蔡積慶 譯

（江蘇 南京 210018）

1 前言

電子設備的ICT和IT化潮流，正在滲透到從社會投資結構直至個人生活的廣泛領域中，其性能日益進步。支持ICT和IT的高度化是對電子設備高度化的貢獻。

電子設備是以LSI為中心連接許多電子元件而制造的。這些電子元件實現(xiàn)了以LSI為中心的高密度化，連接這些電子元件的是PCB。電子設備中沒有PCB的設備是沒有的，PCB的高度化支持著電子設備的高度化潮流。本文就最近的PCB技術動向加以介紹。

2 印制板（PCB）

構成PCB的材料是由導體和絕緣體組成的單純板，這種板有剛性板和撓性板之分，根據(jù)設備靈活運用。為了電氣上的超高速信號傳輸，要求高度的特殊絕緣材料。由于電子元件的小型化和高集成化而要求高精度的高密度微細線路，由于無鉛化而提高了焊接溫度，由于高功率元件而需要耐熱性和散熱性。這些特性要求還造成了材料選擇和工藝構筑上的矛盾，雖然實現(xiàn)這些特性要求存在很大的困難，但是由于廣大技術人員的智慧，還是實現(xiàn)了滿足特性要求的PCB。

3 高密度化傾向

安裝的元件對PCB影響很大，而LSI的變化對PCB的影響更大。表1表示了ITRS2010版（2011版未發(fā)表）的半導體芯片的路線圖和及其產(chǎn)生的PCB的變化。到PCB上的時鐘頻率在2016年假定為46.1 GHz。芯片上的晶體管搭載數(shù)飛躍的增加，I/O數(shù)雖有增加，但是芯片尺寸幾乎沒有變化，因此I/O的密度將會增大而要求微細線路化。

半導體芯片的這些動向?qū)绊懙絇CB的封裝基板和母版的布線規(guī)則。如表1所示，各方面都在致力于微信線路化。

表2表示了PCB的布線規(guī)則的變化，希望導通孔徑和導通孔焊盤更小一些。

表1 ITRS2010版中半導體和PCB的動向

表2 PCB布線規(guī)的變化

最近的功率系PCB中希望高電壓和大電流的模組，這種PCB需要特別的考慮，功率系PCB上組裝了高速控制系統(tǒng)，因此也日益需要微細線路的PCB。

4 PCB的電氣特性

PCB要求電氣特性，機械特性，化學特性和安裝性等諸多特性，其中電氣特性至關重要。PCB上傳輸?shù)男盘栔鸩礁哳l化，已達十幾GHz級，尤其矩形波脈沖，因為是由數(shù)倍以上的高諧波構成，因此必須忠實地傳輸這種頻率。下面介紹所要求的各種電氣特性。

4.1 特性阻抗

特性阻抗式（1）表示。

式中，R——電阻，

G——電導，

L——電感，

C——電容，

W——2πf。

高速傳輸中特性阻抗的整合及其精度至關重要。

4.2 趨膚效應

如果信號變成高頻，那么信號電流主要流過導體的表面。表3表示頻率與厚度（d）的函數(shù)關系，以下式（2）表示。

式中，d——趨膚效應的厚度，

D——導電率，

M——導磁率。

考慮到趨膚效應的導體損失式（3）表示，b為常數(shù)。

信號的傳輸速度依存于基板材料，傳輸速度（V）與介質(zhì)損失（ad）的關系式（4）表示。由此可見低介質(zhì)常數(shù)和低介質(zhì)損失角正切的材料至關重要。

這些特性都必須與機械特性和安裝特性相整合，為了實現(xiàn)PCB的這些特性，絕緣材料的改善和高度的生產(chǎn)技術是必不可少的。

表3 信號頻率與導體厚度

5 PCB的構造及其工藝

為了實現(xiàn)PCB的高密度化和高度的特性，現(xiàn)在的PCB大多數(shù)是多層板。多層板的制造工藝以長時間的貫通孔電鍍法為主流，即使現(xiàn)在，也是使用廣泛的工藝。

然而以進一步高密度化為目標，從1991年致力于積層多層板的開發(fā)，現(xiàn)在積層板已經(jīng)廣泛普及。

5.1 基本的積層板

圖1表示了最基本的積層板的構造。圖2表示了積層板的制造工藝。大多數(shù)工藝與貫通孔電鍍工藝同等，但是絕緣材料和微細孔加工的孔加工法有所不同。

圖1 基本的積層構造的PCB

圖2 基本的積層板的制造工藝

這種基本的構造使用芯板作為積層層的支持體。因為這種芯板的厚度大而劣化傳輸特性，因此越來越需要無芯（Core Less）基板。

5.2 無芯積層板

無芯積層板的特征在于可以制造省略芯層的薄型積層板。由于電源和地線層上的信號可以最短距離的直接連接，所以它具有大幅度提高電氣特性的優(yōu)點。貢獻高性能化的同時，由于層數(shù)減少而可以降低成本。但是由于發(fā)生翹曲的問題，所以必須確保剛性和改善封裝組裝工程，以便適合于高端芯片。

為了制造無芯積層板，需要增強機械強度小的積層層材料?，F(xiàn)在已經(jīng)提出了下面的若干方法。

5.2.1 使用薄樣紙覆銅箔板的積層板

圖3表示了使用薄樣紙（日本的一種高級薄紙）覆銅箔板的積層板。厚度0.1 mm左右的薄樣紙覆銅箔板用作芯板，在它的兩面使用薄樣紙半固化片和銅箔，積層層壓粘結，激光鉆孔和圖2所示的其它工藝制造成無芯積層板。由于它含有玻璃布，因此可以保持積層板本身的強度。但是由于需要蝕刻銅箔，在微細線路制造中存在著高精度方面的限制。

圖3 使用薄樣紙覆銅箔板的積層板

5.2.2 使用薄膜狀積層材料的積層板

為了制造商驚喜圖形而使用薄膜狀的積層用絕緣材料。因為這種材料薄、機械強度小，所以難以處理。圖4表示無芯積層板例，圖4（a）表示無芯積層板的截面，圖4（b）表示無芯積層板的制造工藝概要。主要工藝與基本的積層板工藝基本相同，制造過程中需要支持體，完成以后把支持體分離。使用時也需要增強板等。

圖4 無芯積層板制造例

5.2.3 使用ABF絕緣樹脂的無芯積層板

日本新光電氣工業(yè)（株）正在強化對電氣性能提高或者封裝的薄型化作出貢獻的無芯積層板。

該公司的基板材料使用ABF絕緣樹脂，構造全積層層（All Build-up Layer）?，F(xiàn)在接受訂貨的最大層數(shù)達到10～12層，以5～6層板為主流。其它還有使用加入玻璃布的FR-4等絕緣材料生產(chǎn)的無芯層板。今后的目標是開發(fā)降低熱膨脹系數(shù)（CTE）的產(chǎn)品。還提出了導通孔徑從現(xiàn)在的70～80mm縮小到50mm的開發(fā)方案。

其它還開發(fā)了以導電膠代替鍍層進行導通孔鏈接的積層板的許多方法，已經(jīng)實用化。

6 積層法中的開發(fā)技術

6.1 全板電鍍法和圖形電鍍法、半加成法

多層板制造工藝中的Z方向鏈接和外層圖形形成法是全板電鍍法和圖形電鍍法。由于全板電鍍法的工程合理化而廣泛普及。但是需要高精細圖形的PCB中，正在使用使銅箔減薄的圖形電鍍法。圖5表示全板電鍍法和圖形電鍍法的比較。圖形電鍍法的高精度取決于耐鍍層的精度和蝕刻植晶層所產(chǎn)生的圖形精度。在圖形電鍍法中不使用銅箔的是半加成法（SAP），安裝半導體芯片的封裝基板大多數(shù)采用半加成法。還有使用與樹脂基板容易粘結的2 mm左右的極薄銅箔，這種方法稱為MSAP（改良半加成工藝），實際上是使用銅箔的圖形電鍍法。這種圖形電鍍法的半加成法中要求植晶層沒有側蝕的高精度蝕刻。

圖5 全板電鍍法和圖形電鍍法的比較

6.2 鍍層填充導通孔法

多層板中需要許多的層間連接，即使在積層法中也要求許多的層間連接。圖6表示了多疊層連接的方法。圖6（a）表示的傳統(tǒng)敷形（Conformal）的導通孔電鍍中采用交錯式連接。圖6（b）表示了導通孔內(nèi)填充鍍層，再在其上方堆疊連接的方法，希望線路的高密度化和電氣特性的改善。已經(jīng)進行了最佳電鍍液的添加劑開發(fā)，并且已經(jīng)實用化，添加劑的穩(wěn)定控制對于導通孔填充電鍍至關重要。由于填充導通孔的普及，使得微細線路的形成成為可能，如圖7所示。

圖6 多疊層連接的方法

圖7 利用積層法的高密度安裝例

6.3 利用平滑面的粘結

絕緣基板上的導體由于信號的高頻化而使趨膚效應越發(fā)顯著，因此利用平滑面的粘結對于特性提高至關重要。

6.3.1 導體（銅箔）上的樹脂粘結

覆銅箔板是熔融的樹脂粘結在導體銅箔上而形成的。即使在多層板的內(nèi)層中也是熔融的樹脂粘結在導體銅的圖形上而形成的。為了提高樹脂與導體銅的粘結力，都要進行導體表面的粗化。然而由于信號的高速化和高頻化而要求平滑面的粘結，因此要去開發(fā)低粗面化的處理法或者平滑面的處理法，以便提高信號傳輸性能。

6.3.2 樹脂面上化學鍍銅層的析出

平滑的樹脂表面上難以析出附著性良好的化學鍍銅層。為此下面介紹了旨在改善樹脂面上化學鍍銅層析出的開發(fā)事例。

（1）采用紫外線或者臭氧等改質(zhì)樹脂表面。

（2）利用聚酰亞胺的化學活性基的生成以提高鍍層附著性的方法。

利用聚酰亞胺的改質(zhì)的化學鍍法

（3）在樹脂內(nèi)分散納米粒子，再使粒子溶解而形成微細凹凸的方法。

（4）采用具有金屬俘獲層的等離子體進行處理（微粒子界面）的方法。

（5）采用卟啉（Porphyin）骨格涂覆與鍍層具有親和性的涂層的方法。

（6）在樹脂表面上形成加入填料的聚酰亞胺的膜以便提高親和性的方法。

（7）樹脂表面上形成薄膜的活性基以便獲得與化學鍍銅層的親和性的方法。

（8）利用含有S、N的分子簡介合劑處理以提高鍍層附著性的方法。

上述的開發(fā)事例已有一部分應用于產(chǎn)品中，今后的目標是致力于大規(guī)模的實用化。

6.3.3 開纖玻璃布與適應激光的玻璃布的開發(fā)

雖然這種處理從十幾年前就已經(jīng)實用化，但是由于日本采用獨特的處理方法，提高了玻璃纖維與樹脂的附著性，大幅度改善了鉆孔加工性和絕緣性。尤其是在使用覆銅箔板的積層法的普及中，開發(fā)了要求玻璃纖維均勻分布且適應激光加工性的極薄開纖玻璃布。

7 結語

上面以積成法為中心概述了PCB的最近技術動向。技術開發(fā)中最重要的是要制造出適合用戶需要的具有充分可靠性的產(chǎn)品。因此可靠性的技術開發(fā)非常重要，對于企業(yè)來說，確?？煽啃缘闹圃祗w制也是重要的。

[1]高木. よくゎかゐプリソト配線板のできゐまで,日刊工業(yè)新聞社.2011,P54.

[2]高木. よくゎかゐプリソト配線板のできゐまで,日刊工業(yè)新聞社.2011,P222

[3]高木. よくゎかゐプリソト配線板のできゐまで,日刊工業(yè)新聞社.2011,P243.

[4]高木. よくゎかゐプリソト配線板のできゐまで,日刊工業(yè)新聞社.2011,P238.

[5]高木. よくゎかゐプリソト配線板のできゐまで,日刊工業(yè)新聞社.2011,P240.

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