谈PCB的前世、今生及未来

time : 2019-06-19 08:56       编辑:凡亿pcb

谈印制电路板的前世、今生及未来

杨宏强


摘要:印制电路板(PCB)是一种基础电子元器件。首先论述了PCB的定义、功能、分类基本概念;之后,基于雏形期、成长期、发展期三个阶段对PCB技术进行了回顾和总结,并对代表性的PCB技术进行了阐述;最后,根据SiP/SLP、FOWLP/FOPLP、印制电子等最新技术对PCB的未来(第四个发展阶段:创新期)技术发展方向进行了展望。

关键词:印制电路板;定义;功能;分类;回顾;展望

 

 

Review the PCB: The Past, Present and Future

YANG Hong-qiang


Abstract: PCB (Printed Circuit Board) is a kind of basic electronic components.Firstly, the paper discusses the definition, function and classification of PCB. Then, reviews and summarizes the PCB technology based on the stage ofinitial, growth, development and induces some representative PCB technology.Finally, it prospects the future trend of the PCB technology in its fourthstage (innovation stage).

Key words: PCB; Definition; Function; Classification; Review; Prospect


1PCB是什么?

1.1PCB的定义

印制电路板(Printed Circuit Board,PCB),是一种基础的电子元器件,广泛应用于各种电子及相关产品。PCB有时也被称作PWB(Printed Wire Board,印制线路板),在中国香港和日本以前使用比较多,现在渐少(事实上,PCB和PWB是有区别的)。在西方国家、地区一般就称作PCB,在东方则因国家、地区不同名称有所不同,如在中国大陆现在一般称作印制电路板(以前称作印刷电路板),在台湾一般称作电路板,在日本则称作电子(回路)基板,在韩国则称作基板。

在PCB出现之前,电子元器件之间的互连是通过电线直接连接的(现在仍可以看到电线做互连的场景,如一些简单的物理实验),这种方法费时、费力、成本高,占空间,于是工程师们想出了在绝缘基材上加金属导体作导线的方法,后来,经过不断的优化和改良,形成了今天所看到的PCB产品。目前,电子元器件的互连中,PCB占主导地位。

严格说,PCB是指在绝缘基材上,按预定设计形成的印制组件、印制线路或两者结合的导电图形的产品(IEC60194);PWB是指在绝缘基材上,按预定设计形成点间连接线路但没有印制组件的导电图形的产品(IEC 60194)。PCB和PWB两者统称为印制板,但有时会用PCB代替PCB和PWB,也有将PCB和PWB混为一谈。

从PCB的定义可以看出,PCB涉及到PCB前期设计、中期制造(含检测)、后期元器件互连(组装)三块。从目前行业分工来看,这三块已经分属于三个小行业。例如手机制造商首先设计好PCB,交给PCB制造商生产,PCB制造商生产、检测好后交给组装厂组装,最后手机成品返回手机制造商(也有手机制造商自己从事组装)。从这个概念来看,PCB制造属典型的代工制造产业。一般所说的PCB就是指PCB制造,下文也将依此展开论述。


1.2PCB的功能

PCB是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体,主要起支撑、互连作用(也有称做互联的,但互连要准确些,因为PCB主要起的是具体的,有形的连在一起的作用,而非抽象的,联合成为一体的作用)

从PCB的功用来看,PCB产业的消亡,中短期是很难的,因为PCB的功用目前尚无代替品出现。面对环保对PCB产业的愈来愈严,要求越来越多,唯有从PCB制造流程上减少污染(如发展3D打印技术)和加大污染处理(而非简单的进行产地转移),才能使本产业持续、健康发展。


1.3PCB的分类

PCB的分类方法很多,根据导电层层数、弯折韧性、组装方式、基材、特殊功能、导线形成工艺、有无芯板、表面处理方式可以作如下分类。

(1)按照导电层层数分为:单面板、双面板、多层板。多层板按照层压次数(其核心则是孔的位置,孔的位置决定层压次数)可分为普通多层板和积层多层板。

普通多层板中,一般将12层以上称作高层数板,将16层以上、孔径大于0.3mm、厚径比大于及等于8等条件的称作背板。

积层多层板(Build-upmulti-layer PCB),也称作增层多层板(业内常说的微盲孔多层板(Micro-viamulti-layer)和积层多层板所表示的产品,实质上基本相同),积层多层板比较典型的产品是HDI PCB,全称为High Density Interconnection,一般将最小线宽/间距在0.075/0.075mm及以下,最小孔径在0.15mm及以下,有盲、埋孔等条件的称作HDI。

HDI包括一阶、二阶、高阶(三阶及以上,目前在终端产品上应用比较多是三阶和四阶,四阶以上基本都转为Any layer)、Any layer(任意阶,或任意层,也有企业称作ELIC(Every Layer Interconnect))和SLP(Substrate Like PCB,类载板),目前在高端的终端产品上应用比较多是10、12层Any Layer和SLP。Any Layer见图1。

        图1苹果苹果 4主板10层Any Layer(左图:组装后,右图:其切片图)

(图片来源:左图来自IFIXIT官网,右图来自UBM TechInsights)


(2)按照弯折韧性分为:刚性板(Rigid Printed Circuit)、挠性板(FPC,全称为Flexible Printed Circuit,业界常见的硬板、软板说法不准确),刚-挠结合板(Rigid-Flexible Printed Circuit,或刚-挠一体板,意为结合为一体,而非简单放在一起),具体见图2(注:图2中实物图和示意图并不对应;下同,除非特别说明)。目前在终端产品上应用比较高端的是刚性板区域为HDI。

图2刚-挠结合板(左图:实物图,右图:示意图)

(图片来源:左图来自SAMSUNG电机官网,右图来自epec)


(3)按照组装方式分为:通孔插装用PCB、表面贴装用PCB、芯片级封装用PCB。芯片级封装用PCB,业界常称作Substrate或者IC Substrate(也有称作IC Carrier),翻译为(芯片级)封装载板,不建议业界使用封装基板这个容易引起混淆、且不准确的名字;另外,认为Substrate不属于PCB的观点也不准确)。

Substrate一般包括两类:成品为颗状(Unit base)的FCBGA(Flip Chip Ball GridArray)和条状(Strip base)的BGA(Ball Grid Array)。

      


      FCBGA种类单一,常见为4-16层(制作难度为所有PCB产品中最难)。BGA种类繁多,常见有BOC(Board on Chip)、PBGA(Plastic Ball Grid Array)、CSP(Chip scale Packaging)、SiP(System in package)、FCCSP(Flip Chip Ball Grid Array)等,常见层数为1-10层,见图5至8。



(4)按照基材分为:酚醛纸基、环氧玻璃纤维布、PI(聚酰亚胺)、BT(双马来酰亚胺三嗪树脂)、PTFE(聚四氟乙烯)、陶瓷基(见图9)、金属基等。 

图9 多层氧化铝陶瓷基PCB(左图:实物图,右图:封装示意图)

(图片来源:京瓷官网)


(5)按照特殊功能分为:埋置元器件板(内部埋置被动元器件或者表面用特殊材料实现被动元器件功能,及内部埋置主动元器件)、碳纤维基板、光电印制板等。


(6)按照导线形成工艺分为:Subtractive(或Tenting,减成法,核心是在常规铜上加厚后形成线路)、MSAP/ MSAP+(Modified Semi-Additive Process,改良半加成法,核心是在薄铜上形成线路的同时加厚)、SAP(Semi-Additive Process,半加成法,核心是在绝缘基材上镀超薄铜形成线路的同时加厚)等。


(7)按照有无芯板(Core)分为:Cored(有芯板)、Coreless(无芯板)。Coreless可再分为普通Coreless、ETS(Embedded Trace Substrate,或者EPP,Embedded Pattern Process,埋线路板或平齐板)。


(8)按照表面处理方式分为:镀锡、镀金(有镍金,镍钯金之分,也有硬金和软金之分)、镀银、OSP、SOP(Solder On Pad,也称之为Bump)等。SOP其实就是前面提到的FCCSP产品的一种专有的,主要的表面处理方式(另一种为OSP,成本低但应用较少),图8所示的是一般的FCCSP封装,图10则是较为复杂PoP封装(Packaging on Packaging,通常是把两类不同的芯片封装在一个模块里)。

 

图10 PoP封装(左图:示意图,右图:高通骁龙805切片图

(图片来源:左图来自网络,右图来自John H. Lau,2016)


但在实际中,常看到的是混合的分类方法:单面板、双面板、多层板、HDI板、封装载板、挠性板、刚-挠结合板、特殊板,这主要是基于整个PCB行业各细分产品的产值大小而分的。



2PCB技术的发展回顾

根据现有文献资料和PCB技术的发展进程,编辑将PCB技术的发展历程分为以下三个阶段(和传统的划分阶段不同):

第一个阶段,从20世纪初到1950年,雏形期,即PCB产业化前期,此时PCB产业尚未形成;

第二个阶段,1950年到1990年,成长期,即PCB产业化期的前期,此时PCB形成了产业;

第三个阶段,1990年至今,发展期,即PCB产业化期的中期


2.1雏形期

此阶段的标志性PCB技术有:

(1)1925年,美国的Charles Ducas 提出在介质上形成沟槽用导电浆填充,再电镀形成导体

(2)1936,在英国失业了的奥地利人Paul Ai Sile(Paul Eisler,1930年大学毕业于维也纳科技大学,并非业界常说的博士毕业)试验在收音机内使用箔膜技术(A foil membrane technology),1943年他在英国企业Henderson & Spalding投资的 Technograph工作期间申请了覆盖油墨用蚀刻方法得到导线的专利(这个专利在1950年6月21日正式发表,但被分为三个独立专利:GB639111(核心),GB639178,和GB639179)。

(3)1936,日本的Miyamoto Kinosuke(宫田喜之助,エレバム真空管の宫田制作所)申请了メタリコン法吹着配线方法的专利(专利号:119384,金属喷镀布线法,具体见:http://sts.kahaku.go.jp/sts/detail.php?no=104510511002&)。

(4)1938年,玻璃纤维开始生产。

(5)1941年,美国在军事方面引入类PCB技术(在滑石上漆上铜膏作导线,用于迫击炮弹)。

(6)1947年,环氧树脂作为基材引入。

(7)1947年,美国Singal Corps解决了大面积铜箔与绝缘材料的粘合问题。

(8)1947年,美国NBS(National Bureau of Standards)研究形成线圈、电容、电阻(印制组件)等技术。

(9)1950年,日本在玻璃基材上涂银作导体;在酚醛树脂纸基材料上用铜箔作导体。

(10)1950年后,Printed Circuit这种制造技术开始被接受并广泛应用,此时蚀刻箔为主流技术。

现在来看,当时代表的三人中Charles Ducas、Miyamoto Kinosuke的方法属于半加成法,Paul Ai Sile的方法属于减成法。由于减成法最先在PCB行业内产业化,且应用最广,因此Paul Ai Sile被认为是PCB之父。客观说,PCB行业从雏形、诞生、发展、创新,美、欧、日从业者(特别是一些电子巨头)对此贡献巨大。



2.2成长期

此阶段的标志性PCB技术有:

(1)1953年,美国杜邦企业申请了聚酰亚胺产品专利(专利号:US2710853A),要求保护聚均苯四甲酰亚胺树脂及其薄膜和管材(20世纪60年代,杜邦的聚酰亚胺薄膜(Kapton?)、Vespel?和Pyre ML?陆续商品化);

(2)1953年,美国摩托罗拉开发了电镀通孔的双面板;1955年前后,日本东芝企业提出在铜箔表面形成氧化铜的工艺,覆铜板问世。这两个方法以后也应用到多层板上,它们也促使了多层板的问世。多层板使得布线率大幅提高;此后,PCB被广泛使用。

(3)1954年,美国通用电气提出了采用铅锡合金作为抗蚀的金属导体保护层制造技术。

(4)1960年,V. Dahlgreen发明了在热塑性薄膜上粘结金属箔制成电路图形的工艺,这是FPC产品的开端。

(5)1960年,日本开始用环氧树脂玻璃布基材制作多层板。

       (6)1963年,美国的Hazeltine Research Inc申请了电镀通孔法制作多层板的专利。

(7)1964年,美国Western Electric企业开发出了高散热性的金属芯板。

(8)1965年,日本开发出了环氧树脂玻璃布基材的FR4、FR5覆铜板。


表1 1950-1965年多层板问世前在美国申请的部分PCB专利(按专利号排序)

(9)1967年,RCA企业的Robert J. Ryan等人申请了制造积层多层板的专利(US3756891,其核心是Plated-up technology),业界第一次提出积层技术。

(10)1968年,美国杜邦企业发明了光致聚合物干膜(Riston?)。

(11)1969年,日本三洋企业开发了金属绝缘基覆铜板。

(12)1969年,荷兰飞利浦开发了用聚酰亚胺制造的FPC(FD-R)。

(13)1977年,日本三菱瓦斯化学企业开发了BT树脂。

(14)1979年,Pactel企业发明了“Pactel law”积层法(层间连接采用金属柱结构)。

(15)1982年,美国HP企业的Glen E. Leinbach等人开发了带有微盲孔的Multilayer substrate(称作“Finstrate”,用激光加工盲孔,孔径0.125mm),1983年8月量产,见图11。


图11 Finstrate产品

(图片来源:《THE HDI HANDBOOK》)

(16)1984年,NTT发明了带有薄膜电路的“Copper Polyimide Act”的陶瓷基板。它的绝缘层是感光树脂,导通孔通过对感光树脂的曝光、显影形成。

(17)1988年,西门子开发了10层及以上层“Microwiring Substrate”的积层PCB,用于大型计算机,用准分子激光(Excimer laser)加工盲孔,见图12。

 

图12 Microwiring Substrate产品(左图:组装后,右图:切片图,14层)

(图片来源:左图来自《Excimer Lasers》,右图来自《Laser Processing in Manufacturing》)


2.3发展期

2.3.1标志性技术

此阶段的标志性PCB技术有:

(1)1990年,日本的IBM(Yasu)开发了SLCSurface LaminarCircuit,表面积层线路)载板,用于半导体的Flip Chip连接,见图13产品和图14工艺流程。

13 SLC产品

(图片来源:《THE HDI HANDBOOK》)


图14 SLC主要工艺流程

资料来源:网络)

 

(2)1993年,摩托罗拉的Paul T. Lin等申请了一种BGA封装专利(US5216278 A),开启了有机载板封装时代。

(3)1995年,松下电子部品开发了ALIVHAny Layer Interstitial Via Hole structure,任意层互连孔技术的积层PCB工艺,见图15。

图15 ALIVH主要工艺流程

资料来源:网络)


(4)1996年,东芝开发了B2itBuried BumpInterconnection Technology,隐埋凸块互连技术)的工艺,见图16。

图16 B2it主要工艺流程

资料来源:网络)


(5)日本的North开发了NMBINeo-Manhattan BumpInterconnection,新型立柱凸块互连技术)工艺,后来美国的Tessera对此工艺有所改进,见图17。

图17 NMBI主要工艺流程

资料来源:网络)


(6)Ibiden开发了FVSSFree Via Stackedup Structure,任意叠孔互连技术)工艺,最初称作SSP技术(Single Step Process),现在称作FVSS,见图18。

图18 FVSS主要工艺流程

资料来源:Ibiden官网)


总结当时的部分代表性积层技术如表2所示。


       纵观这些积层技术,核心是如何实现层间互连。实现层间互连方案有二,一是通过直接成孔、电镀或者填导电物实现导通(如SLC、HITAVIA、ALIVH、FVSS、VIL);二是使用凸块(间接成孔)直接实现互连(如B2it、NMBI)。值得一提的是,这些新技术的提出者多数是日本业者,可以说:在积层PCB技术发展方面,日本业者对行业的贡献颇多(特别是新工艺试验、新材料开发、新设备研制)。


对于直接成孔工艺,当时出现的成孔技术主要有五种:光致、激光(UV和CO2)、等离子体、准分子、机械钻。由于其他成孔技术的局限性或者由于激光技术的日益发展、成熟,业界应用最多的是激光成孔工艺。对于间接成孔技术,也由于其技术的局限性或者激光成孔+电镀填孔工艺的发展、成熟,应用逐渐下降。因此,目前的积层工艺主要为激光钻孔+电镀填孔工艺。


当时在以此积层技术基础上,根据终端客户的实际需求,行业形成了两个方向:即HDI(Subtractive减成法为主,基于FR-4材料,组装技术)和Substrate(MSAP/SAP半加成法为主,基于BT、ABF材料,封装技术),线路形成方法的工艺流程见图19。但从2014年开始,在苹果手机、手表等产品的带动下,HDI、Substrate开始融合。


图19 Subtractive、MSAP、SAP工艺流程对比

(资料来源:iNEMI PackagingSubstrate Workshop,Ibiden,2009年)


2.3.2HDI

对于HDI产品,过去20年间,基于激光成孔+电镀铜工艺,HDI工艺经历了如下转变:ConformalMask→LargeWindow→SmallWindow→LDD(LaserDirect Drilling,CO2激光直接钻孔,见图20至图22。注:Substrate用UV激光钻孔和CO2激光钻孔两种);镀铜→填铜;底片接触式曝光→LDI(Laser DirectImaging,激光直接成像);一阶→二阶→多阶→AnyLayer(软硬结合板的硬板区域也使用到AnyLayer技术)。

 

目前,HDI的代表性产品(Any Layer结构)是在手机主板上的应用。以SAMSUNG的Note 8主板为例,其设计为12层Any Layer,BGA pitch为350mm,板厚650mm,见图23。

图23SAMSUNGNote 8主板(组装后)

(图片来源:IFIXIT官网)

近期,关于HDI,业界开发的新技术有超薄板,Cavity(空腔板,或阶梯板,分为Non Component Type 无焊盘型和Component Type焊盘型两种,见图24),刚-挠结合板的刚性板区域为Any Layer等。

  

    图24 Cavity HDI PCB(左图:Non Component Type,右图:Component Type)

(图片来源:SAMSUNG电机官网)


2.3.3Substrate

目前,Substrate的代表性产品是在手机、电脑主处理器等的应用。

近期,关于Substrate,业界开发了很多新工艺。由于Substrate产品自身的特殊性,很多工艺都是结合后端的封装展开的,甚至由封测企业或者芯片设计企业直接开发。

部分代表性技术有:

(1)BBUL:英特尔的Steven N. Towle等人于2001年10月提出了BBULBumpless Build-UpLayer packaging,无凸块积层载板封装),其核心是芯片和载板的互连不再是凸块,而是芯片埋入载板内部直接进行互连,见图25至27(虽然BBUL工艺即使到现在因技术问题仍未量产,但PCB内部埋置元器件技术是行业不懈的追求和发展方向)。

图25 BBUL和FC-PGA封装对比

(图片来源:英特尔,2001)


图26 BBUL示意图(3层)

(图片来源:英特尔,2001)


图27 BBUL主要工艺流程

(资料来源:英特尔,2001)

 

(2)EPS/EADEPSEmbedded Passive Substrate埋置被动元器件2011年量产;EADEmbedded ActiveDevice埋置主动元器件,量产很少。内部埋置被动元器件见图28(这种电容与常规的电容稍有不同)。

图28内部埋置被动元器件(电容)

(图片来源:SAMSUNG电机官网)

 

(3)ECP?:AT&S开发了ECP?Embedded Component Packaging埋置元器件封装技术,可埋置主动、被动元器件,见图29和30。

 

图29 ECP?(左图:埋置被动元器件,右图:埋置主动元器件)

(图片来源:AT&S,2013)


图30 ECP?主要工艺流程

(资料来源:AT&S,2011)


(4)SESUB:TDK开发了SESUBSemiconductor Embedded in SUBstrate技术见图31。

图31 SESUB(左图:示意图,右图:切片图)

(图片来源:TDK,2015)


(5)MCeP?:Shinko Electric开发了MCeP?Molded Core embeddedPackage技术,可埋置主动、被动元器件。

图32 MCeP?产品

(资料来源:Shinko Electric


(6)Coreless:包括普通CorelessETSEmbedded Trace Substrate两种,ETS多用于中低端Flip Chip封装(可提高良率和降低成本)2013年兴起,见图33。

图33普通Coreless和ETS

(图片来源:右图来自SAMSUNG电机官网)


(7)Padless:Padless主要用以提高布线密度和提高设计的灵活性,见图34。

图34 Padless


(8)BSPBlue Stencil Printing:为了提高Fine pitch bump(SOP)的生产良率和效率,SAMSUNG电机2010年开发了BSP,代替传统的Metal Mask,见图35。

图35 BSP

(图片来源:SAMSUNG电机官网)


(9)Via Post:ACCESS(越亚)开发了自孔底向上电镀的铜柱(导通孔)技术,不需要激光钻孔+电镀填孔,见图36。


图36 Via Post

(图片来源:ACCESS官网)


(10)MISMolded Interconnect Substrate(模封互连载板,或Molded Interconnect System预包封互连系统),最早由 APSi(Advanpack Solutions innovations)开发,它是以环氧树脂作为基材,电镀形成铜柱的技术。目前,Substrate和封测企业都有在开发MIS技术。QDOS的MIS,见图37。恒劲(PPt)将其开发的与MIS类似的产品取名为C2iM?Copper Connectionin Molding

图37 MIS

(图片来源:QDOS官网)


综上各种工艺,制作如图38所示的PCB各制作工艺能力和成本对比图

图38 PCB各制作工艺能力和成本对比


另外,PSMA整理的各种埋置元器件技术如图39(上、下图)。


图39埋置元器件技术汇总

(资料来源:Brian Narveson,PSMA,2015)


3PCB技术的展望

PCB的未来离不开创新,故把PCB的未来的第四个阶段称为创新期(即,PCB产业化期的后期)。要展望、预测PCB技术的未来,先研究最近几年和PCB产业相关的电子产品的一些重大变化。


(1)SiPSLP

2014年9月,苹果发布Watch S1,主板采用SiP(非传统的Any Layer或者高阶HDI,对应的后段用SiP封装代替原来的HDI组装,Watch S2、S3也采用类似的SiP封装),见图40图。具体的PCB设计为8层,板厚0.35mm,全叠孔结构,最小线宽/间距为0.02/0.02mm,最小Pad为0.1mm。

图40 苹果Watch S1主板(封装后)

(图片来源:来自网络)


2017年9月,苹果发布苹果 8、苹果 8 plus和苹果 X,主处理器A11采用台积电10nm的FOWLP工艺(见下文说明),主板PCB采用SLP(类载板,Substrate Like PCB,其实是MSAP化的Any Layer技术),线路第一次采用MSAP工艺(0.025/0.025-0.03/0.03mm),见图41和图42。

图41 苹果苹果主板PCB设计的变化趋势

(图片来源:KGI)


图42 苹果苹果 X的主板PCB(堆叠设计,依次为10层,8层,2层)

(原始图片来源:IFIXIT官网,编辑整理


因此,从苹果S1、苹果 8、苹果 8 plus和苹果 X的PCB设计可以看出:高端HDI有载板化的趋势借用SAMSUNG电机先容其未来HDI超细线路技术能力的一幅图也可说明HDI载板化的趋势,见图43。 

 图43 HDI载板化

(图片来源:SAMSUNG电机官网)


(2)FOWLPFOPLP

2016年9月,苹果发布苹果 7,主处理器A10采用台积电16nm的FOWLP技术(扇出形晶圆级封装,也称作InFOWLP,Integrated Fan-outWafer Level Packaging,整合扇出型晶圆级封装),用FOWLP代替原来一直使用的PoP封装,即不再使用Substrate和封装,见图44和45。

  

FOPLP(Fan-out Panel Level Packaging,扇出形板级封装),它是在Substrate整板上(Panel base)放置芯片进行RDL直接封装(RDL:重新布线层,Redistribution Layer;传统是在条状(Strip base)Substrate上通过Bump与芯片封装,参见前图4的Strip;一般一个Panel由8-10个Strip组成),这其实也就是前面重点提到的埋置元器件技术,但这里只指埋置主动元器件。

FOPLP和FOWLP其实是对主动元器件如何进行封装的两个不同的新方向(FOPLP:板级芯片封装,封装在整个载板上进行;FOWLP:晶圆级封装,封装在晶圆上进行),这也是对传统封装方式的挑战。FOPLP与FOWLP的对比见图46和47。目前,Amkor、ASE、SPIL、Frauhhofer IZM、SAMSUNG电机等企业在开发FOPLP技术。可以称FOPLPSubstrate的封装化。

图46 FOWLP(左图)与FOPLP(右图)封装效率对比

(资料来源:Frauhhofer IZM,2015年9月

     

图47 FOWLP(左图)与FOPLP(右图)工艺流程对比

(资料来源:Frauhhofer IZM,2015年9月


结合(1)SiP与SLP和(2)FOWLP与FOPLP可以看出:这些新要求或技术对HDI是挑战,也是机遇;对Substrate更多的是挑战。


(3)印制电子

印制电子(Printed Electronics,也翻译成印刷电子)是指利用各种印制技术,形成电子组件和线路结合的电子电路。由于印制电子技术具有低成本、可形成灵活多样的形状、易生产、易集成、环保等优势,一直很受关注,但受限于技术问题,极少量产。

制作印制电子的工艺有:网版印刷、柔性凸版印刷、平版印刷、凹版印刷、喷墨打印、模版压印、光致成像、激光成像等;材料有:基材(多为有机薄膜)、功能材料(即油墨,包括:导体材料(导电油墨)、半导体材料(有机半导体材料或者复合材料)、绝缘介质材料)。

由于开发喷墨打印工艺制作印制电子较多,主要先容该工艺。以以色列的Nano DimensionTechnology企业为例进行先容。2016年该企业开发了名为Dragonfly 2020的3D喷墨沉积打印设备(见图48),它使用导电油墨(AgCite?系列纳米级银粒导电油墨,见图49)和绝缘介质油墨(单组分绝缘介质材料,适用于刚性板和挠性板)打印PCB;它也能够打印具有埋置元器件的PCB(见图50)。Jabil是其第一个商用客户(2017年9月)。



由于印制电子技术的优势,不可避免,未来随着印制电子技术的成熟,将对传统的PCB产业形成挑战。


综上所述,PCB未来可能的技术趋势为:

(1)HDI载板化(或SiP化)

(2)Substrate封装化(或模块化)

(3)印制电子逐渐兴起(中低端,样品、小批量领域)


制作如图51所示的PCB各产品生命周期状况。


后记:文中所涉及资料均来自公开资料,如有侵权,后续将删除并致以歉意。

向行业先贤及奋斗在行业中的同仁们致敬!


 

参考文献

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[8]杨宏强. 现阶段我国本土电路板企业的发展策略研究[J]. 科技管理研究, 2012.10: 122.


编辑概况:

杨宏强(1979-),电子类工程师,高级经济师,中国电子学会高级会员。2001-2017年,曾在全球领先的PCB企业从事各类中高端PCB的生产、研发、市场、销售16年。从业期间,以第一编辑编著PCB行业用书2本,发表文章43篇(其中独立发表32篇,第一编辑7篇),以第一发明人获授权发明专利1项。

目前工作方向:PCB技术发展路线及企业发展策略研究。

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