2018年印制電路技術(shù)熱點(diǎn)

龔永林

本刊主編

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境嚴(yán)峻復(fù)雜，存在不確定性，整個(gè)經(jīng)濟(jì)下行壓力較大。而中國(guó)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體平穩(wěn)、穩(wěn)中有進(jìn)的態(tài)勢(shì)在持續(xù)發(fā)展。中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)砥礪前行，保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，代表中高端制造業(yè)的高技術(shù)制造業(yè)、裝備制造業(yè)，還有戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)都繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)。對(duì)于中國(guó)印制電路產(chǎn)業(yè)，2018年上半年市場(chǎng)很旺，下半年趨于下降，雖有波動(dòng)起伏，而全年仍有增長(zhǎng)。

市場(chǎng)的變化驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，2018年印制電路板（PCB）為適應(yīng)新市場(chǎng)需要就產(chǎn)生新技術(shù)?，F(xiàn)就本人的認(rèn)識(shí)，對(duì)這一年中的PCB技術(shù)熱點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹

1 生產(chǎn)工廠自動(dòng)化、智能化

“中國(guó)制造2025”這是我國(guó)政府2015年5月下發(fā)的文件正式提出，這作為中國(guó)在制造行業(yè)崛起的標(biāo)志?！肮I(yè)4.0”此概念來自2011年德國(guó)政府報(bào)告《未來圖景“工業(yè)4.0”》，也就是開展第四次工業(yè)革命。近幾年來這些都是熱門話題，在印制電路制造業(yè)也已啟動(dòng)，在2018年更是緊鑼密鼓，進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。

為了推動(dòng)PCB制造向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，于2018年3月在CPCA SHOW同期，由中國(guó)電子電路行業(yè)協(xié)會(huì)和PCB007China雜志聯(lián)合舉辦了智能制造技術(shù)報(bào)告會(huì)。此技術(shù)報(bào)告會(huì)“PCB制造業(yè)自動(dòng)化”論壇[1]，會(huì)上有7個(gè)演講報(bào)告，邀請(qǐng)自動(dòng)化與智能制造方面專家介紹，包括計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）和機(jī)器人、激光機(jī)、數(shù)據(jù)開發(fā)利用和自動(dòng)化過程控制等，重點(diǎn)是美國(guó)惠倫（Whelen）公司自動(dòng)化PCB制造工廠實(shí)踐案例，介紹了惠倫PCB自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)線。

Whelen公司自動(dòng)化PCB制造工廠項(xiàng)目始建于2015年，屬世界最先進(jìn)的完全自動(dòng)化PCB生產(chǎn)工廠。由于該項(xiàng)目取得了巨大成功，2016 年該公司又開始建設(shè)一個(gè)更先進(jìn)的PCB制造工廠，名為Greensource Fabrication子公司，于2018 年投入生產(chǎn)。自動(dòng)化PCB制造工廠的核心是連續(xù)傳送帶式系統(tǒng)，其速度快、無需人工搬運(yùn)移動(dòng)，制造步驟減少了60%。他們的產(chǎn)品周轉(zhuǎn)時(shí)間也從幾周縮短到不到一周。其制造工藝為綠色/無廢水的零排放技術(shù)，不需要用新水和廢水排放，化學(xué)品/水回收方案使他們采購(gòu)化學(xué)品的成本降低了30%，總成本為原來中國(guó)代工價(jià)格的三分之一至二分之一之間。Whelen工廠中的自動(dòng)化創(chuàng)新是一個(gè)突破性進(jìn)展，更符合產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

Greensource工廠是通過與關(guān)鍵設(shè)備供應(yīng)商Ato?tech（電鍍線）、AWP（顯影蝕刻線）、Schmoll（鉆床）、InduBond（層壓機(jī)）、CIMS（檢測(cè)設(shè)備）等合作，將一系列自動(dòng)化設(shè)備和工藝匯集起來付諸實(shí)現(xiàn)。整個(gè)工廠是朝著未來10年發(fā)展而設(shè)計(jì)的，與其他工廠相比技術(shù)上已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)了多層板、HDI板和類載板（SLP）的生產(chǎn)能力[2]。工廠采用半加成工藝（SAP）達(dá)到超細(xì)的走線、間距和微導(dǎo)通孔，并且有望實(shí)現(xiàn)高達(dá)40∶1以上的微導(dǎo)通孔厚徑比。

歐洲印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)（EIPC）在德國(guó)召開了五十周年會(huì)議，與會(huì)代表和專家們暢談歐洲PCB產(chǎn)生狀況。PCB制造工廠趨于智能化，先是生產(chǎn)過程自動(dòng)化裝卸，在制板有條形碼數(shù)據(jù)跟蹤。目標(biāo)是創(chuàng)建機(jī)器人操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化、集成化的PCB工廠[3]。

智能工廠實(shí)現(xiàn)智能制造的基本條件：一是硬件-自動(dòng)化設(shè)備，二是軟件-工廠連接數(shù)據(jù)交互（CFX：Connected Factory Exchange）。PCB制造設(shè)備種類繁多，設(shè)備供應(yīng)商不同，設(shè)備之間信息數(shù)據(jù)需要有一套統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)字化系統(tǒng)交互連接。還有設(shè)備供應(yīng)商的智能化設(shè)備要向許多PCB工廠提供，若不同工廠采用各自不規(guī)范的數(shù)字化系統(tǒng)，這會(huì)對(duì)智能設(shè)備的應(yīng)用帶來了障礙。為此需要有連接工廠數(shù)據(jù)互換規(guī)范，CFX為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)[4]。創(chuàng)建一個(gè)具有工業(yè)4.0功能并能夠滿足數(shù)字工廠中的智能、現(xiàn)代制造需求的標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。IPC已有CFX標(biāo)準(zhǔn)工作組，定義設(shè)備加工數(shù)據(jù)完整性、有效性、互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)釆集、連接、傳輸與應(yīng)用的規(guī)范化，CFX標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵要素已經(jīng)就緒[5]。同時(shí)，IPC也組建了CFX標(biāo)準(zhǔn)的中國(guó)技術(shù)組。TPCA也成立了PCB智慧制造聯(lián)盟（A-Team），以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（PCBECI）及兩個(gè)平臺(tái)（智慧制造技術(shù)平臺(tái)+解決方案服務(wù)平臺(tái)）發(fā)展產(chǎn)業(yè)智慧制造的應(yīng)用，加速PCB產(chǎn)業(yè)全體步入工業(yè)4.0。

工欲善其事，必先利其器，PCB制造企業(yè)對(duì)設(shè)備更加重視，正確選擇設(shè)備是企業(yè)的一項(xiàng)重要決策。PCB制造商評(píng)估新設(shè)備的采購(gòu)出于三個(gè)目的：第一個(gè)是解決產(chǎn)能問題，第二個(gè)是滿足技術(shù)要求，第三個(gè)是跟隨路線圖尋求新技術(shù)。[6]PCB制造商應(yīng)與客戶多溝通，掌握市場(chǎng)產(chǎn)品方向與需求，公司自己有個(gè)發(fā)展路線圖，確定何時(shí)需要什么新的設(shè)備。希望零排放和自動(dòng)化的綠色工廠在不久將來成為行業(yè)規(guī)范?，F(xiàn)在中國(guó)PCB產(chǎn)業(yè)有許多企業(yè)在新建、擴(kuò)建工廠，必須有智能化工廠的設(shè)計(jì)理念，跟上時(shí)代步伐。

2 迎接5G通訊時(shí)代到來

電子信息產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入5G時(shí)代！5G意味著第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并不局限于手機(jī)通訊，從物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市到無人駕駛汽車，都需要5G，如圖1所示。幾乎各行各業(yè)都在摩拳擦掌，為在5G這塊大蛋糕切得一角，印制電路板同樣如此，5G設(shè)備帶來了新一代印制電路板[7]。

圖1 5G應(yīng)用 (編譯自羅杰斯廣告)

5G設(shè)備用印制電路板的一個(gè)重要特征是高頻高速信號(hào)傳輸，高頻應(yīng)用例如圖2。因此技術(shù)上從設(shè)計(jì)、材料到制造都要符合高頻高速要求。

圖2 高頻應(yīng)用例（編譯自AT&S, Prismark資料）

從信號(hào)完整性的角度對(duì)印制電路板設(shè)計(jì)提出八個(gè)基本點(diǎn)[8]，包括：基板材料選擇，考慮到介質(zhì)損耗角正切和介電常數(shù); 基材的纖維編織疏密度，會(huì)影響介電性能; 銅表面粗糙度，帶來信號(hào)傳輸集膚效應(yīng);埋孔與背鉆孔殘樁最小化，以減少信號(hào)串?dāng)_; 線路間交叉性，減少耦合電容引起的阻抗失配等等。

為了成功實(shí)現(xiàn)高速PCB設(shè)計(jì)需要考慮10個(gè)最重要的基本規(guī)則，產(chǎn)品方能可靠地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這10個(gè)基本原則[9]是：（1）建立設(shè)計(jì)約束，始終考慮到高速設(shè)計(jì)要求；（2）阻抗控制，達(dá)到傳輸線阻抗與驅(qū)動(dòng)和負(fù)載相匹配；（3）基于連通性的平面布局最小化，按功能、模擬和數(shù)字分組劃分區(qū)域與放置元件；（4）界定電源/接地區(qū)域，最大程度減小相互影響；（5）優(yōu)化配電網(wǎng)，創(chuàng)建低交流阻抗的傳輸路徑；（6）基于關(guān)鍵信號(hào)的布線，保持阻抗恒定；（7）電流路徑最小，具有最小的回路電感；（8）關(guān)鍵信號(hào)運(yùn)行仿真，并匹配信號(hào)傳播和時(shí)序；（9）消除串?dāng)_，不要讓相鄰走線之間發(fā)生耦合；（10）控制電磁兼容性，從源頭控制電磁輻射。

在高頻PCB表面的最終涂覆層與阻焊層會(huì)影響PCB電路性能，尤其是加大了插入損耗。插入損耗是射頻電路的總損耗，主要包括導(dǎo)體損耗、介電損耗，涉及到導(dǎo)體銅類型與厚度及表面粗糙度、基板介質(zhì)類型與厚度?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)阻焊層樹脂類型與厚度、最終涂覆層的導(dǎo)電性這些變量也能影響高頻和高速電路的插入損耗[10]。設(shè)計(jì)師應(yīng)該正確選擇高頻PCB用層壓基板和銅箔，以及選擇PCB最終涂覆層與阻焊層。

印制電路板（PCB）制造的關(guān)鍵首先是原材料—基材，沒有基材就無法制造PCB。從PCB材料的角度來看，在過去從2G到4G都沒有太大的變化，原因是在頻率上只有很小的差異。PCB基材基本上選擇FR-4一種介質(zhì)材料就可以了，并沒有真的注意材料的性能。而5G在一開始是6 GHz頻率，其后就到了28 GHz的毫米波，對(duì)材料的要求有很大的變化，因?yàn)轭l率要高得多，所以材料損耗要小得多，銅箔亦必須更薄、更光滑。[11]5G用PCB有更多的集成電路，需要更為復(fù)雜的多層PCB，這類高速高頻PCB更復(fù)雜、更厚，如有超過77GHz的雷達(dá)用PCB。高頻層壓板從介電常數(shù)（Dk）、介質(zhì)損耗（Df）、Dk的熱系數(shù)（TCDk）、吸濕性、耐熱性和導(dǎo)熱性、銅表面粗糙度等方面顯示了與FR-4的差異[12]。

PCB基材中影響Dk和Df的主要是樹脂類型，低損耗材料如聚四氟乙烯（PTFE）和液晶聚合物（LCP）更有優(yōu)勢(shì)，然而由于成本高和加工性差而使其應(yīng)用受限?，F(xiàn)在認(rèn)定LCP基材PCB在RF和MW領(lǐng)域有廣闊市場(chǎng)，生產(chǎn)能力可以制造25 μm線寬/線距的LCP電路板，包括撓性板、剛撓結(jié)合板、封裝載板和高達(dá)20層的多層板，因此LCP基材應(yīng)用在增多。決定介電性能除了樹脂成分外，增強(qiáng)材料玻璃纖維布也是重要因素，一是玻璃纖維布種類，有E玻璃布和NE玻璃布差異，前者Dk6.6、Df0.0012，后者Dk4.4、Df0.0006; 二是玻璃纖維布編織類型，編織的稀疏不同會(huì)影響到線路穿越不同區(qū)域而產(chǎn)生信號(hào)傳輸速度差別。通過案例分析，應(yīng)用具有致密編織的NE玻璃纖維，可以減小衰減和增強(qiáng)信號(hào)的完整性。[13]

在2018年中，許多覆銅板制造商推出高頻用基材，包括國(guó)內(nèi)的幾家覆銅板制造企業(yè)，投入5G市場(chǎng)的熱潮。

5G用PCB為有利于高頻信號(hào)完整性和電氣性能，希望PCB高密度小型化，其互連線路長(zhǎng)度較短，導(dǎo)通孔較小，以及介質(zhì)層較薄，從而減少布線延遲可以提高信號(hào)的完整性。如PCB上高頻高速電路為克服噪聲、射頻干擾（RFI）和電磁干擾（EMI），采用HDI板的微通孔技術(shù)是目前最可行的解決方案之一。[14]以智能手機(jī)為代表的HDI板趨向更高密度，及更先進(jìn)的制造工藝，具體體現(xiàn)在類載板和改進(jìn)型半加法。

類載板（SLP，Substrate Like PCB），顧名思義是類似載板規(guī)格的PCB，它本是HDI板，但其密度規(guī)格已接近IC封裝用載板的等級(jí)了。類載板的催產(chǎn)者是蘋果新款手機(jī)，在2017年的iPhone 8中，首度采用以接近IC載板制程生產(chǎn)的類似載板的HDI板，可讓手機(jī)尺寸更輕薄短小。[14]

類載板也促進(jìn)了改進(jìn)型半加成法（mSAP）的發(fā)展。從2017年到2023年預(yù)計(jì)SLP的產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率為51%，從1.9億美元增長(zhǎng)到22億美元。[15]SLP的主要特征是線寬/線距（L/S）密度介于HDI板與載板之間，目前為30/30 μm與15/15 μm之間；制造工藝是釆用覆薄銅箔（＜5 μm）為種子層然后圖形電鍍與閃蝕的mSAP。類載板（SLP）技術(shù)和規(guī)格比較如圖3和圖4，mSAP會(huì)成為新一代HDI板（類載板）的主流工藝[16]。

圖3 類載板的技術(shù)融合

圖4 不同工藝的線路密度

HDI板的演進(jìn)，從早期的芯板順序?qū)訅汗に嚿a(chǎn)具有60 μm線寬/線距（L/S）能力，到堆疊孔取代交錯(cuò)孔的“任意層”互連技術(shù)生產(chǎn)出40 μm。現(xiàn)在進(jìn)入第三代HDI板，采用半加成工藝（SAP）、改進(jìn)型半加成工藝（mSAP）和優(yōu)良改進(jìn)型半加成工藝（amSAP），實(shí)現(xiàn)L/S＜15 μm[17]。mSAP和SAP技術(shù)在智能手機(jī)PCB應(yīng)用擴(kuò)大，也被擴(kuò)展到醫(yī)療、穿載電子和軍事/航空航天應(yīng)用。

3 汽車電子前景看好

在電子設(shè)備市場(chǎng)老牌3C產(chǎn)品（計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)類）已趨飽和，2018年主流產(chǎn)品手機(jī)產(chǎn)量也呈下降，而汽車電子前景看好。汽車電子也包含有3C產(chǎn)品，如數(shù)字化控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，車載移動(dòng)通訊設(shè)備，車載音頻、視頻和空調(diào)裝置等。導(dǎo)致汽車電子產(chǎn)品強(qiáng)勁增長(zhǎng)的因素是汽車電子化的需求，從手動(dòng)換檔到自動(dòng)換檔變速器，從FM收音機(jī)到視頻播放機(jī)，以及空調(diào)和電動(dòng)車窗、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、巡航控制、安全氣囊，導(dǎo)航GPS、LED照明、自動(dòng)速度和距離控制、行車記錄等等，甚至無人駕駛的自動(dòng)汽車。

估計(jì)汽車電子系統(tǒng)的銷售額2018年增長(zhǎng)7.0%、2019年增長(zhǎng)6.3%，2017年到2021年間復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為6.4%，與其他主要電子系統(tǒng)類別相比增長(zhǎng)最快。同時(shí)，汽車電子系統(tǒng)銷售額在整個(gè)電子設(shè)備系統(tǒng)中所占比例也在逐年增加，從2017年的9.1%到2021年預(yù)計(jì)達(dá)到9.9%。[18]全球汽車電子市場(chǎng)2016年為2063.3億美元，到2024年超過3959.1億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率約6.9%。[19]

由于汽車在功能和環(huán)境方面要求的特殊性，PCB是這些電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，必須以其必要的質(zhì)量和可靠性滿足汽車行業(yè)要求。汽車對(duì)PCB的特殊要求包括如溫度、濕度的環(huán)境負(fù)荷和振動(dòng)載荷，大功率高電流與高熱量負(fù)荷，高頻高速信號(hào)負(fù)荷，以及高密度小型化。這類PCB首先要有高性能基材，符合高溫、高濕、高速、高穩(wěn)定性要求。[20]

在電動(dòng)車中使用的PCB必須要能夠經(jīng)受100萬小時(shí)壽命時(shí)間內(nèi)幾百安培的電流，及高達(dá)1000 V的電壓等汽車環(huán)境。無人駕駛汽車中提供動(dòng)力的PCB經(jīng)受幾百伏的電壓，要保證它的可靠運(yùn)行。圖5列出了汽車運(yùn)行環(huán)境負(fù)荷對(duì)PCB及基板的要求。為了滿足自動(dòng)駕駛及互聯(lián)汽車的信號(hào)處理要求，汽車的PCB技術(shù)還必須向前邁進(jìn)一大步，圖6總結(jié)了重要的功能要求。[20]

圖5 汽車電子環(huán)境負(fù)荷與對(duì)PCB影響（Bosch資料）

圖6 電力PCB和高集成邏輯PCB類新型PCB的新功能要求（Bosch資料）

汽車內(nèi)部功能之間以及與外部之間的信號(hào)傳輸需要高速高頻，如互連性或圖像識(shí)別未來會(huì)達(dá)到10 GHz，高速應(yīng)用的雷達(dá)頻率77 GHz，汽車PCB必須保證優(yōu)質(zhì)的信號(hào)完整性和電源完整性，并具備良好的電磁兼容性。需要特別注意材料的選擇，以保證除電氣性能外，材料在溫度、濕度、偏壓方面的穩(wěn)定性。

對(duì)于位于最靠近汽車發(fā)熱源的裝置而言，能夠滿足高于120℃操作溫度的需求是很常見的。如汽車LED燈需要高散熱的可彎曲基板。對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用，我們看到熱循環(huán)要求為-40℃/150℃，超過2000次循環(huán)。對(duì)于先進(jìn)的安全探測(cè)系統(tǒng)，不僅熱循環(huán)要求越來越高，而且對(duì)細(xì)間距電遷移可靠性的需求也越來越高。隨著這些先進(jìn)的汽車電子裝置變得越來越復(fù)雜和越來越小型化，PCB也密度不斷增加和尺寸縮小。

4 醫(yī)療電子和穿戴電子結(jié)合發(fā)展

可穿戴電子設(shè)備早先功能為照相（谷歌眼鏡）、計(jì)時(shí)(手表)和裝飾（手環(huán)），因與傳統(tǒng)同類功能產(chǎn)品相比優(yōu)勢(shì)不顯著而未成氣候?，F(xiàn)在可穿戴電子設(shè)備結(jié)合醫(yī)療保健功能，于是得到了快速發(fā)展，現(xiàn)行許多醫(yī)療電子設(shè)備(裝置)也是可穿戴電子設(shè)備。如采用可穿戴設(shè)備可監(jiān)測(cè)、收集、傳送人體的脈搏、呼吸、體溫、血壓等重要數(shù)據(jù)。

全球醫(yī)療器械市場(chǎng)前景看好，市場(chǎng)研究公司Lucintel的最新報(bào)告顯示[21]，到2023年，全球醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)從2018年到2023年以4.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到4095億美元。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素包括醫(yī)療保健支出、人口老齡化和慢性病。

醫(yī)療電子和可穿載電子產(chǎn)品將是PCB制造業(yè)的推動(dòng)力之一，有許多新技術(shù)、新產(chǎn)品為其而產(chǎn)生。如2018年初的日本東京國(guó)際穿戴式裝置與技術(shù)展會(huì)上，杜邦公司發(fā)表了最新的智慧服飾科技以及全新品牌產(chǎn)品杜邦I(lǐng)ntexar?，該產(chǎn)品系列包括一整套獨(dú)特、兼容、可拉伸的電子油墨和薄膜，可用來制造舒適、耐用、可洗滌的智慧服飾。展示智能健身上衣、戶外訓(xùn)練衣以及為健康市場(chǎng)設(shè)計(jì)的智能背心、智慧運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣。這些服飾內(nèi)都搭載傳感器及連接器，能夠提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及記錄各種用戶的數(shù)據(jù)并加以分析，包括心率、呼吸速率、心電圖、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷等等。還展示用于柔性及可拉伸材料的印刷電路部件。[22]

又如瑞士的PCB制造商Cicor專門制造微小型PCB，包括小尺寸HDI板和FPCB。他們的客戶群主要為助聽器等醫(yī)療器材和智能手表制造商。新型助聽器不僅有幫助聽力功能，還有溫度傳感器、血氧分離傳感器等其他的醫(yī)療功能，新產(chǎn)品需要更微小PCB。小型化PCB做到線寬和間距小于25 μm，而且所有層的銅厚度保持在20±5 μm，這是助聽器的無線功能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，不同于細(xì)線路銅厚僅6～10 μm的條件；激光鉆孔直徑為35 μm，連接盤直徑100 μm，而保持環(huán)寬內(nèi)層為30 μm、外層為20微米；含有盲孔和盤上孔結(jié)構(gòu)，并鍍銅填孔；采用12.5 μm聚酰亞胺芯材，4層厚度小于120 μm的撓性電路；達(dá)到最高等級(jí)可靠性水平。[22]

加州大學(xué)圣地亞哥分校的一個(gè)研究小組研制出一種可伸縮的電子貼片，這種貼片可以像繃帶一樣貼在皮膚上，用于無線監(jiān)測(cè)人體的各種物理和電信號(hào)。這個(gè)裝置大小如一美元硬幣（圖7），由四層相互連接的可伸縮的柔性電路板組成，每一層都是用硅橡膠彈性體為基底，在每一層彈性體上形成電路，將它們堆疊起來，然后用激光產(chǎn)生微小孔，之后用導(dǎo)電材料填充通孔，實(shí)現(xiàn)層間電連接。電路結(jié)構(gòu)采用“島-橋”設(shè)計(jì)，每個(gè)“島”都是一個(gè)小的、剛性的電子部件（傳感器、天線、藍(lán)牙芯片、放大器等），這些島嶼通過由彈簧形狀的細(xì)銅線構(gòu)成有彈性的“橋”連接，可在不損害電子功能的情況下伸展和彎曲。這種 “智能繃帶”可以把它貼在身體的不同部位，以無線監(jiān)測(cè)不同的電信號(hào)。智能繃帶可以與智能手機(jī)或筆記本電腦在10米距離內(nèi)無線通信。[23]

圖7 可伸縮的電子貼片

pcb007.com網(wǎng)在2018年9月13日?qǐng)?bào)道，加州大學(xué)圣地亞哥分校領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種新型的可穿戴的超聲波貼片，可以無創(chuàng)地監(jiān)測(cè)皮膚下面4 cm深的脈動(dòng)血管的血壓，幫助人們更早和更精確地檢測(cè)心血管問題。這個(gè)貼片是一片硅橡膠，上面有所謂的“島橋”結(jié)構(gòu)（圖8），每個(gè)島由小電子部件組成的陣列，包含被稱為壓電換能器的電極和設(shè)備，當(dāng)電流通過它們時(shí)，這些電極和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生超聲波；連接島的橋梁是由薄的、類似彈簧的銅線構(gòu)成的。島橋結(jié)構(gòu)貼片符合皮膚拉伸、彎曲而不損害電子功能。

圖8 “島橋”結(jié)構(gòu)的可穿戴超聲波貼片

pcb007.com 2018/10/25報(bào)道，AT＆S正致力于醫(yī)療用PCB技木開發(fā)，制造的PCB被用于醫(yī)療（助聽器、神經(jīng)刺激、起搏器、假體等）、監(jiān)測(cè)生命體征（血糖、血壓、心電圖）以及診斷（MRI，X射線，超聲波）。醫(yī)療設(shè)備小型化要求PCB尺寸很小，導(dǎo)線的寬度和距離只有50 μm，并且越來越?。皇褂眉す猱a(chǎn)生的導(dǎo)通孔也只有50 μm。如現(xiàn)代人工耳蝸植入裝置，需要兩到六層不同的柔性印刷電路板，為HDI和堆疊微孔。為了穩(wěn)定心臟節(jié)律，植入起搏器或除顫器，所使用的材料也必須滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)，AT＆S正在研究直接用于身體的材料。

可穿載電子產(chǎn)品較多是采用印制電子技術(shù)，印制電子技術(shù)面臨需要各種各樣的專用油墨和印刷機(jī)設(shè)備，涉及網(wǎng)版印刷與噴墨打印用導(dǎo)電油墨，噴墨打印設(shè)備也有不同類型。印制電子產(chǎn)品有非常適合醫(yī)療應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并且還在擴(kuò)大應(yīng)用和增加價(jià)值。隨著在印刷技術(shù)、導(dǎo)電油墨和基板性能方面持續(xù)進(jìn)步，印制電子產(chǎn)品的價(jià)值也將推動(dòng)更新、更復(fù)雜和高功能醫(yī)療設(shè)備的增長(zhǎng)。

有許多印制電子材料被開發(fā)應(yīng)用。如立體線路印刷用富有伸縮性銀漿[22]：朝日化學(xué)研究所開發(fā)出一款立體線路形成用銀漿「LS-610-1」，富有伸縮性，即使固化后施以加熱與變形，銀漿也不會(huì)出現(xiàn)龜裂或破碎的狀況，該銀漿進(jìn)行線路印刷并加熱、成形后，可制作出3D曲面的電極或電路圖案。又如最大可拉伸3倍之導(dǎo)電性油墨[24]：日本東洋紡開發(fā)了一項(xiàng)最大可拉伸3倍之導(dǎo)電性油墨，可印刷于具伸縮性之基板上，形成電子電路。這種液態(tài)導(dǎo)電膠是將導(dǎo)電性粒子、樹脂及溶劑混合制成，導(dǎo)電性粒子有銀或碳兩種，印刷于基板上的電子電路彎折之后也不會(huì)斷線，最大拉伸3倍仍能傳導(dǎo)電氣，且經(jīng)耐久性實(shí)驗(yàn)確認(rèn)經(jīng)過100次的洗滌，仍可維持其導(dǎo)電性，可望應(yīng)用于智能衣物或機(jī)器人等感應(yīng)壓力之傳感器用途。另外，東洋紡開發(fā)之智能衣料（COCOMI）可直接接觸肌膚，用以接收心臟或肌肉所發(fā)出的電氣訊號(hào)，以進(jìn)行心跳等生物體信息的量測(cè)。未來也將把新制品應(yīng)用至具有伸縮性需求之機(jī)器人或可撓式面板等用途。

可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備方面由于體積小、形狀特殊、輕巧靈活，大多數(shù)是釆用撓性PCB?，F(xiàn)在為便于安裝，剛撓結(jié)合PCB也進(jìn)入此領(lǐng)域了，可以達(dá)到16至20層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生額外功能。[25]

3D打印是種加成制造技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用取得了顯著成效。醫(yī)療方面應(yīng)用有打印出血管組織、低成本假體、成藥、醫(yī)療器件、病人專用石膏鑄件、骨頭和顱骨替代物等，也包括醫(yī)用3D印制電路。[26]通過3D打印做以前不可能做的事情，帶來一個(gè)新時(shí)代。PCB引入3D打印技術(shù)，3D打印電路必將成為顛覆性技術(shù)。

目前，醫(yī)療器械應(yīng)用的PCB標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)棘手的問題！[27]醫(yī)療產(chǎn)品種類繁多，有大型的X光設(shè)備、假肢手臂到微型助聽器或傳感器，有人體外部的診療設(shè)備到植入人體內(nèi)部的功能裝置，不同醫(yī)療設(shè)備有其特殊要求和承受各種環(huán)境條件，要制訂適用于所有這些醫(yī)療設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)就成了難題。IPC接受挑戰(zhàn)，成立了開發(fā)醫(yī)療設(shè)備用PCB標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)組，制定比IPC-6012和IPC-6013要求更高的IPC補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，建議IPC-2220系列中設(shè)計(jì)可生產(chǎn)性級(jí)別從原有的A、B、C三級(jí)增加D級(jí)（極低設(shè)計(jì)可生產(chǎn)性），確定所適用的PCB技術(shù)規(guī)范，為醫(yī)療用PCB的可靠性和耐久性提供高度的保證。

5 結(jié)語

以上陳述了2018年中四個(gè)方面PCB技術(shù)熱點(diǎn)內(nèi)容。這四個(gè)方面PCB技術(shù)熱點(diǎn)所引述資料基本都是2018年的國(guó)外文獻(xiàn)，體現(xiàn)出先進(jìn)新技術(shù)的發(fā)展。而在常規(guī)工藝技術(shù)方面也是有改進(jìn)發(fā)展的，例如有歐洲公司的超高分辨率光致抗蝕干膜，這種高性能干膜厚度20微米，可以達(dá)到10微米以下的線寬/線距分辨率，干膜成像曝光可以用傳統(tǒng)的UV光，也可用DDI（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)成像）、LDI（激光直接成像）?；瘜W(xué)鍍鎳/浸金（ENIG）作為最終涂飾，這種浸入式化學(xué)鍍金的金厚度約為70 nm，現(xiàn)在有自催化鍍金工藝，可以實(shí)現(xiàn)厚金層，當(dāng)金層能達(dá)到100 nm以上可以不需要鎳阻擋層了，因此采用化學(xué)鍍鈀/自催化金（EPAG）最終涂飾是最適合高密度高可靠PCB 要求。一種創(chuàng)新的直流電(DC)硫酸銅填充液配方，采用垂直連續(xù)電鍍（VCP），能快速填充微通孔，同時(shí)表面鍍層最小化，如填滿一個(gè)125 μm×755 μm的盲孔，在外層表面上僅沉積厚度105 μm的銅。在HDI板電鍍銅時(shí)，在同一電鍍槽要同時(shí)實(shí)現(xiàn)填充盲孔、電鍍貫通孔（PTH），并達(dá)到較高的厚徑比（AR），進(jìn)行工藝優(yōu)化，調(diào)整硫酸銅、硫酸、氯化物離子配比，及有機(jī)添加劑含量，特別是添加劑濃度適宜的配比，以及恰當(dāng)?shù)年枠O、電流密度、鍍槽的物理攪拌等，能達(dá)到電鍍均勻性和填孔要求。對(duì)PCB表面阻焊劑有高耐熱要求，液態(tài)光致成像阻焊劑的組成成分改進(jìn)，使得阻焊劑達(dá)到長(zhǎng)期工作溫度175℃，對(duì)高光反射要求的白色阻焊劑做到長(zhǎng)期高熱環(huán)境下不泛黃。

撓性電路板（FPCB）、剛撓電路板（R-FPCB）雖然沒有專項(xiàng)列為技術(shù)熱點(diǎn)，而在上述四方面中都包含有FPCB和R-FPCB的技術(shù)，它們具有成卷生產(chǎn)（RtR）的條件可能在智能制造先行一步；它們同樣有高頻高速和高熱要求，以及精細(xì)化要求，也在采用SAP和mSAP工藝；在可穿載電子和醫(yī)療電子中FPCB的應(yīng)用更多。撓性電路應(yīng)用之廣泛正以驚人的速度向前發(fā)展，可以說：撓性電路的可能性是無窮的，它只受想象力的限制。

技術(shù)變化是不停的，只是有速度不同。當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展比以往任何時(shí)候都要快，PCB正向高精度、微小化發(fā)展。以上技術(shù)熱點(diǎn)之見是本人的認(rèn)識(shí)，僅供同行參考。