2014年印制电路新技术综观
2015-02-09龚永林本刊主编
龚永林本刊主编
2014年印制电路新技术综观
龚永林
本刊主编
根据相关文献资料,汇集2014年中印制电路技术发展热点,包括HDI板、挠性板与刚挠结合板、IC载板、导热板、埋置元件板、印制电子等多方面,综观在过去一年的印制电路技术发展趋向。
印制电路技术, 发展, 综观, 2014年
时光又进入了新的一年,2014年过去了。在过去的一年印制电路产业与大环境一样,在全球范围经济增长缓慢,印制电路产业低速增长;中国经济增长在世界领先,中国的印制电路产业增长也是世界领先。产业发展必须有技术发展,技术发展会推动产业发展。2014年尽管印制电路产业增长值并不高,而技术发展热点还是不少。在此对一些技术发展趋向作归纳,以利在新的一年迈向更大发展。
1 HDI板向更高密度更轻薄发展
近几年来,PCB市场重点从计算机转向通信,这两年更是转向智能手机、平板电脑类移动终端。因此,2014年移动终端用HDI板仍然是PCB增长的主要点。以智能手机为代表的移动终端驱使HDI板更高密度更轻薄。
1.1 细线化
PCB全都向高密度细线化发展,HDI板尤为突出。在十年前IPC为HDI板下的定义是线宽/线距(L/ S)是0.1 mm/0.1 mm及以下, 现在行业内基本做到常规L/S为60 µm,先进的L/S为40 µm。日本的2013年版安装技术路线图数据是2014年HDI板常规L/S为50 µm,先进的L/S为35 µm,试制性的L/S为20 µm[1]。
PCB线路图形形成,传统的是铜箔基板上光致成像后化学蚀刻工艺(减去法),减去法精细线路的限度最小约在30 µm,并且是需要减薄铜层或用薄铜箔。这种做法工序多、控制难、成本高。当前精细线路制作趋于半加成法(SAP)或改进型半加工法(MSAP)。
导体与绝缘基材的结合力,随着导体精细化问题就越突出。习惯做法是增加表面粗糙度以增加表面积而提高结合力,如强化去玷污处理粗化树脂层表面,用高轮廓铜箔或氧化处理铜面。对于细导线,这种物理方法保证结合力是不行的,因粗糙的表面影响线路精度及导线传输性能。于是开发出平滑树脂面上化学镀铜高结合力铜箔,如有“分子接合技术”[1],是对树脂基材表面化学处理形成一种官能基团能与铜层密切结合。
除了考虑细导体与绝缘基材的结合力外,还有细线路制作过程中干膜成像图形转移,铜箔的表面处理是成功的关键因素之一。有种方法为采用表面清洗剂和微蚀刻剂的最佳组合,以提供一个干净的表面与有足够的面积,促进干膜的附着力[2]。首先采用化学清洗去掉铜箔的表面抗变色处理层,以及除去污垢与氧化物,依照铜箔的类型选择适当的化学清洁剂,其次是微刻蚀铜箔表面。为使成像干膜与铜层、阻焊图形与细线路结合可靠,也应采取非物理粗化表面的方法[3]。
蚀刻是线路形成的重要工序,需要相应的蚀刻设备。在多年前德国开发出真空蚀刻机提高了蚀刻线路精度,现日本公司在此基础上开发了超级蚀刻机以真空技术解决板面上积液问题,使蚀刻速度一致和提高蚀刻因子,实现铜厚18 µm的L/S=20 µm/20 µm,并改善传送滚轮能成功传送薄板。
1.2 半加成法积层基材
半加成法技术重点之一是积层材料,也是HDI技术的开发重点。采用涂树脂铜箔,或者半固化环氧玻璃布与铜箔层压的积层难以达到精细线路。现在半加成法热点是采用绝缘介质膜积层,从精细线路实现和制作成本看完全的SAP比MSAP更有利。SAP积层用热固化树脂,由激光钻孔后电镀铜形成导通孔和电路图形。
为符合高密度细线路要求对积层材料提出介质电气性、绝缘性、耐热性、结合力等要求,以及与HDI板工艺适应性。目前国际上的HDI积层材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列产品,以环氧树脂搭配不同固化剂,以添加无机粉末提高材料刚性及减少CTE,也有使用玻纤布增强刚性。另有日本積水化学公司的类似薄膜积层材料,台湾工研院也开发了此类材料[4]。ABF材料也在不断改进发展,新一代积层材料特别要求表面低粗化度、低热膨胀率、低介质损耗及薄型刚强化等。
1.3 镀铜填孔
从HDI板可靠性考虑,互连孔都采取电镀铜填孔技术,包括盲孔填铜和通孔填铜。镀铜填孔的能力表现在填实性:被铜封闭的孔中是否存在有空洞;平整性:镀铜孔口存在凹陷(Dimple)程度;厚径比:板厚(孔深)与孔径的比例。
从电镀液添加剂改良和电镀设备改进,镀铜填孔日趋完善。目前达到孔中空洞基本不会出现;镀铜孔口凹陷程度小于10 µm,甚至完全平整;盲孔的厚径比已从小于1达到等于1,甚至大于1,并且盲孔与贯通孔同时镀铜填塞。如有利用反向脉冲电镀的特点,达到镀铜60 min内完成填充厚度0.2 mm孔径0.1 mm的贯通孔,进一步向0.3 mm板厚进展[5]。
2 倒芯片封装IC封装载板
全球半导体封装中有机基板占到超过三分之一的市场份额,这主要原因是倒装芯片的载板价值高。随着手机和平板电脑产量增长, 驱动FC-CSP和 FCPBGA大增。[6]IC封装载板由有机基板取代陶瓷基板,封装载板的节距越来越小,现在典型的线宽/线距为15 µm,接下来会更细。有机基板主要由于成本低击败陶瓷和硅的竞争。未来的发展趋势。在BGA和CSP细间距载板会继续下去,同时无芯板与四层或更多层的载板更多应用,路线图显示载板的特征尺寸更小,性能重点要求低介电性、低热膨胀系数和高耐热性,在满足性能目标基础上追求低成本的基板。
IC封裝载板现在批量化生产已达到L/S=10 µm,L/S=5 µm试制中,基本都采用绝缘介质积层结合压薄铜箔的MSPA工艺[7]。实现精细线路图形用到表面处理技术,涉及有基材平整与结合可靠去玷污处理,干膜成像的处理,微孔的填孔处理,铜层蚀刻处理,表面钯残留物去除处理,细线路表面微粗化处理,把这些工艺组合搭配,以达到最适宜化。用SAP方法制造出6 µm/6 µm电路图形。选择恰当的树脂和成像干膜等,有用SAP方法制造出3 µm/3 µm电路图形[3]。
3 适应高频高速化需求
电子通信技术从有线到无线,从低频、低速到高频、高速。现在的手机性能已进入4G并将迈向5G,就是有更快传输速度、更大传输容量。全球云计算时代到来使数据流量成倍增加,通讯设备高频高速化是必然趋势。PCB为适合高频、高速传输的需要,除了电路设计方面减少信号干扰与损耗,保持信号完整性,以及PCB制造保持符合设计要求外,重要的是有高性能基材。
设计工程师为解决PCB增加速度和信号完整性,主要是针对电信号损失属性。基材选择的关键因素介电常数(Dk)与介质损耗(Df ),当Dk低于4与Df 0.010以下为中Dk/Df级层压板,当Dk低于3.7 与Df 0.005以下为低Dk/Df级层压板,现在有多种基材进入市场可供选择[8]。
现阶段选择最多的仍是FR-4类基板,对环氧树脂作改性及添加填料达到提高Tg、降低Dk和Df。开发新树脂系统,如一种较低Df的热固性改性聚苯醚聚合物基新材料,具有低Dk固化剂和低Df无机填料,实现所需的低介电损耗特性,可以用于下一代超过20 Gpb网络平台。又如由聚苯醚(PPE)和偏苯三酸酐(TMA)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)及双马来酰亚胺(BMI)合成的独特绝缘树脂,具有优秀的耐热性和介电性。复合树脂与玻璃布构成覆铜板有高Tg值(Tg>210 ℃),好的机械强度与耐热性,低的介电常数(Dk3.5~3.8 10 GHz),阻燃性UL94-V0,没有无机填料和符合RoHS要求,并兼有常规PCB的加工性,此基材适用于HDI板、IC载板和服务器PCB[9]。
高速PCB中导体铜的表面粗糙度(轮廓)已成为影响信号传输损耗的一个重要因素,特别是对10 GHz以上范围的信号。在10 GHz时铜箔粗糙度需要低于1 µm,使用超平面铜箔(表面粗糙度0.04 µm)效果更佳[10]。铜箔表面粗糙度还需结合适宜的氧化处理和粘合树脂系统。在不久的将来,会有一种几乎没有轮廓的涂有树脂的铜箔,能有更高的剥离强度并且不影响介质损耗 。
例如,松下推出的Megtron 6高频基板使用聚苯醚(PPE)为主要树脂,Dk=3.4,Df=0.0015 (1 GHz)。日本利昌工业也使用聚苯醚为主体树脂的基板,推出的CS-3376CN新基板其Dk=3.1,类同于PTFE基板。三菱瓦斯新的BT树脂基板由调整BT与环氧树脂比例,比其原有BT基板的介电特性要低近60%。伊索拉的Tachyon-100G基材具有PTFE类同的电气性能,及具有FR-4类同的PCB加工条件,在40 GHz下Dk3.0和Df0.002,达到传送100千兆位以太网(100 GbE)的需要。
4 高耐热散热性
采用金属基板(IMS)或金属芯印制电路板,起到发热组件的散热作用,比传统的散热器、风扇冷却缩小体积与降低成本。铝是一种有吸引力的材料,它资源丰富、成本低、良好的导热性能和强度,及环境友好,目前金属基板或金属芯多数是金属铝。铝基电路板的优点有简易经济、电子连接可靠、导热和强度高、无焊接无铅环保等,从消费品到汽车、军品和航天都可设计应用。金属板的导热性和耐热性无需置疑,关键在于与电路层间绝缘粘结剂之性能。
目前热管理的驱动力重点在LED,LED的输入功率有近80%转换成热,因此LED的热管理问题深受重视,重点是LED用基板的散热性。有四种主要的LED基板类型,适合不同的成本与应用条件。对于导热性影响主要是绝缘介质层的导热系数来衡量,PCB制造方面的重点考虑介质材料选择与层压[11]。高耐热环保型散热绝缘层材料的构成,为切入高亮度LED照明市场打下基础。
5 挠性、刚挠板新趋势
电子设备的小型化、轻薄化,必然大量使用挠性印制电路板(FPCB)和刚挠结合印制电路板(R-FPCB)。全球的FPCB市场目前估计超过130亿美元,预计每年增长率超过刚性PCB。
随着应用面的扩大,除了数量增加也会有许多新的性能要求。 就聚酰亚胺膜有无色透明、白色、黑色和黄色等不同种类,具有高耐热与低CTE性能,以适合不同场合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同样有市场,新的性能挑战有高弹性、尺寸稳定性、膜表面品质,以及薄膜的光电耦合性和耐环境性等,以满足最终用户不断变化的要求。
FPCB与刚性HDI板一样要适应高速度和高频率信号传输要求,挠性基材的介电常数和介电损耗必须关注,可利用聚四氟乙烯和先进的聚酰亚胺基板构成挠性电路[12]。在/聚酰亚胺树脂中添加无机粉末和碳纤维填料,可产生一种三层结构的可挠曲导热基板。选用无机填料有氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)和六角形氮化硼(HBN)。该基材有1.51 W/mK导热性,可经受2.5 kV耐电压、180度弯曲试验[13]。
FPCB制造技术方面,在聚酰亚胺(PI)膜上直接金属化制造双面FPCB技术一直在发展,有一种分子接合剂水溶液新技术,并不改变PI膜表面粗糙度而可增加与化学沉铜层结合强度。采用PI膜进行分子接合处理后直接化学镀铜,经过半加成法流程制作双面挠性印制线路板,简化工序及有利环保,对结合力、弯曲性和可靠性等都达到要求 。
自二十世纪我国现代图书馆事业发轫,社会中的知识群体逐渐从传统的书斋、藏书楼走出,开始利用新式公/私型图书馆进行学术研究,图书馆也因此成为文化的载体和学术思想的集散地。新式图书馆在彰显面向社会普遍开放的现代性的同时,也继承了我国古代藏书注重版本目录研究的文献整理传统,实现了传统知识生产方式与现代图书馆服务模式的有效结合。民国时期国立北平图书馆编纂委员会及编纂群体,就是致力于这类知识生产与服务的典型代表。
还有用印刷自催化电子线路技术,以成卷式生产(R2R),先在PET膜上印刷涂覆具有自催化性的油墨,然后进入化学镀铜槽中,由于油墨具有自催化能力在油墨上沉积铜层,形成铜导体图形,完成PET膜上的金属细线路制作。
FPCB应用市场如智能手机、可穿戴设备、医疗设备、机器人等,对FPCB性能结构提出新要求,开发出FPCB新产品。如超薄挠性多层板,四层FPCB从常规的0.4 mm减薄至约0.2 mm;高速传输挠性板,采用低Dk和低Df聚酰亚胺基材,达到5 Gbps传输速度要求;大功率挠性板,采用100 µm以上厚导体,以适应高功率大电流电路需要;高散热金属基挠性板是局部使用金属板衬底之R-FPCB;触觉感应性挠性板,由压力传感膜和电极夹在两个聚酰亚胺薄膜之间,组成挠性触觉传感器;可伸缩挠性板或刚挠结合板,其挠性基材为弹性体,金属导线图案的形状改进成为可伸缩。
6 印制电子
印制电子历史很早,只是近几年势头兴盛,预测到2020年代中期印制电子将有超3000亿美元的市场。印制电子技术应用于印制电路产业,是印制电路技术的一部分,这在行业内已成共识。把控印制电子技术和印制电子市场的重要手段是掌握标准。全球都积极参与印制电子标准化组织,国际标准化组织IEC建立了印制电子技术委员会(IEC/TC119)开始印制电子国际标准制定。IPC提出了印制电子标准框架,并且IPC与JPCA合作抢先发布了印制电子基材要求、印制电子功能性导电材料要求和印制电子设计指南三份标准。
印制电子不断发展可看到商业应用的前景非常广阔,现在已有PCB制造商投入印制电子,他们从挠性板开始,用印制电子电路(PEC)替代印制电路板(PCB)。印制电子技术最接近FPCB,目前基材和油墨材料繁多,一旦性能与成本有突破就会大量应用,降低成本就会开辟更大的市场[14]。非电子行业的印刷公司也跨跃投入印制电子电路,PCB制造商更不要错失机会。
欧洲OE-A协会对该产业景气调查显示,这个年轻的产业发展有一个光明的未来。有机和印制电子的混合系统有助于产业的成长,OE-A确定了最新版本路线图。传统的硅和印制电子组件结合的混合系统,这可能开辟了新的PCB产业。这些混合技术包括大面积光刻、网版印刷或喷墨打印,及挠性PCB技术[15]。
印制电子技术的重要一方面是材料,包括基材和功能性油墨。挠性基材除现有FPCB适用外,也开发更高性能基材,目前有陶瓷和高分子树脂混合构成的高介电基板材料,还有高温基材、低温基材和无色透明基材、黄色基材等[16]。印制电子除使用一些聚合物材料外,还需功能性油墨材料,主要是导电油墨,不断地向提高导电性、印刷适应性、低成本化发展,目前可供印制电子产品选择的导电油墨种类已很多了。另外还有压电、热电、铁电材料,在印制电子中组合使用能发挥多功能性。
印制电子技术的又一重要方面是印刷工艺与相应的印刷设备,这是传统印刷技术的创新发展。印制电子可以应用不同的印刷方法,如凹版印刷、凸版印刷、网版印刷和喷墨打印。网版印刷已在PCB制造中应用,工艺成熟与成本低,目前是向自动化、高精细化发展,如印刷线宽/线距(S/L)的分辨率通常是100 µm/100 µm,在向L/S低于50 µm/ 50 µm迈进。喷墨打印在PCB制造中应用的范围在扩大,从标记符号、阻焊剂到抗蚀图形,进一步直接打印导电图形;同时喷墨打印向图形高精细化和快速化发展。如新的气溶胶喷射技术明显优于压电式喷印,形成导线达到细精与立体化要求,可以在平面或立体构件上直接打印电子电路及元件[17]。还有喷墨打印同时采用激光照射瞬时固化油墨的方法,导电线路厚度与宽度比1.0以上,如线宽10 µm,线高也有10 µm,实例有在PI膜上制作线路宽30 µm、线厚20 µm的FPCB。
印制电子目前重点应用是低成本的制造射频识别(RFID)标签,可以成卷印刷完成。潜在的是印刷显示器、照明和有机光伏领域。可穿戴技术市场是当前新兴的一个有利市场。可穿戴技术各种产品,如智能服装和智能运动眼镜,活动监视器,睡眠传感器,智能表,增强逼真的耳机、导航罗盘等。可穿戴技术设备少不了挠性电子电路,将带动挠性印制电子电路的发展。
印制电子和三维(3D)打印制造已经被市场炒作,它们都被看作制造电子电路的新方法,会给PCB行业产生巨大的变化。现在已经出现3D打印机和开发的印制电子材料,制作出印制电路板和组件[18]。3D打印和印制电子采用新思维及先进的设备与材料,会进入PCB领域。
7 埋置元件PCB
埋置元件印制电路板(EDPCB)是实现高密度电子互连的一种产品,埋置元件技术在PCB有很大的潜力。日本和欧美的PCB制造业在衰退,而他们在从开发埋置元件PCB找产业发展出路。国外一些PCB制造商开发了埋置元件PCB制造技术,提高了PCB的功能与价值,除了在通信产品应用外,也在汽车、医疗和工业应用等领域提供了机会。在国际标准机构IEC/TC91开展的埋置元件印制板标准(IEC 62878),现已经过投票表决和完成最终国际标准文本,预定在2014年发布。
EDPCB的发展,从碳膏制作的印刷电阻和镍磷合金箔制作的薄膜电阻,以及夹有高介电常数基材构成的平面电容,形成埋置无源元件印制板,到进入埋置IC芯片、埋置贴片元件,形成埋置有源与无源元件印制板。现在面对的课题有埋置元件复杂化及EDPCB的薄型化,以及散热性和热变形控制、最终检测技术等。
元器件埋置技术现在已在手机等便携终端设备中应用。EDPCB制造工艺进入实用的有B2it方法,可以实现高可靠性和低成本;有PALAP方法,达到高层数和低功耗,被用于汽车电子中;有埋置晶圆级封装芯片的通信模块,体现良好的高频特性,今后会有埋置BGA芯片的eWLB出现[19]。随着EDPCB设计规则的确立,这类产品会迅速发展。
埋置芯片的PCB已经迈向商品化,被用于高度小型化封装的移动通信中、高端服务器中、汽车控制单元等。更高水平的研究是埋置高功率模块PCB应用于电动汽车,目标是用于一个混合电动力汽车的50 kW逆变器的制造,预计埋置技术可以满足全电动汽车的苛刻的要求[20]。埋置元件扩展到挠性印制板范畴,例如以全聚酰亚胺基材和埋置芯片与贴片元件构成的五层FPCB,厚度260 µm。
EDPCB发展的重要因素是可被埋置的元件或形成元件的材料,正在开发能直接埋置于PCB的薄小型电阻器、电容器与芯片模块等。还有开发填充陶瓷粉末的聚合物复合材料,具有介电常数高、高频率下介质损耗小、电介质层厚度薄,可制作PCB内层射频电容。EDPCB逐步通过设计规则、元件制作与PCB制作的配合,以及成品检测、缺陷返工等保证品质。把EDPCB不断推向商品化。
8 表面涂饰
PCB表面铜层需要保护,目的是防止铜氧化和变质,在装配时提供连接可靠的表面。PCB制造中一些通常使用的表面涂饰层,有含铅或无铅热风整平焊锡、浸锡、有机可焊性保护膜、化学镀镍/金、电镀镍/金等。哪种表面涂饰层佳?这需从适合性和成本考虑,至今没有定论。当前的发展主要是对于精细线路PCB的表面处理。
HDI板和IC封装载板的表面涂饰层现从化学镀镍/金(ENIG)发展到化学镀镍/钯/金(ENEPIG),有利于防止元件安装后出现黑盘而影响可靠性。现有对ENEPIG涂层中钯层作了分析,其中钯层结构有纯钯和钯磷合金,它们有不同的硬度,因此用于打线接合与用于焊接需选择不同的钯层。经过可靠性影响评估,有微量钯存在会增加铜锡生长厚度;而钯含量过多会产生脆性之钯锡合金,反而使焊点强度下降,因此需有适当钯厚度。
从PCB精细线路的角度来说,表面处理应用化学镀钯/浸金(EPIG)比化学镀镍/镀钯/浸金(ENEPIG)更佳,减少对精细图形线宽/线距的影响。EPIG镀层更薄,不会导致线路变形;EPIG经焊锡试验和引线键合试验能达到要求[21]。有认为镍的导电性差以及有铁磁性,这对高频域电磁产生不利影响,因此对于细间距高速电路的表面涂饰用钯金层(EPIG)更适合[22]。又有新的铜上直接化学镀钯(EP)或直接浸金(DIG),或者铜上化学镀钯与自催化镀金(EPAG)涂层,其优点是适合金线或铜线的打压接合,因没有镍层而有更好高频特性,涂层薄而更适于细线图形,并且减少工序和成本[23]。
对于ENIG有可能产生黑盘和脆性,镍层被腐蚀为缺陷产生的因素。缓解减轻镍腐蚀的对策为控制镍镀层的磷含量,可以缓解镍腐蚀;同时在浸金溶液控制金含量,可以减少对镍层侵蚀。通过改变添加剂,以及某些操作参数来恰当控制相互作用。
PCB最终涂饰层的改进,另外有推出化学镀镍浸银(NiAg)涂层,银有良好导电性、可焊性,镍有抗腐蚀性。有机涂层OSP进行性能改良,提高耐热性和焊接性。还有一种有机与金属复合(OM)涂层,在PCB铜表面涂覆OM涂层有良好的性价比[25]。
9 清洁生产
“绿色”和“环境友好”现是PCB制造技术进步的重要标志。除了设法采用印制电子和3D打印这类革命性清洁生产技术外,现有PCB制造技术向清洁生产改良是在不断进行。如寻找替代有毒有害物质的材料,减少加工步骤,和减少化学药品的消耗,以及减少水和能源的用量,及材料的可回收利用等。具体有采用无毒害无机材料作阻燃剂,同时也改善电气性、导热性和热膨胀系数等的无卤素基材;采用激光直接成像减少作业工序和材料消耗;采用半加成法减少电镀铜和蚀刻铜的消耗;采用直接金属化孔工艺,及化学沉铜液中取消有毒有害物质;采用导电膏印刷使导通孔互连加工清洁简便。
直接金属化技术很早就存在,多年的发展趋于成熟。直接金属化工艺有碳黑系和导电聚合物系,用碳或石墨、导电聚合物代替钯活化,化学沉铜液中取消有毒的甲醛、氰化物和难处理的EDTA络合剂。推出胶体石墨直接孔金属化技术具有稳定的分散性和与多种树脂良好的吸附牲。胶体石墨直接金属化工艺在刚性PCB制造应用多年,现可推行于有复杂的盲孔、埋孔和任意层互连的HDI板、挠性板和刚挠板,可减少工序和设备场地、废水量,有利于环保,并提升生产效率和最终产品的高可靠性[24]。
PCB生产过程中曾经被称为废物甚至是危险废物,现在都不再是“废物”。如多余的铜蚀刻液,微蚀刻处理液、电镀清洗液都趋于在线回收处理。一些新设计的生产线设备,不管是蚀刻线或垂直电镀线与水平电镀线,都考虑了配置在线回收再生装置,还有如分段间气刀合理配置,循环泵的节能,自动分析添加药液延长药液寿命等措施,既有利于提高品质,又有利于节能环保。
PCB生产工艺主流是减去法,即蚀刻铜箔得到导电线路,需消耗大量金属铜和化学药水。现在半加成法逐步推行,减少了物料消耗。全加成法仍然是技术发展目标,是更加清洁的生产。现有激光直接构件(LDS:Laser Direct Structuring)技术开发,可以用于制造电子电路和元件集成的模型互连器件,LDS工艺采用热塑性塑料和金属氧化物材料,由激光成型和电路金属化。另有“eSurface”加成法技术,技术核心是一种共价结合键溶液,比现行的减去法制作PCB减少了十几个步骤。主要步骤为赤裸基板浸入eSurface溶液形成涂膜,基板曝光、显影(可LDI成像),进入化学镀铜,得到线路图形。这可以改变许多电路板包括HDI板和高性能板的制造,电路图形不局限于二维平面,曲面也可以形成。
10 以市场为导向,催生印制电路新产品、新技术
PCB产品经久不衰,在于应用领域增加,市场不断扩大;而PCB要适应市场的变化,也就不断研发新技术、推出新产品。近几年来,PCB市场重点从计算机转向通信,这两年更是转向智能手机、平板电脑类移动终端。因此,这两年PCB的增长点主要就是这些移动终端用HDI板、FPCB及R-FPCB。
2014年智能手机、平板电脑类移动终端市场增长放馒,激烈的市场竞争迫使智能手机、平板电脑设备变换花样,如增加新功能与更薄更轻。那么,为之配套的HDI板、挠性印制板也就更密、更薄。PCB达到更密更薄则HDI板技术从含芯板积层发展为无芯板任意层互连积层(Any layer),同样功能的任意层互连积层HDI板比含芯板积层HDI板面积和厚度可减少约25%。移动终端的轻薄化也助长FPCB 与R-FPCB的应用,它们也必需高密度化,FPCB的线路密度(L/S)普遍比刚性板高,而且R-FPCB多层板也采用积层式工艺,可以称为刚挠结合HDI板(RF-HDI板)。智能手机、平板电脑类移动终端市场增长速度不如前几年,但仍在增长,尤其是智能手机用PCB仍会是PCB的主要增长市场,是HDI板和R-FPCB板新技术发展驱动力量。
通信领域除了移动终端变化外,同步发展的是通信基站设备和传送网络。3G的发展热潮约有五个年头,现在被4G所替代。2014年中,许多通信基站设施就进行更新换代,带动了高多层板和大背板的需求和技术发展。4G特征是信号更高频率、传输速度更快,适宜高速传输的PCB就应有适合的电气特性,较小的信号损耗。4G通信对PCB的信号完整性提出了新的技术要求。
汽车电子提升了汽车的功能作用和产品类别,推动了汽车产业发展。汽车用PCB市场在持续上升,2013年约有45亿美元。汽车用PCB种类很多,包括普通板、HDI板、挠性板和金属基板等,应用于汽车不同部位有不同耐环境条件。汽车PCB领域将长期稳定地发展。进入汽车行业的PCB制造商首先要得到汽车行业质量保证体系的认证,再就是PCB制造技术能力的保证。按照汽车不同部位对PCB性能有不同要求,PCB加工工艺也有特殊性。PCB制造商应积极应对才能进入汽车电子市场。
新兴的穿载电子设备、医疗电子设备开始登场。穿戴式电子装置外型轻巧,本身还具有整合、轻软、无线、泛用这四大特点,近几年市场快速增长。解析智能手表和谷歌眼镜的结构,可见PCB的配置特点。穿戴式电子装置需要埋置元器件的硬板、能弯折和伸缩的软板、整合芯片的IC载板。为适合无线信号传输,PCB采用低Dk和低Df的基材。对于植入身体的医疗用PCB是有选用纯贵金属(金、铂)为导体和生物惰性基材(PI或LCP),得到贵金属PCB,如用于血糖传感性、诊疗导管和人工耳蜗等。
物联网智慧家庭、智慧城市提出,将是电子信息产业新的增长点,将会配置许多新的电子设备,也就会有许多新的PCB需求。现在仅是起点,成为热点尚有时日,但也需早作准备,及时加入。
以上PCB技术热点是阅看2014年印制电路行业相关资料信息,以本人认识而集成。因为综观,类似走马看花,未能详述。还有检测技术、生产自动化等方面未能列出,认识难免有偏见或不完全之处,仅供参考。
[1]见山克己. プリント配線板の高密度化とそれに伴ぅ表面処理の最新動向[J]. 表面技術, Vol.65 No.8, 2014/08.
[2]Michael Carano. Achieving Fine Lines and Spaces: Part 3:Chemical Surface Preparation[J]. PCB Magazine, 2014/01.
[3]山崎宣広. 次世代微细配線回路形成への表面処理技術からの提案[J]. 表面技術,Vol.65,No.8, 2014/08.
[4]曾峰柏. 高密度連接構裝用增層材料[J]. 工業材料, 第333期, 2014/9.
[5]Henning Hübner, Ramona Mertens 等. Copper Filling of Blind Microvias and Through-Holes Using Reverse-Pulse Plating[J]. PCB magazine 2014/05.
[6]E.Jan Vardaman. Organic Substrates for IC Packages: The Era Continues[J]. PCDandF 2014/03.
[7]田嶋和貴. 微细回路形成用(L/S5µm以下)の表面処理技術[J]. 表面技術,Vol.65,No.8,2014/08.
[8]Steve Iketan. Key Factors Influencing Laminate Material Selection for Today's PCBs[J]. PCB magazine, 2014/03.
[9]Feng-Po Tseng等. Environmentally – Friendly Materials with Highly Thermal Resistance and Low Dielectric Constant [C/OL]. ECWC13,2014/05.
[10]Julie Mouzon 等. Ultra-flat and Almost No Profile ED-Copper Foils for High-Speed Digital PCBs[J]. PCB magazine 2014/03.
[11]Ian Mayoh. Thermally Conductive Substrates & Thermal Management[J]. PCB magazine 2014/03.
[12]Glenn Oliver. Using Flex in High-Speed Applications[J]. PCB magazine 2014/03.
[13]Si-Yi Chin 等. Study on Thermal Conductive BN/VGCF/Polyimide Resin Composites[C/OL]. ECWC13, 2014/05.
[14]Ray Rasmussen. Printed Electronics Update[J]. PCB magazine, 2014/01.
[15]Klaus Becker Hybrid Systems for Organic & Printed Electronics[J]. PCB Magazine 2014/08.
[16]郭育如 等. 軟性高介電混成基板材料[J]. 工業材料,第331期,2014/07.
[17]Ken Vartanian Aerosol Jet Technology for Production Grade/Scale Printed Electronics[J]. PCB Magazine 2014/09.
[18]Ray Rasmussen. New Young Voices Finding the Right Tune to Sing[J]. PCB magazine, 2014/10.
[19]谷元昭. 部品内蔵技術の現状と展望[J]. エレヶトロニクス実装学会誌 Vol.17 No.1 2014/01.
[20]Lars Boettcher 等. Power Electronics Packages with Embedded Components – Recent Trends and Developments [J]. PCD&F 2014/05.
[21]Shigeo Hashimoto 等. Characteristics of EPIG Deposits for Fine-line Applications[J].PCB magazine 2014/01.
[22]Barry Olney. Surface Finishes for High-Speed PCBs [J]. PCB Design 2014/06.
[23]Mustafa Oezkoek 等. Direct Palladium- Gold on Copper as a Surface Finish for Next Generation Packages[C/OL]. ECWC13 2014/05.
[24]Michael Carano. Graphite-based Direct Metallization for Complex Interconnects[J]. PCB magazine 2014/05.
[25]龚永林. 第十三届世界电子电路大会之技术热点[J]. 印制电路信息 2014/09.
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
A
1009-0096(2015)01-0008-07