印制电路板制造关键技术概述

2018-01-26林盛鑫林洪军李引娣

通信电源技术 2018年2期

林盛鑫，林洪军，叶军，李引娣

（1.东莞理工学院，广东东莞 523808；2.东莞市五株电子科技有限公司，广东东莞 523293）

0 引言

在大数据已经来临的今天，电子设备迅猛发展。从社会基础结构（infrastructure）到个人，电子设备迅速广泛渗透，性能也在不断提升[1]。伴随高精尖技术的发展需求，集成电路精密程度不断提升，应用领域日益扩大，与之而来的是印制线路板制造工艺的革命[2]。探寻印制线路板的发展，从单面多层复合到板材材质的不断改良，再到工艺的精益求精，已经跨入了新时代。近年来，随着电子信息技术的进一步发展和人们使用要求的日益提高，电子产品结构越来越复杂，功能越来越全面，促使印制电路板（PCB）朝以下两方面不断发展。一方面，电子产品上集成的功能元件越来越多，整体尺寸却越来越小，促使PCB不断向高密度、高精度、高集成度以及“轻、薄、短、小”化方向发展，这就要求PCB从常规的多层设计逐步转向高密度互连结构设计；另一方面，电子产品要求PCB提供高速度、低损耗、低延迟、高保真的信号传输，并适应大功率器件的高功耗环境，这就需要PCB拥有足以承载高质量信号传输和散热能力的高频、高散热设计。基于此，高频、高散热、高密度互连的设计成为当前PCB行业的一个研究热点，也是今后PCB行业的一个重要发展趋势[3]。

1 高密度互连电路板

20世纪90年代初期，日本、美国开创应用高密度互连技术（High Density Interconnect Technology，HDI），制造工艺是使用双面或者多层板材作为芯板，使用多层重叠堆叠技术保持每层次版面之间绝对绝缘的PCB[4-5]，制造高密度、高集成的电子线路板。此类线路板的5大特点是“微型、轻薄、高频、精细、散热”。根据5大特点不断进行工艺技术革新，是当今高密度电子线路板的制造发展趋势。“薄层化”决定了高密度电子线路的生存基础。它的诞生，直接导致和影响到精细、微型的技术产生。精细连接导线，精细的微型钻孔以及各层绝缘的设计，决定了高密度电子线路板是否能够适应高频工作和是否有利于合理导热。这也是判断超高密度电子线路板中电子线路集成度的一个重要方法。

2 高密度任意层互连印制电路板

对于不同层次结构的HDI来说，工艺制造上存在较大差异。一般，越是多层次化结构，越是复杂和精密，对生产制造带来的难度越大。目前，板层之间的关联方式有几大工艺特点，分别是“阶梯连接”“错孔连接”“跨层连接”以及“叠孔连接”，这里不做详细介绍。超高密度任意层互连印制电路板，属于印制电路板中的高端产品。它最大的需求来自于要求具有轻、薄、多功能等特性的电子产品市场，如智能手机、笔记本电脑、数码相机与液晶电视等[6]。

3 集成印制电路板

集成印制电路板技术是将一个或多个分离的电子元器件（如电阻、电容、电容等）集成在一个印制电路板结构中，使集成的印制电路板成为具有一定程度系统功能的印制电路板，具有提高电子产品系统功能的可靠性、改善信号传输性能、有效降低生产成本、使生产工艺更加绿色环保等优势，是电子器件系统集成微型化的一种技术途径，具有巨大的市场开发潜力。印制板中埋嵌电子元器件的系统集成技术，国外已经开始进入应用阶段，并在相关材料和制造工艺技术方面取得突破，而处于行业领先的外国企业已开始将该技术投入大批量生产。

4 高散热金属基板

高散热金属基板主要利用金属基板材料本身具有较佳的热传导性，将热源从大功率元器件中导出。它的散热性能关系到多芯片（元器件）封装的结构布局和元器件封装的可靠性。高散热金属印制板作为高端印制板，其金属基板兼容表面贴装工艺、缩小产品体积、降低硬件及装配成本、取代易碎的陶瓷基板、增加钢性，同时获得了更好的机械耐久力，在众多散热基板中显示出强劲的竞争力，应用前景十分广阔。而埋（嵌）金属基印制电路板是一种局部植入金属块印制板，是近几年出现的新型散热PCB技术。它的散热设计理念比较先进，在国内外行业期刊尚没有发现相关技术的公开报导。它作为大功率元器件散热基板，由于设计的特殊性，具有以下优点：

（1）优异的散热性能，元器件与散热块直接接触，无散热瓶颈；

（2）灵活的设计方式，可充分满足个别大功率元器件的散热需求；

（3）嵌入式设计，与PCB共面，不影响表面贴装（SMD）；

（4）重量轻，体积小，符合电子组装轻、薄、短、小的主流发展方向；

（5）与PCB生产流程兼容。

5 高频高速印制电路板

高频高速印制电路早在20世纪末应用于军事领域。近十年来，因原属军事用途的高频通信的部分频段让给民用，使得民用高频高速的信息传送技术突飞猛进，促进了各行各业的电子信息化技术提高。它具备远距离通讯、远程医疗手术、大型物流仓库的自动化控制和管理等特点。应当指出，工作在高频信号传输的电子元器件和印制线路版工业是具有严格技术要求的，如工作阻抗范围、金属连线平滑度、高频高速信号对线路宽度的要求以及信号线与地层之间的相对距离等。优秀的工艺技术带动了电子元器件和电子产品的产业化发展，预计在未来5年需求量可达10倍以上。

6 刚挠印制板技术

近年来，电子设备的高性能化、多功能化和小型轻量化呈现加速的发展势头。因此，电子设备中使用的电子部品和PCB的微细化、高密度化的要求也日益提高。为了适应这些要求，进行刚性（硬质）PCB的积层多层板制造技术的革新，促使各种积层多层板应用于电子设备。但是，便携设备、数字视频摄像等移动设备，不仅加速了附加新功能或者性能提高的循环，而且小型轻量化和最优先化设计的倾向非常强。因此，机箱内部给予功能部品的空间只是有限的狭小空间，必须最大限度有效利用。这种情况下往往采用数枚小型积层多层板与连接它们的挠性板（FPC）或者电缆组合而成的系统结构，称为模拟刚挠PCB。刚挠PCB也是利用这种组合且特别节省空间，是具有数枚刚性PCB和FPC一体化的功能性复合多层板。由于不需连接器或连接用的空间，并具有与刚性PCB几乎同等的安装性，刚挠PCB正在广泛地应用于移动设备[7]。