鄒嘉佳，趙　丹，程明生

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，合肥230031）

互聯(lián)印制板技術(shù)發(fā)展概況

鄒嘉佳，趙丹，程明生

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，合肥230031）

印制電路基板（PCB）是各種電子產(chǎn)品的主要部件，其性能在很大程度上影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。簡(jiǎn)要介紹了PCB的分類和未來(lái)需求，著重介紹了國(guó)內(nèi)外PCB的研究情況、趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)外的差異，對(duì)國(guó)內(nèi)外在PCB層間互聯(lián)、板內(nèi)互聯(lián)、互聯(lián)印制板制造工藝、互聯(lián)印制板新材料的開(kāi)發(fā)、互聯(lián)印制板的新型應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)行了分析和比較。目前國(guó)內(nèi)印制板技術(shù)無(wú)論在研究主體和技術(shù)開(kāi)發(fā)程度上均與國(guó)外有一定差距，最后根據(jù)“中國(guó)印制電路產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃方案”對(duì)國(guó)內(nèi)PCB技術(shù)的發(fā)展提出預(yù)測(cè)。

PCB；互聯(lián)基板；進(jìn)展；趨勢(shì)

1　前言

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60326和國(guó)標(biāo)GB 2036，印制電路板（PCB，Printed Ciruit Board）的定義為：按照預(yù)定設(shè)計(jì)的導(dǎo)電圖形（印制元器件或印制線路以及二者的結(jié)合），通過(guò)印刷工藝加工在有機(jī)絕緣基材表面或內(nèi)部，形成印制電路的成品板［1］。PCB是當(dāng)前各種電子產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件，可稱為“電子系統(tǒng)產(chǎn)品之母”，其性能在很大程度上影響了電子產(chǎn)品的使用性和可靠性。隨著電子設(shè)備向小型化、輕量化、高速化、高可靠、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展的趨勢(shì)，PCB的使用量和使用規(guī)模必然不斷擴(kuò)展。與其他類型的基板（共燒陶瓷基板、淀積基板）相比，PCB有其獨(dú)到之處，即具備多個(gè)相同圖形在大平板上快速制作電路的能力。這種能力不僅降低了單件制作成本，而且在需要快速躍升至大批量生產(chǎn)時(shí)具有極大的優(yōu)越性［2，3］。

PCB有多種分類方法，如按照基板剛性分類、按照基板功能分類、按照基板材料分類，其技術(shù)體系框架如圖1所示。

2　PCB的未來(lái)需求

PCB的大量使用是電子技術(shù)向高速度、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展的必然趨勢(shì)，高層、高密度、三維互聯(lián)PCB應(yīng)對(duì)該種需求而生?？纱┐麟娮釉O(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、可再生能源和汽車電子將持續(xù)驅(qū)動(dòng)未來(lái)PCB的需求。預(yù)計(jì)至2019年，PCB終端的應(yīng)用領(lǐng)域中最大份額的兩項(xiàng)，PC端的需求將保持穩(wěn)定，智能終端的需求仍然會(huì)增長(zhǎng)，但幅度略低于前幾年?？纱┐鳟a(chǎn)品用PCB需求持續(xù)增長(zhǎng)，但由于產(chǎn)品體積小、功能多，因此整體產(chǎn)量可能有限。汽車電子近兩年來(lái)一直是PCB的發(fā)展熱點(diǎn)，其表現(xiàn)也頗為可觀，尤其是無(wú)人駕駛汽車使用的導(dǎo)航雷達(dá)需要高頻PCB，電動(dòng)車（EV）、油電車（HV）、燃料電池車（FEV）等對(duì)高電流容量PCB提出明確需求。在汽車電子持續(xù)成長(zhǎng)的背景之下，未來(lái)對(duì)高頻板、厚銅板、HDI板等的需求帶動(dòng)將更為明顯［4］。

圖1　印制電路基板技術(shù)體系基本框架

3　PCB的國(guó)內(nèi)外研究情況、趨勢(shì)及差距

3.1PCB的國(guó)外研究情況及趨勢(shì)

印制電路基板研究方向如圖2所示，國(guó)外已于上世紀(jì)在印制電路基板互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造、互聯(lián)印制基板制造工藝和互聯(lián)印制基板新材料和新應(yīng)用三大研究方向展開(kāi)不同程度的研究。

圖2　印制電路基板研究方向

在層間互聯(lián)方面，1991年“表面積層式電路（Surface Laminar Circuit，SLC）”作為一種劃時(shí)代的技術(shù)成果公開(kāi)發(fā)表［5］。目前行業(yè)內(nèi)有4種積層方式：ALIVH（Any Layer Inner Via Hole，任意層內(nèi)互連孔技術(shù)），B2it（Buried Bump Interconnection Technology，預(yù)埋凸塊互連技術(shù)），F(xiàn)VSS（Free Via Stacked Up Structure，任意疊孔互連技術(shù)），NMBI（Neo-Manhattan Bump Interconnection，新型立柱凸塊互連技術(shù)），如圖3所示，分別由日本松下、日本東芝、日本揖斐電、日本North Print公司先后研發(fā)和推廣，并占據(jù)行業(yè)內(nèi)的技術(shù)巔峰［6～9］。

圖3　 PCB任意層互連技術(shù)工藝示意圖

在板內(nèi)互聯(lián)方面，PoP（Package on Package）、SoP（System on Package）、CoF（Chip on Flex）等立體組裝形式已在國(guó)外企業(yè)大量使用［10］，埋置也作為目前的焦點(diǎn)技術(shù)被廣泛研究。埋置式PCB技術(shù)是在PCB生產(chǎn)階段就把無(wú)源器件（如電阻、電容、電感）和有源元件嵌入或集成到PCB內(nèi)部［11～13］。

埋置無(wú)源器件技術(shù)（EPT）作為埋置式PCB技術(shù)的重要組成部分之一，是未來(lái)埋置技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。國(guó)外早已有研究機(jī)構(gòu)及公司著手進(jìn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、材料、工藝及可靠性的開(kāi)發(fā)與研究，部分公司已擁有自己的埋置式PCB技術(shù)專利。早期Murata、Hitach、Kyocera、TDK、NGK公司的埋置式PCB已成功埋入約20個(gè)無(wú)源器件，產(chǎn)品總厚度1.8 mm。目前國(guó)外相關(guān)科研院所及公司已開(kāi)展了大量PCB內(nèi)埋置無(wú)源器件技術(shù)的研究。以美國(guó)喬治亞州理工學(xué)院為代表的研究所、以Intel、三星公司為代表的企業(yè)界，推動(dòng)埋置無(wú)源器件技術(shù)迅猛向前發(fā)展。在此過(guò)程中各種發(fā)明專利不斷涌現(xiàn)，包括新的工藝方法、新的無(wú)源器件結(jié)構(gòu)、新的PCB結(jié)構(gòu)等［14，15］。

國(guó)外對(duì)有源元件埋置技術(shù)研究也始于1990年，技術(shù)可按有源元組件在制造過(guò)程中的埋置先后順序分為：（1）“先”埋置芯片的制造方法；（2）“中間（途）”埋置芯片的制造方法；（3）“最后”埋置芯片的制造方法。3種工藝如圖4所示?！跋取甭裰眯酒圃旃に囉蒅E、Intel、Ftaunhofer和其他公司大力開(kāi)展。“中間”埋置有源元件制造工藝由Matsusshita、Nokia、SMIT公司在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中使用。喬治亞州理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了“最后”埋置有源元件的工藝，其優(yōu)點(diǎn)明顯，目前已被大多數(shù)研制和生產(chǎn)單位所采用［16，17］。

圖4　 PCB有源元件埋置技術(shù)示意圖

互聯(lián)印制基板制造工藝方面，高速、高頻、高密度PCB制作的主要難點(diǎn)在于微小孔的制作、小孔金屬化以及精細(xì)線路的制作幾個(gè)方面。國(guó)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出了多種激光鉆孔的激光系統(tǒng)、微孔電鍍?cè)O(shè)施和配套鍍液、用于微細(xì)線路的激光直接成像技術(shù)（LDI）等，且技術(shù)均達(dá)到較成熟狀態(tài)。印制電路基板制作加工過(guò)程控制則是通過(guò)6西格瑪、Minitab軟件等成熟質(zhì)量控制手段維持在高水平［18，19］。

互聯(lián)印制基板的新材料主要表現(xiàn)在光電印制板材料上。光電印制電路板（EOPCB）利用光具有帶寬高、密度高、無(wú)電磁干擾（EMI）等顯著優(yōu)勢(shì)，正逐步用于系統(tǒng)內(nèi)互連以代替電互連。與光互連發(fā)展密切相關(guān)的光波導(dǎo)材料現(xiàn)在以波導(dǎo)聚合物較為流行。EOPCB的相關(guān)材料、制備正在美日德韓等國(guó)家開(kāi)展大力研究。IBM公司采用干模熱壓法制作光波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)光通道10～15 G/s共24路并行鏈路的240～360 G/s雙向高速互連。日本的日立化成工業(yè)株式會(huì)社、韓國(guó)、德國(guó)研究機(jī)構(gòu)也都先后在光波導(dǎo)材料領(lǐng)域開(kāi)展研究［20，21］。

互聯(lián)印制基板的新應(yīng)用領(lǐng)域包括對(duì)已有領(lǐng)域的開(kāi)拓和新領(lǐng)域的占領(lǐng)［22］。國(guó)外對(duì)微波數(shù)字復(fù)合基板替代LTCC使用在T/R組件中做了大量研究，并在最近聚焦在剛撓結(jié)合板、特種撓性板的多芯片模塊組件上。美國(guó)Telegyne電子科技公司、洛克希德·馬丁公司、JPL實(shí)驗(yàn)室等先后開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于型號(hào)產(chǎn)品的微波數(shù)字復(fù)合基T/R組件。韓國(guó)近期對(duì)用于醫(yī)療檢測(cè)傳感器、生物電探測(cè)傳感器等新興領(lǐng)域的互聯(lián)印制基板開(kāi)展了研究。

3.2PCB在國(guó)內(nèi)的研究情況及趨勢(shì)

在層間互聯(lián)方面，目前國(guó)內(nèi)互聯(lián)印制基板高密度制造工藝大多屬于“從無(wú)到有”階段，大多數(shù)印制板生產(chǎn)廠都具備簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)積層技術(shù)，形成一階、二階的產(chǎn)品量產(chǎn)能力的廠家也不在少數(shù)，但離國(guó)外成熟三階、四階高密度互聯(lián)板制造工藝還有很大距離［23］。

在板內(nèi)互聯(lián)方面，國(guó)內(nèi)關(guān)于埋置式PCB的研究主要集中在院校及研究所，但研究領(lǐng)域大部分集中在LTCC基板上埋置無(wú)源器件技術(shù)，如電子科技大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)等。印制電路基板內(nèi)埋置無(wú)源器件研究，國(guó)內(nèi)正處于起步階段，相關(guān)報(bào)道較少，特別是根據(jù)系統(tǒng)級(jí)封裝思想基于樹(shù)脂系基板的埋置式PCB技術(shù)，尚沒(méi)有現(xiàn)行PCB制造工藝與其完全兼容。有源元件埋置技術(shù)更是剛剛起步［24］。

互聯(lián)印制基板制造工藝方面，國(guó)內(nèi)印制板加工均采用國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，在設(shè)備精度、產(chǎn)品精度、工藝管控方面仍與國(guó)外企業(yè)有較大差距。國(guó)內(nèi)單位的微波數(shù)字復(fù)合基板制造工藝較為成熟，但應(yīng)用于T/R組件和大陣面天線的研究仍處于初級(jí)階段。

互聯(lián)印制基板新材料方面，國(guó)內(nèi)對(duì)光電印制板的研究處于探索狀態(tài)。

3.3PCB國(guó)內(nèi)外研究差異

從上述分析中得知，PCB技術(shù)研究的國(guó)內(nèi)外差異主要如表1所示。

表1　印制電路基板國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平差異

4　　中國(guó)PCB的發(fā)展趨勢(shì)

2015年9月初中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì)（CPCA）公布了《中國(guó)印制電路產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃方案（2016～2018年）（摘要）》，即PCB行業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖。此“路線圖”性質(zhì)的文件，對(duì)未來(lái)三年我國(guó)PCB行業(yè)在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、技術(shù)創(chuàng)新方面提出了方向性的建議、規(guī)劃和預(yù)測(cè)。其中在技術(shù)發(fā)展方面重點(diǎn)提出8點(diǎn)［25］：

（1）繼續(xù)加大在開(kāi)發(fā)適用于下一代通信的大容量高速高頻多層板的力度；

（2）重點(diǎn)支持埋置元器件、任意層互連HDI板、撓性FPC板開(kāi)發(fā)，滿足高端便攜電子產(chǎn)品的發(fā)展需求；

（3）繼續(xù)加強(qiáng)高頻率PCB產(chǎn)品和大功率厚銅PCB產(chǎn)品研發(fā)，為未來(lái)汽車電子行業(yè)的發(fā)展提供支撐；

（4）持續(xù)發(fā)展高密度多層封裝載板技術(shù)，提升我國(guó)集成電路及電子封裝領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力；

（5）重點(diǎn)加強(qiáng)剛撓結(jié)合板開(kāi)發(fā)，為國(guó)防信息化、醫(yī)療國(guó)產(chǎn)化、工業(yè)智能化的行業(yè)發(fā)展提供配套支撐；

（6）加強(qiáng)高導(dǎo)熱金屬PCB板的研發(fā)，提升我國(guó)新能源、高端電源及汽車電子系統(tǒng)及無(wú)線通訊系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力；

（7）重點(diǎn)支持中國(guó)PCB企業(yè)按照工業(yè)4.0模式，進(jìn)行智能工廠和智能生產(chǎn)的改造升級(jí)；

（8）突破PCB生產(chǎn)關(guān)鍵裝備和材料的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，提升PCB生產(chǎn)設(shè)備和原輔材料的配套能力。

綜上所述，我國(guó)的PCB技術(shù)與國(guó)外尚有差距，但行業(yè)內(nèi)已經(jīng)意識(shí)到問(wèn)題所在，并在關(guān)鍵研究方向上努力向國(guó)外先進(jìn)領(lǐng)域靠攏和追趕。相信在路線圖的指導(dǎo)下，我國(guó)的PCB技術(shù)必將得到更快更有針對(duì)性的發(fā)展。

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Overview of Development of Interconnected PCB

ZOU Jiajia，ZHAO Dan，CHENG Mingsheng

（China Electronics Technology Group Corporation No.38 Research Institute，Hefei 230031，China）

Printed Circuit Board（PCB）is an essential part of electronics，the properties of which greatly influence reliability.The paper briefly summarizes the category and requirement of military equipment of PCB.The current situations of global and domestic PCB research condition and trend have been discussed. The forecast of PCB technology in China has been introduced.

PCB；interconnect laminate；progress；trend

TN305.94

A

1681-1070（2016）10-0001-05

2016-5-19

鄒嘉佳（1984—），女，山東濟(jì)南人，畢業(yè)于四川大學(xué)，博士，工程師，現(xiàn)就職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，主要從事基板材料和工藝的研究。