印制电路技术现状与发展趋势

LOGO第19章印制电路技术现状与发展趋势现代印制电路原理和工艺LOGO印制电路技术现状与发展趋势PCB技术发展进程1印制电路工业现状与特点2推动现代印制电路技术发展的主要因素3PCB业未来几年的发展预测4印制电路板制造技术的发展趋势5LOGO19.1PCB技术发展进程自PCB诞生以来，PCB一直处于迅速发展之中，特别是80年代家电产品的出现和90年代信息产业崛起，极大地推动了PCB在其产品(品种与结构)，产量和产值上的急速发展，并形成了以PCB工业为龙头，促进了与之相关的工业(如材料、化学品、设备与仪器等)迅速进步，这种相辅相成的发展与进步，以前所未有的前进步伐，大大加速了整个PCB工业的进步与发展。LOGO自PCB诞生以来到现在，PCB已走了三个阶段(一)通孔插装技术(THT)用PCB阶段或用于以DIP(Dualin-1inePackage)器件为代表的PCB阶段。它经历了40多年，可追溯到40年代出现PCB直到80年代末(实际上，通孔插装技术在目前和今后还会以不同程度存在或使用着，但在PCB领域中或组装技术上已不是主导地位)。这一阶段的主要特点是镀(导)通孔起着电气互连和支撑元件引腿的双重作用。由于元件引腿尺寸已确定，所以提高PCB密度主要是以减小导线宽度／间距为特征。LOGO(二)表面安装技术(SMT)用PCB阶段，或用于QFP(Quadflatpackage)和走向BGA(BallgridArray)器件为代表的PCB阶段。自进入90年代以来到90年代中、后期，PCB企业已相继完成了由通孔插装技术用PCB走向表面安装技术用PCB的技术改造，并进入全盛的生产时期。这个阶段的主要特征是镀(导)通孔仅起着电气互连作用，因此，提高PCB密度主要是尽量减小镀(导)通孔直径尺寸和采用埋盲孔结构为主要途径。LOGO(三)芯片级封装(CSP)用PCB阶段，或用于以SCM／BGA与MCM／BGA为代表的MCM—L及其母板。这一阶段的典型产品是新一代的积层式多层板(BUM)为代表，其主要特征是从线宽/间距(0.1mm)、孔径(φ0.1mm)到介质厚度(0.1mm)等全方位地进一步减小尺寸，使PCB达到更高的互连密度，来满足CSP(Chip—ScalePackage)的要求。BUM(Build—upMultilayer板自90年代初萌芽以来，目前已进入可生产阶段。尽管现在的BUM产品产值占PCB总产值的比率还很小。但是它将具有最大生命力和最有发展前途的新一代PCB产品，这新一代PCB产品将会像SMT用PCB一样，必将迅速推动与之相关的工业发展与进步!LOGO19.2印制电路工业现状与特点19.2.1全球PCB销售概况自从90年代以来，从总的形势看，全世界PCB工业发展是好的，而且是迅速的。今后仍然持乐观态度。因为电子工业仍然会持续而迅速发展下去。作为电子工业的三大支柱之一的PCB产品，理所当然地会得到相应的发展。从近几年来对PCB工业产值的统计和今后发展的预测(见表19—1)可看到PCB工业的现状和未来。1995年1996年1997年1998年2000年2006年$270.1亿元$291.9亿元$320.3亿元$341.2亿元$380亿元$580亿元LOGO19.2.2世界PCB产品市场特点(1)表面安装技术用PCB(或SMB)已处于成熟和全盛的量化生产时期，并进行着剧烈的市场竞争。但是，由于电子元件已由QFP向BGA迅速转移和进步，因此，表面安装印制板(SMB)将朝着更高密度(微小孔径、精细节距和埋盲孔、焊盘中设置导通孔等)方向发展。(2)多层板和高性能板(含金属芯印制板等)的产量和产值将比其它类型的印制板以更大速度发展着，其中多层板的产值(或销售额)已占PCB总产值的50％左右，多层板层数将由4～6层为主向更高层数(如6—10层等)为主发展着。各种类型PCB(单面、双面、多层)产品还会共存下去，并以不同程度(速率)继续发展着，但是它们之间的比率将会不断改变着，多层板和高性能印制板所占的比率会越来越大，高性能印制板将处于更显著地位而发展起来。挠性印制扳和刚—挠性印制板将会受到PCB业界普遍重视而迅速进步着。LOGO(3)新一代的PCB产品HDI的积层多层极(BUM)，已由萌芽期进入发展期。主要用于CSP(Chip—scalepackage)或FC(flip—chip)封装的BUM板(含B2it和ALIVH等)等产品已处于不断开发和完善之中。并开始走上了量化生产阶段。(4)集团式或兼并“风”将会在全球范围内风行起来，以增强新品开发能力和市场竞争力。目前，大多采取增加投资扩产或提高自动化程度，改善管理体系(CIMS等措施)或者收购公司或公司合并，或建立PCB与相关工业的配套生产体系等集团或大型企业。提高PCB产量，质量和降低成本，同时增加新品开发投入和力量，抢占市场，适应电子产品加速更新换代特点，从而全面提高市场竞争能力和减小市场竞争的风险!LOGO(5)通讯(含电信)设备和计算机产品用PCB的产值达60％左右。信息时代或进入知识经济年代仍然离不开以通讯设备(含电信等)和计算机为基础的电子工业。因此，在今后很长的一段时间内，通讯(含电信)设备和计算机等产品仍然是形成电子工业的主体和热点，所以通讯设备和计算机等用的PCB仍然是PCB产品市场的主战场。(6)联合设计或可制造性设计(即可生产性、可检测性、可靠性和可维修性等)将受世界的重视。采用由PCB产品的用户(或设计者)、生产者和组装者等组成联合小组进行的设计，将可达到更好的科学性，提高产品的可靠性，缩短周期、节省成本等诸多方面获得好处。LOGO(7)科技因素作用及其所占比例将越来越多当今的PCB产品已进入“一代设备、一代产品”的时代，或者说是“七分设备，三分技术”的时代。大家很清楚，当今的PCB工业是大量资本密集型行业。一个月产一万平米的PCB厂所需投资至少要1500万美元。目前，PCB工业面临的问题是训练有素的技术人员，加上PCB技术的急速发展，因此人员的培训和提高对PCB产品生产质量和开发已占重要地位。这些因素综合起来的实质是科技进步因素在起作用。LOGO根据统计表明，每个劳动力在不同科技条件下劳动创造的价值差别很大，如表18－2所示，从中可以看出科技进步的突出作用。从全世界看，本世纪初，工业发达国家的国民生产总增长，科技因素进步作用所占的比重为5％～20％，到了60年代为50％，而到了80年代以来，科技进步因素所占的比例则上升到60％～80％。自50年代以来，由于科技进步的差异，使南北国家经济的差异越来越大，或者说，穷国和富国差异不断扩大的根本原因。LOGO劳动方式手工劳动操作机械化劳动操作高科技产业创造价值（元/年）一千～几千元一万～几万元十万～几十万元比例11010019－2每个劳动者在不同科技条件下创造的价值LOGO所以我们在PCB生产和市场竞争中，要充分重视科技进步(或科技因素)的作用。PCB产品的市场竞争是个“公开”的竞争，而科技因素却是“隐蔽”的竞争。因此，PCB企业(或集团)要加强科技资金的投入，建立相应的科技进步中心等，加速有关技术和新品的开发研究和应用研究。只有掌握和具备高、新和先进的科技因素，才能制造出质量可靠而可卖的先进产品，只有这样，使PCB产品的制造永远处于良性循环和不断创新的状态下，才能占领市场和参与竞争。LOGO18.3推动现代印制电路技术发展的主要因素推动PCB工业发展是人类社会整体科学技术进步的结果，但是其主要的直接因素是集成电路(IC)集成度的持续急速提高、电子电路组装技术的进步和电子信号传输的高频化与高速数字化的发展结果。LOGO19.3.1集成电路高集成度化1．IC器件集成度的进步自1984年以来，IC器件集成度有着惊人的提高。以DRAM器件为例示于表18-3中。从表18-1中可看出，从1984年到1993年，IC集成度提高了255倍，而1997年日本的NEC实验室发表了容量为4GB的器件，其集成度比1993年提高了近15倍，比1984年提高了约4000倍。全世界1999年IC器件产值为1500亿美元，而2000年的IC器件产值达到3000亿美元，2000年比1999年，IC器件产值增加l倍。这些数字意味着IC器件的高密度化技术、产量和产值都得到迅速的发展。LOGO表19-3DRAM技术的进步LOGO总之，20世纪90年代的LSI工艺发展依然按照摩尔定律所揭示的发展速度增长着，即每三年器件尺寸缩小2／3，芯片面积增加1.5倍和芯片中集成晶体管数目增加4倍。这十年来，其精微细加工技术已由80年代的0.6μm提高到0.18μm的水平，并进入了量产阶段，研究成果甚至达到了0.15μm(1998年)和0.13μm(1999年)以及0.10μm(2000年)的水平。这些成果给人类、世界军事、经济和民生等各个方面带来了翻天覆地的变化，今后仍将继续发展下去。可以预言，2l世纪的集成电路将会冲破精微工艺技术和物理因素等方面的限制，继续以高速度向着高频、插入高速、高集成度、低功耗和低成本等方向迈进。LOGO2．IC器件的I/O数的增加由于IC器件集成度的迅速提高必然带来传输信号I/O数的增加。近几年来IC器件I/O数的发展示于图18-1中。大家知道插装的器件其I/O数大多在100个以内，采用表面安装技术的QFP器件使其I/O数上升到100—500之间。要进一步提高QFP的I/O数，由于节距太小，其故障和成本已无法接受。而BGA器件安装，由于检测和返修的困难，因此在1996年以前，IC器件的I/O数大多停留在500个以下。自1996年由于BGA安装技术的解决，器件的I/O数迅速上升，1997年器件I/O数已达1500个以上并已市场化了，这说明器件的I/O数的提高比图18-1中预计得还要快。LOGO图18－1器件I/O数的发展LOGO但是，PCB导线宽度的缩小速度还是落后于IC中线宽的缩小速度，如18-4所示。从表19-4中可以看出PCB的L/S(线宽/间距)发展的趋势。PCB的L/S还得加速缩小化，以便与IC线宽缩小相匹配。因此，PCB的L/S缩小化还是任重道远的。表19－4PCB的L/S缩小化年代上世纪70年代上世纪90年代2010年IC线宽（经）3µm0.18µm0.1∽0.005µmPCB线宽300µm100µm25－10µm差距100倍560倍250－200倍LOGO19.3.2安装技术的进步随着IC器件集成度化的提高，安装技术已经由插装技术(DIP或THT)走到表面安装技术(SMT)上来了。目前和今后势将走向芯片级封装(CSP或SMT)技术，其核心问题是高密度化。各种元器件的集成化提高程度及其安装技术的发展趋势或方向如图19-2的(A)和(B)所示。组装技术的进步如表19-5所示。组装类型通孔插装技（THT）表面安装技术（SMT）芯片级封装（CSP）面积比较（组装面积/芯片面积）80：17.8：11.2：1典型代表元件DIPQFP→BGABGA典型元件I/O数16～6432～304121～16001000LOGO图19－2电路组装技术的发展LOGO自80年代中期出现SMT以来，虽受到人们的重视，但进入90年代以来才真正得到了发展，特别是1993年以来，SMT趋于成熟，用于表面安装的元器件和SMB已在全世界范围内得到迅速推广和广泛应用。如1993年美国所生产的PCB(双面、多层)已100％为SMB(实际上是THT和SMT的混装技术)。近几年来，经过实践应用，比较、筛选和发展的进步，SMT己相对集中于QFP和BGA技术上，其结构示于图19-3中。LOGO图19－3QFP和BGA组装示意图LOGO1．QFP技术从1997年来看，QFP技术已在SMT中占主导地位。有人估算，1997年QFP技术占90％左右，BGA技术占10％左右。但由于IC器件集成度的提高或IC器件封装技术的进步，使IC器件I／0数迅速提高(1997年，BGA器件的I／0数己超过1500个并商品化了)，精细