蔡積慶 譯

（江蘇 南京 210018）

1 前言

PCB產(chǎn)業(yè)大致與晶體管的誕生時期相同，并且與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)的迅速成長。PCB的構(gòu)造或者制造工藝取得了許多發(fā)展，引領(lǐng)PCB發(fā)展的是IC的迅速技術(shù)進(jìn)步和低價格化，尤其是電子設(shè)備的巨大市場需求。

PCB的首要任務(wù)是從IC引出的高密度線路。由于PCB的技術(shù)開發(fā)適應(yīng)了逐年進(jìn)步的IC高集成化，所以PCB正在向著線路的高密度化和降低成本的方向發(fā)展。然而隨著數(shù)字的廣播、英特網(wǎng)、移動通信、汽車和照明等電子設(shè)備用途的多樣化，PCB除了“高密度連接端子之間”以外還要求有各種特性。

即使半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也有多樣化的一大課題。半導(dǎo)體是大規(guī)模的裝置產(chǎn)業(yè)，因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)期間長，開發(fā)成本高，所以少品種的量化生產(chǎn)和低成本化成為可能。但是制造數(shù)以幾億個晶體管計(jì)的LSI，除了CPU和存儲器以外能夠大量生產(chǎn)的用途是不多的。這種半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要求以多樣化而且量少的用途為目標(biāo)的單片式（Monolithic）制法以外的高靈活性制法。本文敘述了最近PCB的引人注目的高密度化和多樣化的技術(shù)動向。

2 積層板

隨著IC芯片的晶體管集成的提高和嵌入的功能增大，芯片的輸入/輸出線路數(shù)（端子數(shù)）也日益增加。端子數(shù)的增加與晶體管數(shù)增加的0.5～0.75成比例（倫琴法則）。與之相似的關(guān)系是隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市的出入橋梁數(shù)和鐵路數(shù)也會增加一樣。但是因?yàn)樵贗C芯片情況下，IC芯片的大小是有界限的，如果集成度提高，必然會縮小半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)規(guī)則，端子節(jié)距變小。從小節(jié)距的IC引出許多線路的第1階段就要妥善處理，使線路節(jié)距擴(kuò)大，下一階段的是PCB（母板）上擔(dān)當(dāng)交接任務(wù)的模塊基板。模塊基板也稱為互連板（Interposer）、基板（Substrate）或者封裝（Package）基板。為了妥善處理IC不斷增加的出入線路，模塊基板和母板都必須提高線路容納能力。

PCB的傳統(tǒng)制造中增加線路容納能力的手段是：（1）縮小設(shè)計(jì)規(guī)則（圖形的微細(xì)化和孔的小徑化）；（2）多層化。但是在傳統(tǒng)制造方法中，即使線路層數(shù)增加數(shù)十層也不能過度的提高線路容納能力，其原因是貫通導(dǎo)通孔（Through Via）。因?yàn)樨炌▽?dǎo)通孔多層板的金層，與導(dǎo)通孔連接無關(guān)的層上也有導(dǎo)通孔，這種孔的周邊成為不能通過線路的無信號的死區(qū)（Dead Space）（禁止線路領(lǐng)域），如圖1所示。

因此開發(fā)了僅僅在直接關(guān)系到層面連接的層間形成導(dǎo)通孔（Blind Via）（走到盡頭的導(dǎo)通孔）和埋導(dǎo)通孔，如圖2所示。雖然積層線路的概念早已有之，但是由于沒有盲導(dǎo)通孔和埋導(dǎo)通孔的巧妙形成法，因此除了高端CPU以外幾乎沒有被證實(shí)用過，然而由于開發(fā)了激光導(dǎo)通孔（Laser Via）或者光致導(dǎo)通孔（Photo Via）加工技術(shù)，積層線路得以普及。激光導(dǎo)通孔是采用激光束的能量加工導(dǎo)通孔并采用鍍層或者導(dǎo)電膠填充的導(dǎo)通孔，光致導(dǎo)通孔是采用感光性樹脂形成層間絕緣層并利用曝光和顯影形成導(dǎo)通孔的導(dǎo)通孔，這時的導(dǎo)通孔通常采用電鍍法。無論哪種加工法在原理上都有在制版的中間進(jìn)行孔的加工，導(dǎo)通孔連接到下面層（底層）就停止的特征，盲導(dǎo)通孔的形成更好些。使用鉆頭的機(jī)械孔加工中因?yàn)殂@頭要穿過板，所以不適合于忙導(dǎo)通孔的加工。積層線路的稱呼由來于每層的導(dǎo)體層和絕緣層疊層的制法（逐次積層），但是重要的是具有忙導(dǎo)通孔和埋導(dǎo)通孔構(gòu)造的PCB，因此制造方法不只是逐次積層。具有積層構(gòu)造的PCB的制造方法有各種考慮要素技術(shù)：（1）絕緣材料的種類（感光性樹脂，熱硬化性樹脂，熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂和附樹脂銅箔）；（2）導(dǎo)通孔的形成（激光，光致）；（3）導(dǎo)通孔的導(dǎo)通法（化學(xué)鍍，電鍍和導(dǎo)電膠）；（4）積層法（芯+積層，全層積層和匯總積層）等。開發(fā)了由這些要素技術(shù)相組合的各種積層板工藝。日本開發(fā)了采用PCB的最初積層法SLC法（日本IBM）、ALIVH法（パナソニツク）和B2it+法（東芝）等。其中的盲導(dǎo)通孔和埋導(dǎo)通孔的總稱可以使用層間導(dǎo)通孔（IVH，Interstitial Via Hole）。另外含有忙導(dǎo)通孔和埋導(dǎo)通孔的高密度PCB可以稱為高密度互連（HDI，High Density Interconnect），但是它的定義尚未明確。

積層板技術(shù)預(yù)計(jì)以盲導(dǎo)通孔和埋導(dǎo)通孔的形成為中心將會有更加多樣化的發(fā)展。

3 高速和高頻的適應(yīng)性

家庭接受電視時，電源線插入插座，天線電纜連接到天線。這時如圖3所示的電源線有兩根線是沒有問題的，而與天線的連接必須使用同軸電纜。電源線和天線電纜處理的頻率是不同的。電源的頻率是50 Hz（日本關(guān)東）或者60 Hz（日本關(guān)西），而地方數(shù)字頻率通常使用500 MHz，是電源頻率的1000萬倍的高頻率，如表1所示。PC與地方數(shù)字同等程度或者采用數(shù)倍于地方數(shù)字的高速進(jìn)行工作。這種高速信號往復(fù)六國2根電線時與低頻時不同。在低頻時沒有問題的，但電線中的微小電感或者導(dǎo)線間的電容，在高頻時對信號傳送的影響很大。電線傳送的信號以光速進(jìn)行傳送，絕緣物質(zhì)（介質(zhì)常數(shù)ξ）中傳送信號的速度比光速低，為它的 （玻璃環(huán)氧情況下，ξ=5信號傳播速度的約為光速的一半）。

表1 電源和地方數(shù)字電波的頻率和波長

圖4表示了電源線和天線電纜的電氣特性的表現(xiàn)。圖中的R表示導(dǎo)線的導(dǎo)體電阻，L表示電線的電感，C表示電線間的電容，G表示電線間的絕緣電阻。L和C取決于2根導(dǎo)線的尺寸，形狀的配置和導(dǎo)線周邊的絕緣物質(zhì)的特性。圖4中的R、L、C都是單位長度的大小，電源線和天線電纜都稱為傳送線路。如果在這種線路上外加交流電壓，那么R、L、C、G都起著妨礙電流流動的“電阻”的作用。對于交流的電阻稱為阻抗（單位是與直流電阻的單位相同的W）。R、L、C、G產(chǎn)生的阻抗的特征是頻率特性。圖5表示了R、L、C產(chǎn)生的阻抗的頻率特性，由圖5可知，R和G的直流或者高頻的值是不變的，而L產(chǎn)生的ZL與頻率成比例，C產(chǎn)生的阻抗Zc與頻率成反比。

如果采用50 Hz的電源線和500 MHz的天線電纜，在電源線情況下，圖4的L產(chǎn)生的阻抗為0，C產(chǎn)生的阻抗為無限大，結(jié)果傳送線路僅由R、G構(gòu)成。在天線電纜情況下，由于L產(chǎn)生的阻抗比電阻R高得多而不能無視電阻R，另外由于C產(chǎn)生的阻抗比線間的絕緣電阻R低得多而可以忽視絕緣電阻。圖3中的電源線和天線電纜的信號傳送特性的不同是因?yàn)榍罢邔?shí)質(zhì)上僅由R、G構(gòu)成的線路，后者實(shí)質(zhì)上僅由L、C構(gòu)成的線路（稱為無損失線路）。傳送線路時具有稱為特性阻抗的重要電性能，特性阻抗值取決于L/C。傳送高速信號的線路中，特性阻抗的值要求以信號的發(fā)送端經(jīng)過PCB，連接器和電纜一直到接收端（負(fù)荷）。如果線路中存在特性阻抗不同的地方，那么它的連接點(diǎn)就會引起信號的反射。如果這樣，那么到達(dá)接收端的信號水平不僅下降，而且信號會在任何處反復(fù)反射，延遲到達(dá)接收端的時間。接收端的信號波形的形狀雜亂，幅度擴(kuò)大而不能高速傳送。

圖6表示了PCB的信號傳送線路。因?yàn)樘匦宰杩谷Q于圖6中的信號線寬w，信號線和地線間的距離H，和介質(zhì)常數(shù)ξr，所以必須根據(jù)規(guī)定的特性阻抗調(diào)整這些參數(shù)。一般的電子設(shè)備中的特性阻抗設(shè)定為500 W，對于PCB的要求規(guī)格為50 W±10%。其中TV的天線電纜的特性阻抗為75 W。

上述的傳輸線路的處理任何情況下都有必要。即使在信號頻率高（波長短）的情況下，發(fā)送接收端距離比波長相當(dāng)短時（IC內(nèi)的線路等）也要進(jìn)行傳輸線路的處理。如果發(fā)送接端距離變長，接近于波長，因?yàn)榘l(fā)送端和接收端的電壓相位移動，都有必要進(jìn)行傳輸線路的處理。同理因?yàn)閿?shù)字信號和PC的信號的波長為數(shù)十厘米以下，都有必要進(jìn)行PCB的信號線路的處理。雖然PCB的圖形微細(xì)化取得進(jìn)步，但是為了保證一定的特性阻抗而縮小導(dǎo)體寬度（圖6的w），有必要進(jìn)行包括絕緣層厚度（H）和介質(zhì)常數(shù)（ξr）在內(nèi)的整體調(diào)整。根據(jù)JPCA的意見征詢調(diào)查，特性阻抗的控制是電氣特性要求度最高的。

4 SOC和SIP

所謂集成度的提高就是搭載了前所未有的許多功能，因此1個IC可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的大規(guī)模系統(tǒng)。LSI集成度提高的規(guī)模和速度非常驚人，圖7表示了CPU集成度提高的逐年推移，最近CPU的晶體管數(shù)量驚人的達(dá)到20億個。

半導(dǎo)體是硅晶圓片（高純硅單晶片）上制造的，這種技術(shù)稱為單片式（Monolithic）技術(shù)。單片是由硅單晶切片而成的領(lǐng)域圖7所示的迅速的半導(dǎo)體高高集成化的是稱為是標(biāo)（Scaling）技術(shù)。定標(biāo)是縮小IC芯片上的晶體管或者線路的物理尺寸（設(shè)計(jì)規(guī)則）以便在更加狹小的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)與過去的功能相同的技術(shù)?？v橫尺寸一律縮小1/2。大致在1/4的必要面積內(nèi)發(fā)揮原來（或者以上）的IC功能。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的特征是利用微細(xì)加工來大量生產(chǎn)高功能芯片，但是設(shè)計(jì)和開發(fā)的周期長，開發(fā)成本高。因此最好是利用IC的高集成能力大量生產(chǎn)大規(guī)模系統(tǒng)。另外PCB與各種電子元件組合制成的系統(tǒng)中，每個系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)的只是PCB，如果PCB上安裝品質(zhì)確認(rèn)過的元件，則可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，構(gòu)筑工期短和低成本系統(tǒng)。已經(jīng)采用這種方式構(gòu)筑規(guī)模大的系統(tǒng)。關(guān)于它的子系統(tǒng)正在逐步推進(jìn)半導(dǎo)體芯片化。

象制造龐大數(shù)量的晶體管是標(biāo)那樣，LSI還色會CPU（中央演算處理裝置）以外的領(lǐng)域（存儲器，輸入輸出電路和模擬器等），朝著整個芯片系統(tǒng)化的方向發(fā)展。采用這樣的單片式技術(shù)制造的LSI稱為系統(tǒng)芯片（SoC，System on a Chip）。因?yàn)镾oC只采用半導(dǎo)體技術(shù)制造的，所以適合于大量生產(chǎn)，中量和少量需求時的制造技術(shù)由于化費(fèi)開發(fā)成本和開發(fā)時間而不經(jīng)濟(jì)。另外，SoC中還必須制造原理電路以外的存儲器和模擬電路等功能或者制造方法不同的電路，存在著制造上的困難。

于是系統(tǒng)封裝（SiP，System in Package）問世了。Sip是在1枚封裝內(nèi)安裝樹種不同IC芯片或者模擬元件。圖8表示了SoC和SiP的概念圖。SoC中早1西哦那片內(nèi)設(shè)置了數(shù)據(jù)處理和存儲等功能的不同領(lǐng)域，制造是采用單片式工程整體制造的。SiP是在稱為互連板（Interposer）的多層板上安裝數(shù)枚IC芯片或者無源元件的封裝。數(shù)枚元件安裝的方法有并列型（Side by Side Tupe）和芯片疊層型（Chip Stack Type）。在CPU芯片上形成積層存儲器芯片的COC（Chip on Chip）或者TSV（Through Silicon Via）的芯片積層的三維安裝芯片也分類于SiP。最廣泛使用的互連板是有機(jī)的PCB，還開發(fā)了使用硅基板或者玻璃基板的方法。

因?yàn)镾iP是由確保品質(zhì)的元件組合制造的，所以與安裝基板同樣，開發(fā)成本較低，開發(fā)周期縮短，適用于多品種少量需求的系統(tǒng)開發(fā)。圖9表示了3SoC和SiP的今后目標(biāo)方向（選錄于ITRS線路圖）。在高集成，高性能，高速和節(jié)能方面SoC是有利的，今后的設(shè)計(jì)規(guī)則將從32 nm發(fā)展到22 nm的高集成化。圖9中的“More Moore”意味著“穆爾（Moore3）法則的推進(jìn)”。SiP是把模擬，高頻和高電壓等1個芯片山難以集成的功能收容在1個封裝上的多樣化方向。路線圖中采用SoC和SiP兩種途徑作為更有價值的系統(tǒng)的目標(biāo)。圖9中的“More than Moore”意味著功能復(fù)合化及集成化“超過穆爾（Moore）法則的多樣化”。

5 元件嵌入基板

元件嵌入基板是在PCB的內(nèi)部埋嵌入電子元件（無源元件或者有源元件）的一體化的PCB。圖10表示了元件嵌入基板的概念圖。傳統(tǒng)的安裝基板上安裝的一部分無源元件或者有源元件埋嵌到PCB的內(nèi)部。 也許是局部的改良，然而元件嵌入基板存在著超過那個PCB概念的要素，成為下一代PCB的一個領(lǐng)域，全世界都在熱衷于研究開發(fā)。

嵌入元件的優(yōu)點(diǎn)是：（1）實(shí)現(xiàn)安裝基板的小型化和高密度化；（2）提高了電源完整性（Power Integrity）。

現(xiàn)在的便攜式電話和平板電腦等電子設(shè)備要求功能的高度化和復(fù)雜化的同時，還要求產(chǎn)品的無限的小型輕量化。現(xiàn)在的元件嵌入基板的大多數(shù)用作移動設(shè)備中具有特定功能的模塊（Module），其最大的理由是小型化和高密度化。嵌入元件的安裝基板的單面空間里設(shè)置了透鏡可以用作攝像模塊。

嵌入元件的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以改善電源完整性。所謂電源完整性意味著IC電源的穩(wěn)定性。高速工作的IC中進(jìn)行瞬間的大電流開關(guān)，這時的電源電壓就會瞬間變化。這與在家庭中開啟功率大的家電開關(guān)時電燈瞬間變暗的現(xiàn)象相同。原因在于屋內(nèi)線路較細(xì)而不能抑制瞬時的電壓變化。移動設(shè)備要求穩(wěn)定的接通電源，但是到達(dá)IC的線路非常細(xì)，尤其是線路的阻抗在IC開通的瞬間使IC入口的電源電壓大幅下降而引起IC的錯誤工作。防止這種現(xiàn)象的是采用稱為旁路電容（Pass Condenser）的電容。如果在接近IC處設(shè)置旁路電容，它會起到電的 水池的作用，吸收瞬時的電壓變化。高速工作的大多數(shù)IC都會配置這種旁路電容。雖然旁路電容必須配置在IC附近，但是圖10的表面安裝中，因?yàn)镮C芯片的橫問配置，即使旁路電容配置在IC附近也需要約10 mm得距離。如果元件嵌入基板中在IC正下方配置旁路電容，則可使它的距離縮短到約1 mm。在GHz帶的高速中這種差別很大，可以充分發(fā)揮元件嵌入基板的優(yōu)越性。如果安裝基板充分縮小到模塊化，就無須信號線的傳送線路處理。

傳統(tǒng)的電子設(shè)備或者系統(tǒng)是由（1）電子元件（有源和無源元件）的制造；（2）PCB沒有安裝元件的光板的制造；（3）電子元件的安裝（安裝基板的制造）；（4）數(shù)枚安裝基板和輸入輸出裝置等步驟組成的。每個步驟由專門制造商承擔(dān)，進(jìn)行該步驟的檢查以后把確保品質(zhì)的產(chǎn)品送交下一步驟。如果是嵌入元件基板，那么就會在PCB制造途中嵌入元件。制造途中難以確認(rèn)品質(zhì)，成品也難以檢查。因此嵌入元件基板存在著工程復(fù)雜，成本高，品質(zhì)檢查困難，成品不良時責(zé)任追究難等課題。

雖然嵌入元件技術(shù)適用于一般的安裝基板，但是由于成本上升等課題，所以安裝基板難以體現(xiàn)出元件嵌入的優(yōu)越性。象移動設(shè)備的高頻模塊或者攝像模塊那樣，使用元件嵌入技術(shù)使設(shè)備的一部分功能實(shí)現(xiàn)1模塊化是元件嵌入基板最有的利用方法。這種模塊產(chǎn)品的發(fā)展是PCB制造商的目標(biāo)方向，如果與半導(dǎo)體材料制造商目標(biāo)之一的Sip的途徑重疊，它們的邊界將會模糊不清。

6 散熱基板

節(jié)能照明人氣最旺的LED燈的最大課題是散熱。與白熾燈泡相比能效相當(dāng)高的LED燈為什么有散熱問題呢？理由之一是LED在非常狹小的半導(dǎo)體接合部（Junction）發(fā)熱，理由之二是半導(dǎo)體LED在高溫使用時性能差。LED的發(fā)光效率（電轉(zhuǎn)變成光的效率）即使比其它光源高也只有20%以下，還有80%以上的電力轉(zhuǎn)變成熱，結(jié)果使接合部的溫度上升。一般的狹小空間的發(fā)熱很難散熱。雖然LED芯片的消耗電力只有1 W程度，因?yàn)榘l(fā)熱部僅有數(shù)mm方形那么小，所以很容易積蓄熱量。LED燈散熱問題的第2條理由是在高溫下使用會極大的降低LED的壽命。接合部溫度150 ℃時壽命4萬h的LED在170 ℃時降低到1萬h，185 ℃時降低到150 ℃使用時的1/10與LED燈相比，雖然白熾電燈泡的燈絲溫度高達(dá)2000 ℃，但是燈絲鎢在該溫度下依然完好。另外熒光燈中來自熒光管整體的發(fā)熱也不會產(chǎn)生溫度上升的問題。因此LED燈的接合部溫度必須設(shè)計(jì)成不超過150 ℃以上的散熱設(shè)計(jì)。

半導(dǎo)體的散熱問題不只是LED。一般半導(dǎo)體芯片的消耗電力與晶體管的集成度和工作頻率成比率增大。最新的高速高性能CPU的消耗電力還有超過100 W的。家庭用熨斗的瓦數(shù)雖然也是100 W程度，但是表面積是CPU封裝的10倍。從散熱面積小的CPU散熱100 W，接合部溫度很難維持在限度以內(nèi)。為此使用散熱扇，散熱片。誰冷和散熱管等各種強(qiáng)制冷卻的手段。強(qiáng)制冷卻在復(fù)雜的移動設(shè)備設(shè)計(jì)中是一個非常大的課題。

IC發(fā)生的熱量必須經(jīng)過散熱途徑散發(fā)到空氣中或者設(shè)備的箱體。散熱路徑中具有熱變電阻，IC發(fā)生的熱量與各處熱變電阻合計(jì)的總熱變電阻成比例，結(jié)果使IC芯片的溫度上升。LED搶礦下芯片的發(fā)熱量為1個1W程度，相當(dāng)于鎢燈泡情況下數(shù)個熒光燈型情況下百個以上。并列安裝在PCB上，LED照明中發(fā)生的熱量最終從散熱片散發(fā)到大氣中。如圖11所示，LED燈的外面幾乎被散熱片所占據(jù)。散熱路徑的總熱變電阻中最大的是安裝LED的PCB的熱變電阻，因此安裝LED的PCB與通常的PCB相比要求熱變電阻格外小，稱之為散熱基板。

LED照明用散熱基板使用通常的樹脂基板，金屬基或者金屬芯基板和陶瓷基板。在導(dǎo)熱性和耐熱性等特性方面以陶瓷基板最佳，但是存在著加工性差和成本高的缺點(diǎn)。一般的FR-4（玻璃布環(huán)氧樹脂基板）或者CEM-3（玻璃無紡布環(huán)氧樹脂基板）等PCB用材料雖然加工性好和成本低，但是導(dǎo)熱性不良，所以FR-4或者CEM-3的標(biāo)準(zhǔn)材料不適合于散熱基板，而是廣泛采用加工性好導(dǎo)熱性高的金屬基基板或者金屬芯基板作為散熱基板。金屬基基板是在通常的PCB的下面貼附散熱用的金屬板（Al板等）的基板，如圖12所示。因?yàn)榻饘傩竞徒饘倩鵓CB是通過導(dǎo)熱率高的金屬板散熱，所以可以采用和陶瓷基板一樣的低熱變電阻進(jìn)行散熱。但是金屬芯和金屬基用金屬片與PCB的導(dǎo)體必須電氣上的絕緣。由于通常的絕緣層規(guī)格中這種熱變電阻過大，所以采用樹脂層厚度非常薄（通常0.08 mm ～ 0.1 mm，還有更薄的0.02 mm）的樹脂層中介入導(dǎo)熱率高的填料（填充用微粒子）以降低熱變電阻等對策。這么薄的樹脂層情況下確保絕緣層可靠性至關(guān)重要。導(dǎo)熱性填料主要使用導(dǎo)熱率很高的氮化鋁（AlN）。

采用通用材料FR-4或者CEM-3時降低熱變電阻的方法是介入散熱導(dǎo)通孔（Thermal Via）使PCB的中間層進(jìn)行散熱的方法，如圖12所示，這種方法已廣泛采用。采用介入填料使導(dǎo)熱率提高兩倍以上的FR-4和CEM-3材料也已市售中。

7 大電流基板

大電流基板正在廣泛應(yīng)用于機(jī)器人，混合動力汽車和電動汽車等需要大電流的領(lǐng)域中。過去操作大電流的用途主要是變電站，工廠動力設(shè)備，公共設(shè)施和鐵道等產(chǎn)業(yè)用系統(tǒng)。這些設(shè)備的線路包括通常系統(tǒng)在內(nèi)是不同的，熟練工人在設(shè)備現(xiàn)場根據(jù)圖紙進(jìn)行裝配。大電流用的線路使用粗電力電纜或者匯流條（銅板沖切成形的帶狀導(dǎo)體）。汽車等的線路根數(shù)多而使用束線（Wireharness）（數(shù)根電線集中束而成的集合線路）。在汽車情況下，大電流使用束線或者匯流條的線路，控制系統(tǒng)的線路使用PCB，如圖13中（a）所示。采用PCB代替利用束線線路的成為大電流基板，如圖13中（b）所示。

大電流基板與通常的PCB有什么不同呢？PCB本來是以信號的線路為目地而開發(fā)的，以后為了適應(yīng)信號線路的高密度化導(dǎo)體線寬變細(xì)，導(dǎo)體厚度從35 mm減薄到18 mm或者12 mm厚。不過PCB上安裝的器件的電源和地線用途時，為了確保電源的穩(wěn)定性和通電容量，使用35 mm或者70 mm等厚銅箔。為了適應(yīng)PCB上流過大電流的用途，復(fù)銅箔板的JIS規(guī)格（IEC規(guī)格）緩慢擴(kuò)展最大銅薄厚度，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到210 mm厚度的規(guī)格化。但是代替汽車，機(jī)器人和大功率電源等的匯流條和束線時還不充分，需要400 mm ～2000 mm的導(dǎo)體厚度。由于使用這種后銅的PCB與一般的PCB的材料，制造方法和性能要求都有很大不同，因此大電流基板需要另外的處理方法。

在大電流基板上取代匯流條和束線的優(yōu)點(diǎn)相似于PCB上取代真空管裝置時的優(yōu)點(diǎn)。這就是說沒有誤配線或者連接部的松動等，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，安裝成本大幅度下降。此外電源和地線間的絕緣距離均勻的縮小，有利于高頻特性的穩(wěn)定化或者功率器件的電力供給和散熱設(shè)計(jì)。

大電流基板的課題是制造成本。由于使用的復(fù)銅箔板沒有標(biāo)準(zhǔn)材料，相比起來較貴，導(dǎo)體厚度數(shù)百微米的導(dǎo)體圖形形成也不簡單。單純的蝕刻時側(cè)蝕過大，雖然各公司正在開發(fā)獨(dú)特的制造方法，但是與一般PCB相比的成本上升是不可避免。大電流基板上收容控制用的信號用圖形時，因?yàn)閷?dǎo)體厚度薄的信號部分與導(dǎo)體厚度厚的大部分混在，存在著它們的形成方法和精飾間的平坦化等課題。另外，在大電流基板上形成束線時，如圖13（b）所示，實(shí)際產(chǎn)品的束線面積比使用材料面積小得多，存在著材料和加工成本價格高的缺點(diǎn)。

因?yàn)榇箅娏骰鍖τ诹慨a(chǎn)大電流產(chǎn)品的用戶來談具有很大的優(yōu)越性，所以今后要致力于材料和制造方法的改良，以便擴(kuò)大應(yīng)用。一種改良的制造方法是采用通常的多層板制造工程，在積層前的銅?。刂茍D形形成用）的背面僅僅焊接大電流部的厚銅箔帶（Ribbon）。然后進(jìn)行通常的積層和外層圖形形成，從而制造成大電流基板（ワィャレィド基板）。還進(jìn)行了其它的種種開發(fā)，希望今后在降低制造成本方面取得大的進(jìn)展。

8 大面積電子（可印刷電子）

計(jì)算機(jī)（CPU）系統(tǒng)組成：（1）輸入裝置；（2）數(shù)據(jù)處理和控制裝置（CPU）；（3）記憶裝置；（4）輸出裝置四種要素。如果翻閱CPU的發(fā)展史，則會發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體首先使用于數(shù)據(jù)處理和控制裝置，稍后應(yīng)用于記憶裝置（存儲器）。輸入輸出裝置上的半導(dǎo)體應(yīng)用雖然比它們更遲些，但是在半導(dǎo)體技術(shù)多樣化的大背景下，各種新產(chǎn)品照明（LED燈），顯示（液晶，有機(jī)EL），太陽能電池，傳感（溫度，濕度，加速度和壓力傳感器），工程和MEMS（驅(qū)動器件）的開發(fā)利用層出不窮，都呈現(xiàn)出半導(dǎo)體化的狀況。

輸入輸出裝置和CPU存儲器的不同點(diǎn)在于相對于CPU存儲器處理的只是理論值（1和0）來說，輸入輸出裝置還有自然環(huán)境和人等對象，有必要處理適應(yīng)這些對象的物理量。太陽能電池中首先要求受光面積大，各種顯示也是如此。傳感器必須采用適應(yīng)對象物理量的原理，構(gòu)造和尺寸。CPU存儲器利用它的性能提高和定標(biāo)實(shí)現(xiàn)集成度提高和成本降低，而在輸入輸出系的裝置情況下有必要一邊滿足對象的條件，一邊謀求性能提高和成本降低。在這種背景下誕生了大面積電子（Large Area Electronio）（或者稱為印刷電子（Printed Electrouics， Printable Electrouics）。

大面積電子是“利用各種電路形成方法（濺射，蒸發(fā)等薄膜技術(shù)或者噴墨印刷，絲網(wǎng)印刷和凹版印刷等厚薄膜印刷技術(shù)）”，功能性油墨和各種基材（高分子膜，紙，無紡布和玻璃等），為了低成本的提供半導(dǎo)體，無源元件功能，導(dǎo)體和絕緣體（電介質(zhì)），利用大面積和大量生產(chǎn)的工藝技術(shù)所獲得的產(chǎn)物（JPCA）?？傊竺娣e電子是低成本的大面積和大量生產(chǎn)半導(dǎo)體，無源元件和線路的產(chǎn)品。而“印刷”正是低成本的大量生產(chǎn)技術(shù)。大面積電子還可以簡稱為大電子（Large Electronics）。有時還是用“印刷電子”的用語。

世界各國正在極力于大面積電子的研究開發(fā)，出現(xiàn)了各種未來預(yù)測。下面選錄了歐洲的大面積電子協(xié)會（OLAE，Organic&Large Area Electronics Community）2009年的報告。大面積電子有4種應(yīng)用目標(biāo)：（1）有機(jī)LED照明（OLED）；（2）有機(jī)太陽能電池（Photovoltaics）；（3）顯示，（4）R,C等印刷元件，印刷RFID，印刷存儲器，傳感器和電池等。圖14表示了OLAE報告中的大面積電子的市場從2010年前后開始迅速擴(kuò)大規(guī)模，將會取代無機(jī)半導(dǎo)體和平板市場的較大市場。

市場規(guī)模的順序依次是：（1）有機(jī)EL顯示；（2）太陽能電池；（3）有機(jī)晶體管和有機(jī)存儲器。預(yù)測中還預(yù)計(jì)到大面積電子市場的大成長。然而還有很多課題。雖然正在致力于制造高功能器件的基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)，但是尚未達(dá)到低成本大量生產(chǎn)的目標(biāo)，尤其是有源元件（有機(jī)晶體管）的低成本大量生產(chǎn)依然是一個大課題。圖15表示了有機(jī)晶體管的目標(biāo)。有機(jī)晶體管的目標(biāo)即使不能高速工作也可以用于大面積的用途。大面積電子的另一個課題是與現(xiàn)行無機(jī)器件的成本競爭?，F(xiàn)在安裝硅IC的IC卡或者RFID已經(jīng)大量使用。采用這種IC卡，芯片面積不到卡面積的1%。使用硅芯片的IC卡中雖然在基板上安裝芯片的成本是另外化費(fèi)的，但是最終還是成為總成本的競爭。太陽能電池或者顯示因?yàn)槭钦w器件的功能元件，所以成為大面積電子最有力的目標(biāo)，在該領(lǐng)域中開發(fā)了各種方式，一部分已經(jīng)實(shí)用化，成本競爭仍是成敗的關(guān)鍵，期待著大面積電子要素技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)。

[1] 小林正, 小林技術(shù)事務(wù)所. 多樣化ちクプリゾト配線板つ技術(shù)動向[J]. ェレクトロクス実裝技術(shù),Vol. 28, No.3, 2012.