龔永林

本刊主編

2020年是極不尋常的一年，全球經(jīng)濟(jì)大滑坡，究其原因除了有前幾年金融危機(jī)的余波和中美貿(mào)易的摩擦，更嚴(yán)重的是新冠病毒（COVID-19）疫情蔓延全球。在此大環(huán)境下，電子電路產(chǎn)業(yè)同樣遭受波折，然而技術(shù)的進(jìn)步是不會(huì)停止的。電子設(shè)備的需求就是電子電路技術(shù)發(fā)展的方向，5G的廣泛應(yīng)用、微型化、半導(dǎo)體封裝密度與功能的增加、電路幾何尺寸的減小和更高的密度、更高的傳輸頻率與速度等因素，都是電子電路技術(shù)進(jìn)步地目標(biāo)，以下僅憑個(gè)人之見整理一些這一年的技術(shù)熱點(diǎn)。

1 符合5G應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)

1.1 電路信號(hào)完整性

對(duì)于5G 移動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)用的印制電路板（PCB）性能，特別強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)完整性（SI）。信號(hào)完整性是指信號(hào)在傳輸路徑上的質(zhì)量，影響信號(hào)完整有多項(xiàng)因素，首先從電路設(shè)計(jì)考慮。

1.1.1 線路的布局與結(jié)構(gòu)

導(dǎo)線之間的電信號(hào)互相干擾稱為串?dāng)_，這是一種特別難以預(yù)測(cè)和控制的現(xiàn)象，當(dāng)PCB上的兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)以電磁方式相互耦合時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況。當(dāng)一個(gè)信號(hào)在PCB中一條線路上被驅(qū)動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致一個(gè)意想不到的信號(hào)干擾附近的線路，包括兩旁和上下相鄰的導(dǎo)線[1]。最常見的減少串?dāng)_設(shè)計(jì)規(guī)則是加大相鄰導(dǎo)線之間間距；減少平行線長(zhǎng)度；采用低介電常數(shù)（Dk）的基材，Dk與電容性串?dāng)_基本呈線性關(guān)系；還有介質(zhì)層厚度、導(dǎo)線寬度與厚度等。

PCB中有眾多的導(dǎo)通孔，也會(huì)引起對(duì)信號(hào)干擾。其中有貫通孔、盲孔、埋孔、背鉆孔，以及不同孔徑、不同填塞介質(zhì)、不同交叉或堆疊排列，會(huì)引起程度不同信號(hào)干擾。關(guān)于導(dǎo)通孔的設(shè)計(jì)必須記住五點(diǎn)[2]：遵守IPC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，包括孔徑公差和孔壁銅厚等；增加孔的直徑，有適當(dāng)?shù)暮駨奖龋ˋR）；保持應(yīng)有連接盤環(huán)寬；盡量不使用堆疊的導(dǎo)通孔，應(yīng)該交錯(cuò)排列；僅在必須時(shí)在埋孔頂部使用堆疊的導(dǎo)通孔。

PCB中導(dǎo)通孔（Via）在高速數(shù)據(jù)速率下不僅僅導(dǎo)通，還會(huì)影響其它電性能。當(dāng)信號(hào)傳輸只通過導(dǎo)通孔長(zhǎng)度的一部分時(shí)，一些電容會(huì)掛在信號(hào)線上，產(chǎn)生不需要的諧振和過度衰減，信號(hào)退化會(huì)導(dǎo)致故障。導(dǎo)通孔產(chǎn)生信號(hào)衰減的大小取決于孔徑有多大和連接線路有多長(zhǎng)，多層板中導(dǎo)通孔有不需要導(dǎo)通部分存在，這時(shí)應(yīng)將背鉆孔去除，否則會(huì)引起損耗；采取盲孔形式可減少孔內(nèi)殘余導(dǎo)體。PCB設(shè)計(jì)者對(duì)孔也需要精心構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。

1.1.2 互連阻抗

高速PCB設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的因素是互連的阻抗，阻抗是用于解決信號(hào)完整性問題的核心。阻抗匹配時(shí)信號(hào)功率最大，如果阻抗不匹配，則信號(hào)將失真。高速電路的多層PCB都有需阻抗控制線路，達(dá)到阻抗控制首先有良好的設(shè)計(jì)，考慮到傳輸線的位置結(jié)構(gòu)、線路寬度、介質(zhì)層厚度，以及選擇合適的基材、銅箔等因素。

影響多層PCB的傳輸線阻抗的三個(gè)主要因素：線路寬度、介電厚度和介電常數(shù)，其次銅厚度和不同間距。這五個(gè)變量中的任何一個(gè)微小變化都會(huì)改變微帶線互連的局部阻抗。為使多層板的阻抗穩(wěn)定，還得考慮基材內(nèi)玻璃布編織密度和經(jīng)緯線均勻性，細(xì)微的差異都會(huì)導(dǎo)致阻抗誤差。

為了控制PCB高速信號(hào)互連的阻抗，首先設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)特定線路的阻抗；PCB制作完成，需要對(duì)傳輸線進(jìn)行測(cè)量以確定實(shí)際阻抗。測(cè)量PCB線路阻抗最常用的方法是使用時(shí)間域反射儀（TDR），另一種更精確的方法是使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）[3]。然而，時(shí)間域反射儀（TDR）是PCB制造業(yè)中事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)阻抗測(cè)量?jī)x器。PCB制造商為了控制這些特性以保持恒定的阻抗，應(yīng)該在PCB的外緣設(shè)置阻抗測(cè)試片，使用TDR預(yù)測(cè)阻抗匹配性。

1.1.3 基材的選擇

高頻應(yīng)用中的插入損耗由四個(gè)部分組成：導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗、泄漏損耗和輻射損耗。導(dǎo)體損耗與電路導(dǎo)體有關(guān)，主要關(guān)注的是基板銅界面的表面粗糙度；介質(zhì)損耗主要與電路材料的Df損耗系數(shù)有關(guān)；泄漏損耗是與介質(zhì)材料的體積電阻率有關(guān)，通常高頻電路材料的體積電阻率非常高，泄漏損耗不受關(guān)注；輻射損耗，也就是從電路中輻射出去的損耗，而介電常數(shù)（Dk）較高的材料則會(huì)輻射損耗較少，使用高Dk材料的電路的輻射少于使用Dk的電路[4]。因此不同高頻應(yīng)用需要具有不同Dk值的材料。（Df）損耗系數(shù)值和Dk值之間有著明顯的關(guān)系，對(duì)100多種層壓板進(jìn)行測(cè)試，按照高損耗、標(biāo)準(zhǔn)損耗、中損耗、低損耗、超低損耗列出了對(duì)應(yīng)的Df值和Dk值圖（圖1）。應(yīng)該說Dk是相對(duì)的，用戶應(yīng)以使用頻率下實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)。

圖1 Df值和Dk值關(guān)系

高功率射頻（RF）應(yīng)用的PCB還面臨熱管理的問題，熱量的產(chǎn)生來(lái)自損耗熱和頻率熱，即施加高功率射頻的電路中存在插入損耗會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱量，損耗越大產(chǎn)生熱量也越多；當(dāng)頻率增加時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生熱量更多；隨著頻率的增加Df也變大，對(duì)導(dǎo)體趨膚性更大，導(dǎo)致?lián)p耗加大而熱量增加。因此，在選擇用于高功率射頻應(yīng)用的高頻材料時(shí)，材料應(yīng)具有低TCDf和低TCDf（Dk和Df的熱變系數(shù)）、高導(dǎo)熱性基材，及相對(duì)光滑的銅箔。

確保材料特性符合特定的PCB要求和最終應(yīng)用，有很多因素要考慮，如適合高速PCB材料的電性能、成本和可制造性。電性能是高速應(yīng)用的首要考慮因素，所用絕緣介質(zhì)材料的各種特性包括Tg（耐溫值）、Td（分解溫度）、Dk（介電常數(shù)）、Df（損耗系數(shù)）、CTE（熱膨脹系數(shù)）、Tc（熱導(dǎo)率）等，也要符合RoHS。高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要評(píng)估基材，需要了解基材的樹脂、增強(qiáng)物、填充物和銅箔類型，工作頻率下的信號(hào)損耗是多少，甚至玻璃布類型與編織效果等，以及涉及到具體的性能變化和制造成本。

1.1.4 表面涂飾層選擇

隨著信號(hào)的傳輸速度、頻率更高，PCB的導(dǎo)體也有插入損耗。直接影響導(dǎo)體插入損耗的因素除了導(dǎo)體銅面粗糙度外，還有所用最終表面涂層的性質(zhì)。若最終表面涂層中有鎳，由于鎳的磁性和相對(duì)較低的導(dǎo)電性，會(huì)助長(zhǎng)趨膚效應(yīng)，不利于高頻電路[5]。鎳不適合用于5G、射頻和微波，應(yīng)消除鎳阻擋層?？蛇x用的有耐高溫有機(jī)可焊防氧化劑（OSP）、浸銀（ImAg）和浸錫（ImSn），浸銀的損耗最??；還有替代品包括直接浸金（DIG）、化學(xué)鍍鈀浸金（EPIG）、化學(xué)鍍鈀自催化金（EPAG）或化學(xué)金鈀金（IGEPIG）涂層。這些替代品消除了化學(xué)鍍鎳（EN）層，使其非常適合高頻電路應(yīng)用，如（IGEPIG）顯示出比普通鎳鈀金（ENEPIG）更好的引線連接可靠性；同時(shí)無(wú)鎳涂層也可以使線條之間的間距增大，適合于精細(xì)線路，也適合彎曲應(yīng)用。

1.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

PCB上有很多東西可以通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)優(yōu)化特別體現(xiàn)在成本效益方面。首先是板尺寸和材料規(guī)格與利用率，以及層數(shù)和板厚度，這些決定了主要材料的成本；另外重要的因素是最小導(dǎo)體寬度和間距、最小孔尺寸和厚徑比、孔與連接盤環(huán)寬，以及受控阻抗特征、阻焊圖形和最終涂飾層等，影響到加工成本和成品率。做到設(shè)計(jì)優(yōu)化最重要一點(diǎn)是與PCB制造者交談，同時(shí)也不要忘記裝配工程師，了解他們的工藝，把完美的可制造設(shè)計(jì)文件交給他們，就會(huì)順利完成產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)雖是技術(shù)，也包含有經(jīng)濟(jì)學(xué)，希望PCB設(shè)計(jì)師們關(guān)注項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本，目的是提高盈利能力設(shè)計(jì)（DFP），一般認(rèn)為高達(dá)80%的印制電路板成本是由設(shè)計(jì)決定的。要更多地從可制造性設(shè)計(jì)的角度考慮，如果PCB是容易生產(chǎn)的，有高可靠性和高合格率，它將使我們的利潤(rùn)最大化。PCB設(shè)計(jì)到制造材料總是很重要的，尤其是復(fù)雜的高性能PCB對(duì)基材要求更重要，基材的選擇包含許多方面，由PCB的用途確定需要的電氣性能、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度等，以及對(duì)PCB加工條件的適應(yīng)性；基材選擇原則是適合的，而不是性能最高的，為獲取最大利潤(rùn)應(yīng)減少材料成本。

2 高速PCB用新材料不斷推出

5G基站的核心配件PCB材料需要有更好的耐化學(xué)性、耐熱性和熱穩(wěn)定性，更重要的是必須有低Dk和低Df，以確保信號(hào)完整性；當(dāng)然也兼顧基材的加工特點(diǎn)和成本。開發(fā)具有極低損耗樹脂系統(tǒng)、低Dk和Df玻璃纖維織物、極低粗糙度銅箔，以及提高熱可靠性和耐導(dǎo)電陽(yáng)絲（CAF）性的層壓板，可能的解決辦法是使用無(wú)紡布玻璃增強(qiáng)材料，使用無(wú)增強(qiáng)樹脂薄膜、無(wú)鹵阻燃劑等。在28 GHz下，使用銅箔的粗糙度從2 μm減至1 μm會(huì)使損耗改善10%。對(duì)于可穿戴、可伸縮電路和撓性電路越來(lái)越多地使用薄銅、薄絕緣介質(zhì)和無(wú)粘合劑材料。對(duì)于基材Df在10 GHz條件下，有一般的0.02到超低的0.001可區(qū)分多個(gè)等級(jí)，按照PCB所用頻率而選擇低Df基材。

目前5G用PCB的絕緣層樹脂材料，以聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯醚（PPE）、碳?xì)渚酆衔锖鸵壕Ь酆衔铮↙CP）為主，其中以聚四氟乙烯（PTFE）和液晶聚合物（LCP）有最低信號(hào)傳送損失特性，在10 GHz時(shí)Df分別為：0.0011和0.0016，可應(yīng)用在車載和毫米波基板上。而PPE和碳?xì)渚酆衔锵到y(tǒng)也具備低損失特性，在10 GHz時(shí)Df可達(dá)0.002，具有好的加工性而應(yīng)用在5G用多層PCB中。另外還有聚醚醚酮（PEEK）樹脂、改性環(huán)氧樹脂、改性聚酰亞胺樹脂等應(yīng)用。這些樹脂材料通常再加上玻璃布類增強(qiáng)物和陶瓷類無(wú)機(jī)填充物，成為有良好機(jī)械性、電氣性及可加工性的基材。

基材制造商們通過對(duì)樹脂、增強(qiáng)物和填充物的成分與配比變換，不斷地推出新產(chǎn)品。液晶聚合物（LCP）的Df是0.002，然而LCP成本高，還有加工性上的課題，因此有對(duì)LCP基板改進(jìn)。通過將LCP組成優(yōu)化，在LCP薄膜與銅箔之間不需黏合劑，就能達(dá)到與銅箔的高度粘合，抑制電氣特性的降低。得到LCP撓性基板的Dk為3.36、Df為0.002；而LCP的剛性基板Dk為3.02、Df為0.0017[6]。高速傳輸應(yīng)用的撓性電路板（FPCB）撓性電路板基材，除了LCP外還可以使用改性聚酰亞胺（mPI），通過將mPI和低介電性膠粘劑相結(jié)合，成功地實(shí)現(xiàn)了與LCP 基材相似的傳輸性能，并在柔韌性和成本方面有優(yōu)勢(shì)[7]。住友電氣實(shí)現(xiàn)了柔性氟樹脂基FPCB的大規(guī)模生產(chǎn)，氟樹脂基材的FPCB有很好的柔軟性和在毫米波波段較低的傳輸損耗；與已用于高頻電路的LCP相比，氟樹脂具有更低Dk和Df的特點(diǎn)，因此可以進(jìn)一步降低傳輸損耗（在40 GHz頻段約為40%），頻率越高特征越明顯[8]。氟樹脂作為一種在高頻段具有優(yōu)異特性的電路材料受到了廣泛的關(guān)注。東麗公司開發(fā)出適用于5G用電路基板的聚苯硫醚（PPS）薄膜，介質(zhì)耗損同樣是0.002，計(jì)劃形成量產(chǎn)[9]。用于高頻電路的低損耗材料，LCP薄膜在撓性電路行業(yè)處于領(lǐng)先地位；新的低損耗材料，如低損耗聚酰亞胺薄膜、含氟聚合物樹脂和聚醚醚酮（PEEK）樹脂正在發(fā)展。

傳統(tǒng)的馬來(lái)酰亞胺樹脂（BMI）具有高耐熱和良好的絕緣性，但因其具有較高損耗系數(shù)，Df（10 GHz）＞0.005，不適合用在5G用PCB中。有推出新型低Df的BMI，達(dá)到Df（10 GHz）趨近0.003、Dk2.82，有潛力作為5G用FPCB基材。正在開發(fā)中的BMI樹脂，具有更低的Df（10 GHz）0.002，Dk2.66[6]，未來(lái)有機(jī)會(huì)進(jìn)入更高頻5G用PCB市場(chǎng)中。另有一種兼具高耐熱性與低介電特性的新一代順丁烯二酰亞胺（Maleimide）樹脂產(chǎn)品，在10 GHz時(shí)的Df低于0.002，Dk2.65，將可望應(yīng)用于5G移動(dòng)裝置、基地臺(tái)、服務(wù)器等用途之基板材料[10]。

除了樹脂改進(jìn)外，增強(qiáng)物玻璃布也有改進(jìn)。如適為用于5G印制電路板基材而推出一種石英玻璃布，是利用線狀的石英玻璃紗編織而成，Df在0.001以下，采用光纖加工技術(shù)制作出的石英玻璃布的厚度可以薄至10 μm等級(jí)，可更進(jìn)一步降低傳輸損失，并提高尺寸穩(wěn)定性[9]。三井金屬旗下?lián)碛懈接休d體銅箔之超薄銅箔系列制品，厚度為1.5～5 μm，適用于微細(xì)電路形成，且將超薄銅箔端的粗糙度降低至1/3，將可望進(jìn)一步降低傳輸損失。

3 新一代工藝技術(shù)動(dòng)向

3.1 半加成法（SAP）成為高密度板的主流

由于電子設(shè)備小型化和高效互連解決方案的需求，高端智能手機(jī)、智能消費(fèi)電子和可穿戴設(shè)備中越來(lái)越多地采用高密度PCB（HDI板）和類似封裝載板的更高密度PCB（類載板：SLP）。越來(lái)越多的人將注意力放在減小電子封裝的尺寸、降低功耗和增強(qiáng)功能上，這對(duì)傳統(tǒng)的PCB是做不到的，這就推動(dòng)著類載板（SLP）市場(chǎng)的需求。預(yù)測(cè)在2020～2025年間HDI板的復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為6%，而其中SLP約12%。

HDI板的線寬/線距在50 μm以下，包括SLP的線寬/線距在30 μm以下，傳統(tǒng)的減法工藝是做不到的，目前已普遍采用半加成法（SAP）或改進(jìn)型半加成法（mSAP）。如今又有A-SAP工藝應(yīng)用。Averatek公司的 A-SAP?工藝為半加成法制造高密度PCB，其在基材表面涂覆導(dǎo)電催化層，經(jīng)激光成像和鍍銅得到導(dǎo)電線路，適用于剛性與撓性PCB，實(shí)現(xiàn)15 μm及更小線寬/線距。這項(xiàng)技術(shù)解決了航空航天、國(guó)防、醫(yī)療PCB幾乎所有涉及尺寸、重量、可靠性或成本的問題，A-SAP?工藝為PCB提供解決方案得到了美國(guó)軍方表彰。

mSAP與SAP技術(shù)被用于美國(guó)軍事裝備PCB制造，美國(guó)國(guó)防部所屬的工廠有個(gè)PCB項(xiàng)目[11]，分為四個(gè)階段，第一階段是采用SAP制作25 μm線路多層板，第二階段是采用SAP制作12 μm線路多層板，第三階段是制作埋置芯片（SiP）的20 μm線路多層板，第四階段是制作埋置芯片（SiP）的5 μm線路多層板。第一階段已完成應(yīng)用，第二階段進(jìn)入試用，后兩階段在試驗(yàn)中。

mSAP與SAP也被廣泛用于封裝載板。封裝載板的HDI結(jié)構(gòu)有6-4-6，其10～12 μm線寬/間距和50微米導(dǎo)通孔，到2021年預(yù)測(cè)11-2-11結(jié)構(gòu)（具有5～8 μm線寬/間距）和23～50 μm導(dǎo)通孔。下一代積層介質(zhì)是一種7 μm的薄膜（ABF），它為再分配層、中間層和扇出封裝提供了另一種選擇。2 μm的線寬/間距能力，與紫外線激光產(chǎn)生5 μm導(dǎo)通孔[12]。

SAP和mSAP制程中，精細(xì)線路的形成關(guān)鍵在圖形轉(zhuǎn)移和蝕刻，圖形轉(zhuǎn)移是采用直接成像薄型光致抗蝕干膜，以及激光直接成像（LDI），達(dá)到高分辨率；蝕刻銅是屬快速閃蝕，目標(biāo)是被蝕刻線條側(cè)壁垂直。有一種直接成像（DI）系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)使用18個(gè)激光二極管源，用于PCB的干膜圖形和阻焊膜成像，實(shí)現(xiàn)了8 μm線條和12 μm間距的分辨率，滿足IC基板和mSAP工藝生產(chǎn)的嚴(yán)格要求。有一種高性能的閃蝕劑，具有各向異性蝕刻性能，用于IC基板和基板類HDI制造的SAP/mSAP中的最終電路形成。這種蝕刻劑具有可預(yù)測(cè)的蝕刻速率，提供一個(gè)極其穩(wěn)定的過程，精確地獲得具有最佳幾何結(jié)構(gòu)、零咬邊和垂直側(cè)壁的線條，以達(dá)到優(yōu)異的電氣性能。

3.2 直接金屬化技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)大

PCB制造有更多地接受直接金屬化工藝的趨勢(shì)。傳統(tǒng)化學(xué)鍍銅是一種電鍍工藝，會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)在非金屬物體上形成金屬沉積物。而直接金屬化機(jī)理是一種涂層工藝，不是像化學(xué)鍍銅那樣的氧化還原工藝，因此對(duì)不同介質(zhì)材料的表面能不太敏感，導(dǎo)電種子層能很容易地粘附在各種層壓基材和材料上，包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚苯醚、陶瓷填充材料、無(wú)鹵材料和許多其他材料。并且直接金屬化工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，使用更少的水電，產(chǎn)生更少的廢物處理成本，占用更少的空間場(chǎng)地，以及減少操作員。若同樣的產(chǎn)量，直接金屬化生產(chǎn)線的成本約為化學(xué)鍍銅生產(chǎn)線成本的50%。目前在全世界有成百上千條批量化生產(chǎn)的碳基直接金屬化生產(chǎn)線,僅MacDermid公司目前在全球提供了600多條直接金屬化生產(chǎn)線[13]。

直接金屬化導(dǎo)電種子層有碳基黑孔（Blackhole）和陰影（Shadow）、導(dǎo)電聚合物（Conductive polymers）等可選擇。碳基或稱黑孔直接金屬化工藝已有35年歷史，是在不斷改進(jìn)提高適應(yīng)PCB要求。目前，碳基直接金屬化系統(tǒng)的化學(xué)溶液和設(shè)備配置都有改進(jìn)，碳黑不會(huì)殘留于銅面而影響可靠性，達(dá)到了采用mSAP方法制造精細(xì)線路HDI板的要求。碳基的演變有了石墨基，石墨基體系的優(yōu)點(diǎn)是膠體石墨能與樹脂和玻璃結(jié)合，不需要高比表面積，其中粘合劑技術(shù)可促進(jìn)石墨顆粒粘附到甚至最光滑的表面。一種用于高可靠性PCB的石墨系統(tǒng)直接金屬化孔，是采用具有高導(dǎo)電性的精細(xì)納米石墨分散體為導(dǎo)電介質(zhì)，石墨材料附有一種類似“粘合劑”的有機(jī)材料，為高電荷聚電解質(zhì)添加劑，促進(jìn)石墨的吸附，使溶液穩(wěn)定性和涂層附著力顯著提高[14]。經(jīng)過廣泛的驗(yàn)證，這種石墨基體系直接金屬化工藝已被證明適用于撓性、剛撓性、HDI和高厚徑比多層PCB，被金屬化導(dǎo)通孔經(jīng)過互連應(yīng)力測(cè)試（IST）和加速熱循環(huán)（ATC）試驗(yàn)，完全滿足行業(yè)可靠性標(biāo)準(zhǔn)。直接金屬化溶液不需貴金屬鈀成本便宜，并且弱堿性溶液不含螯合劑，用水量與排水量減少，減少污染，簡(jiǎn)化廢物處理；水平輸送設(shè)備或垂直浸入式設(shè)備都適用，設(shè)備占地面積更小。

3.3 打印加成制造進(jìn)入商業(yè)化

打印技術(shù)是加成工藝，現(xiàn)在應(yīng)用越來(lái)越多。其中PCB上噴墨打印標(biāo)記文字、阻焊劑應(yīng)用已經(jīng)商業(yè)化，當(dāng)然技術(shù)的進(jìn)步仍在繼續(xù)，重點(diǎn)是選擇恰當(dāng)?shù)膰娔蛴C(jī)和油墨。噴射式阻焊油墨的配方對(duì)樹脂粘度、顏料粒徑和填料含量有限制，固化機(jī)制通常是初步紫外定型和最終熱固化的結(jié)合，使用環(huán)境清潔和溫濕度控制，新技術(shù)噴墨打印機(jī)采用了紫外線固定墨滴、優(yōu)化清晰度控制，使得阻焊堤更高更細(xì)。

加成制造中3D打印數(shù)字制造取得了驚人的增長(zhǎng)，在歐美已有3D打印電子電路商業(yè)性服務(wù)公司，提供包括油墨、打印機(jī)和印刷工藝，打印完成導(dǎo)電線路、無(wú)源元件，包括銀和碳基電阻和電容，埋置于多層板內(nèi)，向其客戶提供基于噴墨打印的帶有埋置無(wú)源元件的多層印制電路板的完整解決方案[7]。

在平面打印導(dǎo)電線路是輕而易舉的，現(xiàn)有成功實(shí)現(xiàn)垂直通孔內(nèi)打印導(dǎo)電油墨，完成電路板的全打印制作方法。首先在FR-4基板上鉆孔，然后對(duì)孔內(nèi)部噴墨打印，再在基板的一側(cè)打印一個(gè)設(shè)定的線路圖案,然后翻轉(zhuǎn)基板在另一側(cè)打印第二個(gè)設(shè)定圖案，完成雙面導(dǎo)通電路板制作[8]。能夠打印完成板厚1 mm和孔徑0.6 mm的導(dǎo)通孔，測(cè)得最小的電阻0.1 Ω。這與現(xiàn)有的生產(chǎn)方案相比，降低了大約50%的生產(chǎn)成本。確信可以進(jìn)一步改進(jìn)流程，打印連通更小的孔。

3D打印立體電路，或稱立體組件(模塊)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)。如有使用聚酯、聚碳酸酯和液晶聚合物等熱塑性樹脂模壓成型作為基體，或打印出立體造型物，再采用導(dǎo)電銅漿噴墨打印在基體上形成電路圖形，經(jīng)激光燒結(jié)固化，再噴涂阻焊層，焊盤上點(diǎn)涂焊錫膏，成為3維電路板;最后安裝元器件，就成為模塊化互連組件（MID）[14]。由于使用更先進(jìn)的材料，包括更高導(dǎo)電性的油墨、可印刷的熱塑性塑料以及具有一系列電和磁性能的涂料，3D印制電路將實(shí)現(xiàn)當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)電路制造所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

3D打印技術(shù)從打印標(biāo)準(zhǔn)的電路板發(fā)展到直接打印組件單元，如今具有半導(dǎo)體元器件的全功能PCB也可以用3D打印機(jī)來(lái)制作，在3D打印過程的中直接把元器件嵌入到結(jié)構(gòu)體中，實(shí)行結(jié)構(gòu)和電子一步到位打印完成[8]。該技術(shù)應(yīng)用前景為醫(yī)療行業(yè)、汽車、通信、國(guó)防部門和定制的輕量級(jí)智能可穿戴設(shè)備、小型半導(dǎo)體封裝。其中有軍方正在使用3D打印個(gè)性化的傳感器零部件用于航天空間站，3D打印天線和射頻構(gòu)件用于減少焊接和體積（圖2）。如洛克希德馬丁技術(shù)中心已將加成制造技術(shù)用于國(guó)防和太空電子，他們使用新型納米銅油墨打印制造了撓性電路和印制天線，在電路板上添加跳線來(lái)修整設(shè)計(jì)，在復(fù)雜的3D基板上打印出射頻結(jié)構(gòu)電路，使復(fù)雜的電路板獲得卓越的性能。

圖2 3D打印立體電路例

3.4 垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（VeCS）技術(shù)顯現(xiàn)

垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（Vertical Conductive Structures，VeCS），這是一種特殊的PCB結(jié)構(gòu)。通常PCB的導(dǎo)電線路是分布于水平面，由導(dǎo)通孔使得不同層的線路互連；VeCS是PCB的導(dǎo)電線路有部分分布于水平面外，還有導(dǎo)電線路是垂直分布，導(dǎo)通孔不但是不同層的線路互連，也是導(dǎo)電線路（圖3）。VeCS技術(shù)研發(fā)三年多了，初見于2019年初國(guó)外雜志的文章。

圖3 VeCS 的線路構(gòu)成

VeCS技術(shù)克服了HDI板順序?qū)訅旱亩啻问軣釂栴}，以及只適于薄介質(zhì)板、圓形盲孔的板厚孔徑比（AR）為1∶1的限制。VeCS是PCB 垂直方向（Z軸）互連技術(shù)，它改變孔的形狀成為橢圓形或槽形，這使孔內(nèi)鍍層分布均勻，達(dá)到更大板厚孔徑比，可以很容易地達(dá)到10:1甚至20:1的盲孔，具體取決于槽的長(zhǎng)寬比,可以拓寬線路路徑適合匹配阻抗。VeCS可以加工非常厚的板，高達(dá)3毫米甚至更高；VeCS工藝無(wú)需激光打孔，只用一次層壓，減少基材受熱的變形；VeCS板測(cè)試做了20次回流焊循環(huán)，電路相互連接沒有破裂，可靠性方面至少不會(huì)低于HDI板[15]。

VeCS PCB技術(shù)具有可制造性，利用PCB行業(yè)常用的工藝和設(shè)備，在無(wú)需建立新工廠或開發(fā)新設(shè)備的情況下生產(chǎn)；VeCS工藝難度在于定位和插槽內(nèi)局部去銅，需要一臺(tái)精準(zhǔn)的數(shù)控銑削機(jī)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有專為VeCS技術(shù)開發(fā)的銑削機(jī)，具有光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，可滿足圖形對(duì)準(zhǔn)，以及超過10萬(wàn)轉(zhuǎn)/分的主軸，能提高槽的質(zhì)量及銑削速度。除此之外，還需要具備先進(jìn)的真空印刷填孔機(jī)，有足夠的導(dǎo)通孔或槽的樹脂填充能力。雖然銑削加工較慢，而整個(gè)生產(chǎn)周期會(huì)縮短的。

VeCS與傳統(tǒng)通孔、微導(dǎo)通孔及任意層互連相比，有更多布線通道可以減少PCB層數(shù)，降低生產(chǎn)成本。目前設(shè)計(jì)軟件正在開發(fā)，大多數(shù)主要的設(shè)計(jì)工具都可以采用VeCS進(jìn)行設(shè)計(jì)。VeCS板要得到擴(kuò)大應(yīng)用，主要在成本方面與HDI競(jìng)爭(zhēng)。

4 IC封裝載板動(dòng)向

電子信息產(chǎn)品中關(guān)鍵的核心是集成電路（IC），IC必須要有封裝載板，這是PCB重點(diǎn)發(fā)展的一類產(chǎn)品，即為IC封裝載板（IC Carrier或IC Substrate）。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)IC產(chǎn)業(yè)的特別重視，IC載板地位也顯著升高。IC封裝是基于微型PCB（載板）平臺(tái)，IC要達(dá)到更高的功能和小型化，提供互連的關(guān)鍵技術(shù)是選擇最佳的封裝載板及內(nèi)插板（interposer）。內(nèi)插板是裝于芯片與封裝載板之間，起到高輸入/輸出連接的過渡作用，如在扇出式晶圓級(jí)封裝（FOWLP）需要內(nèi)插板。IC封裝有不同形式，從單芯片封裝、多芯片封裝、晶圓級(jí)封裝到系統(tǒng)級(jí)封裝，不同的封裝方式就需要特定的PCB（載板）設(shè)計(jì)，涉及更多I/O和更細(xì)節(jié)距，所用基材從玻纖增強(qiáng)BT樹脂基板為主，到匹配更佳的硅基或玻璃基材，如內(nèi)插板較多用到硅基板。

大多數(shù)IC封裝載板是更高密度的HDI板，任意層互連結(jié)構(gòu)，線寬/線距一般都在30 μm以下，采用mSAP技術(shù)。采用SAP比mSAP可加工更細(xì)線路，更細(xì)線路的IC封裝載板就采用SAP技術(shù)[16]，由金屬化產(chǎn)生導(dǎo)電層，重點(diǎn)是鍍層與基板結(jié)合力，在樹脂表面添加官能團(tuán)以增加化學(xué)鍵合，以鍍銅填孔有利熱管理，電路形成中采用各向異性蝕刻劑達(dá)到垂直截面的精細(xì)線路。

集成電路的系統(tǒng)封裝（SiP）相當(dāng)于把芯片和相關(guān)元件埋置于PCB中成為一個(gè)功能模塊。類似的又有扇出式面板級(jí)封裝（FOPLP），直接在有機(jī)載板上實(shí)現(xiàn)多芯片組合封裝。其制作工藝有以薄銅箔為基底粘合芯片，再壓上涂布樹脂銅箔（RCC）固封芯片，然后激光打孔和完成電路圖形。FOPLP工藝是用載體固封芯片，再金屬化制作線路圖形，最后去除載體得到完成封裝的集成電路[17]。該芯片埋置技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展的系統(tǒng)封裝（SiP），也有把芯片層壓埋置于樹脂中，再鉆孔和金屬化孔，并在表面形成電路圖形，通過積層成為埋置芯片與天線的多層PCB[14]。

對(duì)于移動(dòng)通信、服務(wù)器和云計(jì)算等高端應(yīng)用，必須滿足帶寬、高速、功率、熱量和環(huán)境等方面的挑戰(zhàn)，能夠接受的成本和增加集成功能的先進(jìn)封裝與互連技術(shù)將是關(guān)鍵推動(dòng)因素。因此有一種異構(gòu)集成（HI：Heterogeneous Integration ）3D封裝電路技術(shù)。這種異構(gòu)系統(tǒng)封裝（HSiP）采取多種元器件不同集成于一個(gè)封裝體中，變成一塊微型印制電路板（PCB），將更加容易進(jìn)入高端電子設(shè)備中[18]。HSiP集成多個(gè)芯片和無(wú)源器件，以實(shí)現(xiàn)最大程度的器件封裝，是使用聚合物基板材料的超高密度封裝載板，包括多層內(nèi)插板（interposer）和再分配層（RDL）電子互連產(chǎn)品。如有HSiP使用填充二氧化硅的環(huán)氧基樹脂化合物進(jìn)行模塑，以形成一個(gè)埋置芯片和元件的扁平模塊；然后在模塊兩面進(jìn)行積層，形成導(dǎo)通孔及銅導(dǎo)體電路，可重復(fù)積層形成所需的層數(shù)成為內(nèi)插板，再安裝于載板。這些產(chǎn)品生產(chǎn)盡可能利用現(xiàn)有PCB制造設(shè)施，達(dá)到利用新一代工藝和材料制造超高密度互連（VHDI）PCB的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

所述技術(shù)熱點(diǎn)只是膚淺的提要，每一點(diǎn)后面都有深邃的內(nèi)容，有待技術(shù)行家們?nèi)?shí)踐挖掘。

PCB與IC在發(fā)展目標(biāo)上相似：功能、速度、尺寸和成本。物理尺寸是最直觀的，在過去30年中，PCB密度增加了10倍，線與孔尺寸縮小了10倍；半導(dǎo)體密度增加了100倍，芯片線路從數(shù)百納米縮小到數(shù)納米。PCB的變化就是必須密度更高、功能更可靠、成本更低。這一趨勢(shì)將繼續(xù)，需要我們創(chuàng)新研發(fā)，拿出具體技術(shù)手段、方法，讓我們?cè)谛碌囊荒耆〉酶蟀l(fā)展。