利用反向脈沖電鍍的特點(diǎn)，達(dá)到鍍銅60 min內(nèi)完成填充厚度0.2 mm孔徑0.1 mm的貫通孔，進(jìn)一步向0.3 mm板厚進(jìn)展[5]。

2 倒芯片封裝IC封裝載板

全球半導(dǎo)體封裝中有機(jī)基板占到超過三分之一的市場(chǎng)份額，這主要原因是倒裝芯片的載板價(jià)值高。隨著手機(jī)和平板電腦產(chǎn)量增長(zhǎng)， 驅(qū)動(dòng)FC-CSP和 FCPBGA大增。[6]IC封裝載板由有機(jī)基板取代陶瓷基板，封裝載板的節(jié)距越來越小，現(xiàn)在典型的線寬/線距為15 μm，接下來會(huì)更細(xì)。有機(jī)基板主要由于成本低擊敗陶瓷和硅的競(jìng)爭(zhēng)。未來的發(fā)展趨勢(shì)。在BGA和CSP細(xì)間距載板會(huì)繼續(xù)下去，同時(shí)無芯板與四層或更多層的載板更多應(yīng)用，路線圖顯示載板的特征尺寸更小，性能重點(diǎn)要求低介電性、低熱膨脹系數(shù)和高耐熱性，在滿足性能目標(biāo)基礎(chǔ)上追求低成本的基板。

IC封裝載板現(xiàn)在批量化生產(chǎn)已達(dá)到L/S=10 μm，L/S=5 μm試制中，基本都采用絕緣介質(zhì)積層結(jié)合壓薄銅箔的MSPA工藝[7]。實(shí)現(xiàn)精細(xì)線路圖形用到表面處理技術(shù)，涉及有基材平整與結(jié)合可靠去玷污處理，干膜成像的處理，微孔的填孔處理，銅層蝕刻處理，表面鈀殘留物去除處理，細(xì)線路表面微粗化處理，把這些工藝組合搭配，以達(dá)到最適宜化。用SAP方法制造出6 μm/6 μm電路圖形。選擇恰當(dāng)?shù)臉渲统上窀赡さ?，有用SAP方法制造出3 μm/3 μm電路圖形[3]。

3 適應(yīng)高頻高速化需求

電子通信技術(shù)從有線到無線，從低頻、低速到高頻、高速?，F(xiàn)在的手機(jī)性能已進(jìn)入4G并將邁向5G，就是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。全球云計(jì)算時(shí)代到來使數(shù)據(jù)流量成倍增加，通訊設(shè)備高頻高速化是必然趨勢(shì)。PCB為適合高頻、高速傳輸?shù)男枰?，除了電路設(shè)計(jì)方面減少信號(hào)干擾與損耗，保持信號(hào)完整性，以及PCB制造保持符合設(shè)計(jì)要求外，重要的是有高性能基材。

設(shè)計(jì)工程師為解決PCB增加速度和信號(hào)完整性，主要是針對(duì)電信號(hào)損失屬性?；倪x擇的關(guān)鍵因素介電常數(shù)（Dk）與介質(zhì)損耗（Df ），當(dāng)Dk低于4與Df 0.010以下為中Dk/Df級(jí)層壓板，當(dāng)Dk低于3.7 與Df 0.005以下為低Dk/Df級(jí)層壓板，現(xiàn)在有多種基材進(jìn)入市場(chǎng)可供選擇[8]。

現(xiàn)階段選擇最多的仍是FR-4類基板，對(duì)環(huán)氧樹脂作改性及添加填料達(dá)到提高Tg、降低Dk和Df。開發(fā)新樹脂系統(tǒng)，如一種較低Df的熱固性改性聚苯醚聚合物基新材料，具有低Dk固化劑和低Df無機(jī)填料，實(shí)現(xiàn)所需的低介電損耗特性，可以用于下一代超過20 Gpb網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。又如由聚苯醚（PPE）和偏苯三酸酐（TMA）、二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）及雙馬來酰亞胺（BMI）合成的獨(dú)特絕緣樹脂，具有優(yōu)秀的耐熱性和介電性。復(fù)合樹脂與玻璃布構(gòu)成覆銅板有高Tg值（Tg＞210 ℃），好的機(jī)械強(qiáng)度與耐熱性，低的介電常數(shù)（Dk3.5～3.8 10 GHz），阻燃性UL94-V0，沒有無機(jī)填料和符合RoHS要求，并兼有常規(guī)PCB的加工性，此基材適用于HDI板、IC載板和服務(wù)器PCB[9]。

高速PCB中導(dǎo)體銅的表面粗糙度（輪廓）已成為影響信號(hào)傳輸損耗的一個(gè)重要因素，特別是對(duì)10 GHz以上范圍的信號(hào)。在10 GHz時(shí)銅箔粗糙度需要低于1 μm，使用超平面銅箔（表面粗糙度0.04 μm）效果更佳[10]。銅箔表面粗糙度還需結(jié)合適宜的氧化處理和粘合樹脂系統(tǒng)。在不久的將來，會(huì)有一種幾乎沒有輪廓的涂有樹脂的銅箔，能有更高的剝離強(qiáng)度并且不影響介質(zhì)損耗 。

例如，松下推出的Megtron 6高頻基板使用聚苯醚（PPE）為主要樹脂，Dk=3.4，Df=0.0015 （1 GHz）。日本利昌工業(yè)也使用聚苯醚為主體樹脂的基板，推出的CS-3376CN新基板其Dk=3.1，類同于PTFE基板。三菱瓦斯新的BT樹脂基板由調(diào)整BT與環(huán)氧樹脂比例，比其原有BT基板的介電特性要低近60%。伊索拉的Tachyon-100G基材具有PTFE類同的電氣性能，及具有FR-4類同的PCB加工條件，在40 GHz下Dk3.0和Df0.002，達(dá)到傳送100千兆位以太網(wǎng)（100 GbE）的需要。

4 高耐熱散熱性

采用金屬基板（IMS）或金屬芯印制電路板，起到發(fā)熱組件的散熱作用，比傳統(tǒng)的散熱器、風(fēng)扇冷卻縮小體積與降低成本。鋁是一種有吸引力的材料，它資源豐富、成本低、良好的導(dǎo)熱性能和強(qiáng)度，及環(huán)境友好，目前金屬基板或金屬芯多數(shù)是金屬鋁。鋁基電路板的優(yōu)點(diǎn)有簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)、電子連接可靠、導(dǎo)熱和強(qiáng)度高、無焊接無鉛環(huán)保等，從消費(fèi)品到汽車、軍品和航天都可設(shè)計(jì)應(yīng)用。金屬板的導(dǎo)熱性和耐熱性無需置疑，關(guān)鍵在于與電路層間絕緣粘結(jié)劑之性能。

目前熱管理的驅(qū)動(dòng)力重點(diǎn)在LED，LED的輸入功率有近80%轉(zhuǎn)換成熱，因此LED的熱管理問題深受重視，重點(diǎn)是LED用基板的散熱性。有四種主要的LED基板類型，適合不同的成本與應(yīng)用條件。對(duì)于導(dǎo)熱性影響主要是絕緣介質(zhì)層的導(dǎo)熱系數(shù)來衡量，PCB制造方面的重點(diǎn)考慮介質(zhì)材料選擇與層壓[11]。高耐熱環(huán)保型散熱絕緣層材料的構(gòu)成，為切入高亮度LED照明市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。

5 撓性、剛撓板新趨勢(shì)

電子設(shè)備的小型化、輕薄化，必然大量使用撓性印制電路板（FPCB）和剛撓結(jié)合印制電路板（R-FPCB）。全球的FPCB市場(chǎng)目前估計(jì)超過130億美元，預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)率超過剛性PCB。

隨著應(yīng)用面的擴(kuò)大，除了數(shù)量增加也會(huì)有許多新的性能要求。 就聚酰亞胺膜有無色透明、白色、黑色和黃色等不同種類，具有高耐熱與低CTE性能，以適合不同場(chǎng)合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同樣有市場(chǎng)，新的性能挑戰(zhàn)有高彈性、尺寸穩(wěn)定性、膜表面品質(zhì)，以及薄膜的光電耦合性和耐環(huán)境性等，以滿足最終用戶不斷變化的要求。

FPCB與剛性HDI板一樣要適應(yīng)高速度和高頻率信號(hào)傳輸要求，撓性基材的介電常數(shù)和介電損耗必須關(guān)注，可利用聚四氟乙烯和先進(jìn)的聚酰亞胺基板構(gòu)成撓性電路[12]。在/聚酰亞胺樹脂中添加無機(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。選用無機(jī)填料有氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al2O3）和六角形氮化硼（HBN）。該基材有1.51 W/mK導(dǎo)熱性，可經(jīng)受2.5 kV耐電壓、180度彎曲試驗(yàn)[13]。

FPCB制造技術(shù)方面，在聚酰亞胺（PI）膜上直接金屬化制造雙面FPCB技術(shù)一直在發(fā)展，有一種分子接合劑水溶液新技術(shù)，并不改變PI膜表面粗糙度而可增加與化學(xué)沉銅層結(jié)合強(qiáng)度。采用PI膜進(jìn)行分子接合處理后直接化學(xué)鍍銅，經(jīng)過半加成法流程制作雙面撓性印制線路板，簡(jiǎn)化工序及有利環(huán)保，對(duì)結(jié)合力、彎曲性和可靠性等都達(dá)到要求 。

自二十世紀(jì)我國(guó)現(xiàn)代圖書館事業(yè)發(fā)軔，社會(huì)中的知識(shí)群體逐漸從傳統(tǒng)的書齋、藏書樓走出，開始利用新式公/私型圖書館進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，圖書館也因此成為文化的載體和學(xué)術(shù)思想的集散地。新式圖書館在彰顯面向社會(huì)普遍開放的現(xiàn)代性的同時(shí)，也繼承了我國(guó)古代藏書注重版本目錄研究的文獻(xiàn)整理傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)知識(shí)生產(chǎn)方式與現(xiàn)代圖書館服務(wù)模式的有效結(jié)合。民國(guó)時(shí)期國(guó)立北平圖書館編纂委員會(huì)及編纂群體，就是致力于這類知識(shí)生產(chǎn)與服務(wù)的典型代表。

還有用印刷自催化電子線路技術(shù)，以成卷式生產(chǎn)（R2R），先在PET膜上印刷涂覆具有自催化性的油墨，然后進(jìn)入化學(xué)鍍銅槽中，由于油墨具有自催化能力在油墨上沉積銅層，形成銅導(dǎo)體圖形，完成PET膜上的金屬細(xì)線路制作。

FPCB應(yīng)用市場(chǎng)如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人等，對(duì)FPCB性能結(jié)構(gòu)提出新要求，開發(fā)出FPCB新產(chǎn)品。如超薄撓性多層板，四層FPCB從常規(guī)的0.4 mm減薄至約0.2 mm；高速傳輸撓性板，采用低Dk和低Df聚酰亞胺基材，達(dá)到5 Gbps傳輸速度要求；大功率撓性板，采用100 μm以上厚導(dǎo)體，以適應(yīng)高功率大電流電路需要；高散熱金屬基撓性板是局部使用金屬板襯底之R-FPCB；觸覺感應(yīng)性撓性板，由壓力傳感膜和電極夾在兩個(gè)聚酰亞胺薄膜之間，組成撓性觸覺傳感器；可伸縮撓性板或剛撓結(jié)合板，其撓性基材為彈性體，金屬導(dǎo)線圖案的形狀改進(jìn)成為可伸縮。

6 印制電子

印制電子歷史很早，只是近幾年勢(shì)頭興盛，預(yù)測(cè)到2020年代中期印制電子將有超3000億美元的市場(chǎng)。印制電子技術(shù)應(yīng)用于印制電路產(chǎn)業(yè)，是印制電路技術(shù)的一部分，這在行業(yè)內(nèi)已成共識(shí)。把控印制電子技術(shù)和印制電子市場(chǎng)的重要手段是掌握標(biāo)準(zhǔn)。全球都積極參與印制電子標(biāo)準(zhǔn)化組織，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEC建立了印制電子技術(shù)委員會(huì)（IEC/TC119）開始印制電子國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。IPC提出了印制電子標(biāo)準(zhǔn)框架，并且IPC與JPCA合作搶先發(fā)布了印制電子基材要求、印制電子功能性導(dǎo)電材料要求和印制電子設(shè)計(jì)指南三份標(biāo)準(zhǔn)。

印制電子不斷發(fā)展可看到商業(yè)應(yīng)用的前景非常廣闊，現(xiàn)在已有PCB制造商投入印制電子，他們從撓性板開始，用印制電子電路（PEC）替代印制電路板（PCB）。印制電子技術(shù)最接近FPCB，目前基材和油墨材料繁多，一旦性能與成本有突破就會(huì)大量應(yīng)用，降低成本就會(huì)開辟更大的市場(chǎng)[14]。非電子行業(yè)的印刷公司也跨躍投入印制電子電路，PCB制造商更不要錯(cuò)失機(jī)會(huì)。

歐洲OE-A協(xié)會(huì)對(duì)該產(chǎn)業(yè)景氣調(diào)查顯示，這個(gè)年輕的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有一個(gè)光明的未來。有機(jī)和印制電子的混合系統(tǒng)有助于產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，OE-A確定了最新版本路線圖。傳統(tǒng)的硅和印制電子組件結(jié)合的混合系統(tǒng)，這可能開辟了新的PCB產(chǎn)業(yè)。這些混合技術(shù)包括大面積光刻、網(wǎng)版印刷或噴墨打印，及撓性PCB技術(shù)[15]。

印制電子技術(shù)的重要一方面是材料，包括基材和功能性油墨。撓性基材除現(xiàn)有FPCB適用外，也開發(fā)更高性能基材，目前有陶瓷和高分子樹脂混合構(gòu)成的高介電基板材料，還有高溫基材、低溫基材和無色透明基材、黃色基材等[16]。印制電子除使用一些聚合物材料外，還需功能性油墨材料，主要是導(dǎo)電油墨，不斷地向提高導(dǎo)電性、印刷適應(yīng)性、低成本化發(fā)展，目前可供印制電子產(chǎn)品選擇的導(dǎo)電油墨種類已很多了。另外還有壓電、熱電、鐵電材料，在印制電子中組合使用能發(fā)揮多功能性。

印制電子技術(shù)的又一重要方面是印刷工藝與相應(yīng)的印刷設(shè)備，這是傳統(tǒng)印刷技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。印制電子可以應(yīng)用不同的印刷方法，如凹版印刷、凸版印刷、網(wǎng)版印刷和噴墨打印。網(wǎng)版印刷已在PCB制造中應(yīng)用，工藝成熟與成本低，目前是向自動(dòng)化、高精細(xì)化發(fā)展，如印刷線寬/線距（S/L）的分辨率通常是100 μm/100 μm，在向L/S低于50 μm/ 50 μm邁進(jìn)。噴墨打印在PCB制造中應(yīng)用的范圍在擴(kuò)大，從標(biāo)記符號(hào)、阻焊劑到抗蝕圖形，進(jìn)一步直接打印導(dǎo)電圖形；同時(shí)噴墨打印向圖形高精細(xì)化和快速化發(fā)展。如新的氣溶膠噴射技術(shù)明顯優(yōu)于壓電式噴印，形成導(dǎo)線達(dá)到細(xì)精與立體化要求，可以在平面或立體構(gòu)件上直接打印電子電路及元件[17]。還有噴墨打印同時(shí)采用激光照射瞬時(shí)固化油墨的方法，導(dǎo)電線路厚度與寬度比1.0以上，如線寬10 μm，線高也有10 μm，實(shí)例有在PI膜上制作線路寬30 μm、線厚20 μm的FPCB。

印制電子目前重點(diǎn)應(yīng)用是低成本的制造射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽，可以成卷印刷完成。潛在的是印刷顯示器、照明和有機(jī)光伏領(lǐng)域。可穿戴技術(shù)市場(chǎng)是當(dāng)前新興的一個(gè)有利市場(chǎng)?？纱┐骷夹g(shù)各種產(chǎn)品，如智能服裝和智能運(yùn)動(dòng)眼鏡，活動(dòng)監(jiān)視器，睡眠傳感器，智能表，增強(qiáng)逼真的耳機(jī)、導(dǎo)航羅盤等?？纱┐骷夹g(shù)設(shè)備少不了撓性電子電路，將帶動(dòng)撓性印制電子電路的發(fā)展。

印制電子和三維(3D)打印制造已經(jīng)被市場(chǎng)炒作，它們都被看作制造電子電路的新方法，會(huì)給PCB行業(yè)產(chǎn)生巨大的變化?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)3D打印機(jī)和開發(fā)的印制電子材料，制作出印制電路板和組件[18]。3D打印和印制電子采用新思維及先進(jìn)的設(shè)備與材料，會(huì)進(jìn)入PCB領(lǐng)域。

7 埋置元件PCB

埋置元件印制電路板（EDPCB）是實(shí)現(xiàn)高密度電子互連的一種產(chǎn)品，埋置元件技術(shù)在PCB有很大的潛力。日本和歐美的PCB制造業(yè)在衰退，而他們?cè)趶拈_發(fā)埋置元件PCB找產(chǎn)業(yè)發(fā)展出路。國(guó)外一些PCB制造商開發(fā)了埋置元件PCB制造技術(shù)，提高了PCB的功能與價(jià)值，除了在通信產(chǎn)品應(yīng)用外，也在汽車、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域提供了機(jī)會(huì)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)IEC/TC91開展的埋置元件印制板標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62878），現(xiàn)已經(jīng)過投票表決和完成最終國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)文本，預(yù)定在2014年發(fā)布。

EDPCB的發(fā)展，從碳膏制作的印刷電阻和鎳磷合金箔制作的薄膜電阻，以及夾有高介電常數(shù)基材構(gòu)成的平面電容，形成埋置無源元件印制板，到進(jìn)入埋置IC芯片、埋置貼片元件，形成埋置有源與無源元件印制板?，F(xiàn)在面對(duì)的課題有埋置元件復(fù)雜化及EDPCB的薄型化，以及散熱性和熱變形控制、最終檢測(cè)技術(shù)等。

元器件埋置技術(shù)現(xiàn)在已在手機(jī)等便攜終端設(shè)備中應(yīng)用。EDPCB制造工藝進(jìn)入實(shí)用的有B2it方法，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性和低成本；有PALAP方法，達(dá)到高層數(shù)和低功耗，被用于汽車電子中；有埋置晶圓級(jí)封裝芯片的通信模塊，體現(xiàn)良好的高頻特性，今后會(huì)有埋置BGA芯片的eWLB出現(xiàn)[19]。隨著EDPCB設(shè)計(jì)規(guī)則的確立，這類產(chǎn)品會(huì)迅速發(fā)展。

埋置芯片的PCB已經(jīng)邁向商品化，被用于高度小型化封裝的移動(dòng)通信中、高端服務(wù)器中、汽車控制單元等。更高水平的研究是埋置高功率模塊PCB應(yīng)用于電動(dòng)汽車，目標(biāo)是用于一個(gè)混合電動(dòng)力汽車的50 kW逆變器的制造，預(yù)計(jì)埋置技術(shù)可以滿足全電動(dòng)汽車的苛刻的要求[20]。埋置元件擴(kuò)展到撓性印制板范疇，例如以全聚酰亞胺基材和埋置芯片與貼片元件構(gòu)成的五層FPCB，厚度260 μm。

EDPCB發(fā)展的重要因素是可被埋置的元件或形成元件的材料，正在開發(fā)能直接埋置于PCB的薄小型電阻器、電容器與芯片模塊等。還有開發(fā)填充陶瓷粉末的聚合物復(fù)合材料，具有介電常數(shù)高、高頻率下介質(zhì)損耗小、電介質(zhì)層厚度薄，可制作PCB內(nèi)層射頻電容。EDPCB逐步通過設(shè)計(jì)規(guī)則、元件制作與PCB制作的配合，以及成品檢測(cè)、缺陷返工等保證品質(zhì)。把EDPCB不斷推向商品化。

8 表面涂飾

PCB表面銅層需要保護(hù)，目的是防止銅氧化和變質(zhì)，在裝配時(shí)提供連接可靠的表面。PCB制造中一些通常使用的表面涂飾層，有含鉛或無鉛熱風(fēng)整平焊錫、浸錫、有機(jī)可焊性保護(hù)膜、化學(xué)鍍鎳/金、電鍍鎳/金等。哪種表面涂飾層佳？這需從適合性和成本考慮，至今沒有定論。當(dāng)前的發(fā)展主要是對(duì)于精細(xì)線路PCB的表面處理。

HDI板和IC封裝載板的表面涂飾層現(xiàn)從化學(xué)鍍鎳/金（ENIG）發(fā)展到化學(xué)鍍鎳/鈀/金（ENEPIG），有利于防止元件安裝后出現(xiàn)黑盤而影響可靠性?，F(xiàn)有對(duì)ENEPIG涂層中鈀層作了分析，其中鈀層結(jié)構(gòu)有純鈀和鈀磷合金，它們有不同的硬度，因此用于打線接合與用于焊接需選擇不同的鈀層。經(jīng)過可靠性影響評(píng)估，有微量鈀存在會(huì)增加銅錫生長(zhǎng)厚度；而鈀含量過多會(huì)產(chǎn)生脆性之鈀錫合金，反而使焊點(diǎn)強(qiáng)度下降，因此需有適當(dāng)鈀厚度。

從PCB精細(xì)線路的角度來說，表面處理應(yīng)用化學(xué)鍍鈀/浸金（EPIG）比化學(xué)鍍鎳/鍍鈀/浸金（ENEPIG）更佳，減少對(duì)精細(xì)圖形線寬/線距的影響。EPIG鍍層更薄，不會(huì)導(dǎo)致線路變形；EPIG經(jīng)焊錫試驗(yàn)和引線鍵合試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到要求[21]。有認(rèn)為鎳的導(dǎo)電性差以及有鐵磁性，這對(duì)高頻域電磁產(chǎn)生不利影響，因此對(duì)于細(xì)間距高速電路的表面涂飾用鈀金層（EPIG）更適合[22]。又有新的銅上直接化學(xué)鍍鈀（EP）或直接浸金（DIG），或者銅上化學(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，因沒有鎳層而有更好高頻特性，涂層薄而更適于細(xì)線圖形，并且減少工序和成本[23]。

對(duì)于ENIG有可能產(chǎn)生黑盤和脆性，鎳層被腐蝕為缺陷產(chǎn)生的因素。緩解減輕鎳腐蝕的對(duì)策為控制鎳鍍層的磷含量，可以緩解鎳腐蝕；同時(shí)在浸金溶液控制金含量，可以減少對(duì)鎳層侵蝕。通過改變添加劑，以及某些操作參數(shù)來恰當(dāng)控制相互作用。

PCB最終涂飾層的改進(jìn)，另外有推出化學(xué)鍍鎳浸銀（NiAg）涂層，銀有良好導(dǎo)電性、可焊性，鎳有抗腐蝕性。有機(jī)涂層OSP進(jìn)行性能改良，提高耐熱性和焊接性。還有一種有機(jī)與金屬復(fù)合（OM）涂層，在PCB銅表面涂覆OM涂層有良好的性價(jià)比[25]。

9 清潔生產(chǎn)

“綠色”和“環(huán)境友好”現(xiàn)是PCB制造技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。除了設(shè)法采用印制電子和3D打印這類革命性清潔生產(chǎn)技術(shù)外，現(xiàn)有PCB制造技術(shù)向清潔生產(chǎn)改良是在不斷進(jìn)行。如尋找替代有毒有害物質(zhì)的材料，減少加工步驟，和減少化學(xué)藥品的消耗，以及減少水和能源的用量，及材料的可回收利用等。具體有采用無毒害無機(jī)材料作阻燃劑，同時(shí)也改善電氣性、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)等的無鹵素基材；采用激光直接成像減少作業(yè)工序和材料消耗；采用半加成法減少電鍍銅和蝕刻銅的消耗；采用直接金屬化孔工藝，及化學(xué)沉銅液中取消有毒有害物質(zhì)；采用導(dǎo)電膏印刷使導(dǎo)通孔互連加工清潔簡(jiǎn)便。

直接金屬化技術(shù)很早就存在，多年的發(fā)展趨于成熟。直接金屬化工藝有碳黑系和導(dǎo)電聚合物系，用碳或石墨、導(dǎo)電聚合物代替鈀活化，化學(xué)沉銅液中取消有毒的甲醛、氰化物和難處理的EDTA絡(luò)合劑。推出膠體石墨直接孔金屬化技術(shù)具有穩(wěn)定的分散性和與多種樹脂良好的吸附牲。膠體石墨直接金屬化工藝在剛性PCB制造應(yīng)用多年，現(xiàn)可推行于有復(fù)雜的盲孔、埋孔和任意層互連的HDI板、撓性板和剛撓板，可減少工序和設(shè)備場(chǎng)地、廢水量，有利于環(huán)保，并提升生產(chǎn)效率和最終產(chǎn)品的高可靠性[24]。

PCB生產(chǎn)過程中曾經(jīng)被稱為廢物甚至是危險(xiǎn)廢物，現(xiàn)在都不再是“廢物”。如多余的銅蝕刻液，微蝕刻處理液、電鍍清洗液都趨于在線回收處理。一些新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線設(shè)備，不管是蝕刻線或垂直電鍍線與水平電鍍線，都考慮了配置在線回收再生裝置，還有如分段間氣刀合理配置，循環(huán)泵的節(jié)能，自動(dòng)分析添加藥液延長(zhǎng)藥液壽命等措施，既有利于提高品質(zhì)，又有利于節(jié)能環(huán)保。

PCB生產(chǎn)工藝主流是減去法，即蝕刻銅箔得到導(dǎo)電線路，需消耗大量金屬銅和化學(xué)藥水?，F(xiàn)在半加成法逐步推行，減少了物料消耗。全加成法仍然是技術(shù)發(fā)展目標(biāo)，是更加清潔的生產(chǎn)。現(xiàn)有激光直接構(gòu)件（LDS：Laser Direct Structuring）技術(shù)開發(fā)，可以用于制造電子電路和元件集成的模型互連器件，LDS工藝采用熱塑性塑料和金屬氧化物材料，由激光成型和電路金屬化。另有“eSurface”加成法技術(shù)，技術(shù)核心是一種共價(jià)結(jié)合鍵溶液，比現(xiàn)行的減去法制作PCB減少了十幾個(gè)步驟。主要步驟為赤裸基板浸入eSurface溶液形成涂膜，基板曝光、顯影（可LDI成像），進(jìn)入化學(xué)鍍銅，得到線路圖形。這可以改變?cè)S多電路板包括HDI板和高性能板的制造，電路圖形不局限于二維平面，曲面也可以形成。

10 以市場(chǎng)為導(dǎo)向，催生印制電路新產(chǎn)品、新技術(shù)

PCB產(chǎn)品經(jīng)久不衰，在于應(yīng)用領(lǐng)域增加，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大；而PCB要適應(yīng)市場(chǎng)的變化，也就不斷研發(fā)新技術(shù)、推出新產(chǎn)品。近幾年來，PCB市場(chǎng)重點(diǎn)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向通信，這兩年更是轉(zhuǎn)向智能手機(jī)、平板電腦類移動(dòng)終端。因此，這兩年P(guān)CB的增長(zhǎng)點(diǎn)主要就是這些移動(dòng)終端用HDI板、FPCB及R-FPCB。

2014年智能手機(jī)、平板電腦類移動(dòng)終端市場(chǎng)增長(zhǎng)放饅，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使智能手機(jī)、平板電腦設(shè)備變換花樣，如增加新功能與更薄更輕。那么，為之配套的HDI板、撓性印制板也就更密、更薄。PCB達(dá)到更密更薄則HDI板技術(shù)從含芯板積層發(fā)展為無芯板任意層互連積層（Any layer），同樣功能的任意層互連積層HDI板比含芯板積層HDI板面積和厚度可減少約25%。移動(dòng)終端的輕薄化也助長(zhǎng)FPCB 與R-FPCB的應(yīng)用，它們也必需高密度化，F(xiàn)PCB的線路密度（L/S）普遍比剛性板高，而且R-FPCB多層板也采用積層式工藝，可以稱為剛撓結(jié)合HDI板（RF-HDI板）。智能手機(jī)、平板電腦類移動(dòng)終端市場(chǎng)增長(zhǎng)速度不如前幾年，但仍在增長(zhǎng)，尤其是智能手機(jī)用PCB仍會(huì)是PCB的主要增長(zhǎng)市場(chǎng)，是HDI板和R-FPCB板新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力量。

通信領(lǐng)域除了移動(dòng)終端變化外，同步發(fā)展的是通信基站設(shè)備和傳送網(wǎng)絡(luò)。3G的發(fā)展熱潮約有五個(gè)年頭，現(xiàn)在被4G所替代。2014年中，許多通信基站設(shè)施就進(jìn)行更新?lián)Q代，帶動(dòng)了高多層板和大背板的需求和技術(shù)發(fā)展。4G特征是信號(hào)更高頻率、傳輸速度更快，適宜高速傳輸?shù)腜CB就應(yīng)有適合的電氣特性，較小的信號(hào)損耗。4G通信對(duì)PCB的信號(hào)完整性提出了新的技術(shù)要求。

汽車電子提升了汽車的功能作用和產(chǎn)品類別，推動(dòng)了汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。汽車用PCB市場(chǎng)在持續(xù)上升，2013年約有45億美元。汽車用PCB種類很多，包括普通板、HDI板、撓性板和金屬基板等，應(yīng)用于汽車不同部位有不同耐環(huán)境條件。汽車PCB領(lǐng)域?qū)㈤L(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)展。進(jìn)入汽車行業(yè)的PCB制造商首先要得到汽車行業(yè)質(zhì)量保證體系的認(rèn)證，再就是PCB制造技術(shù)能力的保證。按照汽車不同部位對(duì)PCB性能有不同要求，PCB加工工藝也有特殊性。PCB制造商應(yīng)積極應(yīng)對(duì)才能進(jìn)入汽車電子市場(chǎng)。

新興的穿載電子設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備開始登場(chǎng)。穿戴式電子裝置外型輕巧，本身還具有整合、輕軟、無線、泛用這四大特點(diǎn)，近幾年市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。解析智能手表和谷歌眼鏡的結(jié)構(gòu)，可見PCB的配置特點(diǎn)。穿戴式電子裝置需要埋置元器件的硬板、能彎折和伸縮的軟板、整合芯片的IC載板。為適合無線信號(hào)傳輸，PCB采用低Dk和低Df的基材。對(duì)于植入身體的醫(yī)療用PCB是有選用純貴金屬（金、鉑）為導(dǎo)體和生物惰性基材（PI或LCP），得到貴金屬PCB，如用于血糖傳感性、診療導(dǎo)管和人工耳蝸等。

物聯(lián)網(wǎng)智慧家庭、智慧城市提出，將是電子信息產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)配置許多新的電子設(shè)備，也就會(huì)有許多新的PCB需求?，F(xiàn)在僅是起點(diǎn)，成為熱點(diǎn)尚有時(shí)日，但也需早作準(zhǔn)備，及時(shí)加入。

以上PCB技術(shù)熱點(diǎn)是閱看2014年印制電路行業(yè)相關(guān)資料信息，以本人認(rèn)識(shí)而集成。因?yàn)榫C觀，類似走馬看花，未能詳述。還有檢測(cè)技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化等方面未能列出，認(rèn)識(shí)難免有偏見或不完全之處，僅供參考。

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Looking at the PCB new technology in 2014

GONG Yong-lin

According to the relevant information, we collect the PCB technology development hot spots in 2014 including the HDI board,FPCB and R-FPCB,IC substrate, heat conducting board,embedded component board, and printed electronics etc.. We also look at the trends of PCB technology development in the past year.

PCB Technology; Development; Overview; in 2014

TN41

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1009-0096（2015）01-0008-07