5G 时代已来，电子制造 PCB 行业如何应对挑战与机遇？

5G 时代已来，电子制造 PCB 行业如何应对挑战与机遇？

聚焦制造基本面，持续创新

5G的推行是2019年重要国策，将带动整个上下游产业链；5G技术将推动物联网、云计算、大数据、人工智能等相关领域爆发式发展，赋能垂直行业并深度融合形成5G生态，为国家竞争力提升、社会转型、产业升级注入强劲动力。

5G正从概念、实验产品逐渐向我们走来，我们是否准备好携手共创美好的5G时代，共同接受我们诸多的顾虑与挑战，创造一个大家都更加幸福的美好未来呢？

电子制造业印刷电路板（PCB）产品自1948年起开始应用于商业，20世纪50年代开始兴起并被广泛应用。传统PCB行业是劳动密集型行业，技术强度低于半导体行业。进入21世纪以来，半导体行业由美国、日本逐渐向台湾、大陆转移。中国发展至今，已成为全球知名的PCB生产大国，PCB产量占全球50%以上。

向高密度、薄型化发展

近年来，印刷电路板（PCB）市场由计算机向通信转移，近两年又向智能手机、平板电脑等移动终端转移，因此移动终端用HDI板是PCB主要增长点，以智能手机为代表的移动终端推动HDI板向高密度、薄型化发展。

细线

所有PCB都在向高密度、细线路化发展，HDI板尤为突出，十年前HDI板的定义是线宽/线距0.1mm/0.1mm及以下，现在业界基本已经做到60µm，最先进的是40µm。

传统的PCB电路图案形成方法是在铜箔基板上感光成像后进行化学蚀刻（减成法），此方法工序多、控制难、成本高，目前精细电路的生产趋向于半加成法或改良的半加工法。

提高导体与绝缘基材结合强度的常规做法是增加表面粗糙度以增加表面积从而提高结合强度，如加强去污处理使树脂层表面粗糙化、采用高粗糙度铜箔或对铜表面进行氧化处理等。对于薄型导体，这种物理方法不足以保证结合强度。因此，开发了在光滑树脂表面化学镀铜的高结合铜箔，如“分子键合技术”，即对树脂基材表面进行化学处理，使其形成能与铜层紧密结合的功能基团。

此外，在细线路制作过程中，铜箔的表面处理是干膜成像图案转移成功的关键因素之一。使用表面清洗剂和微蚀剂的最佳组合，提供足够面积的清洁表面，以促进干膜的附着。使用化学清洗去除铜箔表面的防变色处理层，以及去除污垢和氧化物。根据铜箔的类型选择合适的化学清洗剂，然后对铜箔表面进行微蚀。为了使成像干膜与铜层、阻焊图案和细线路可靠地结合在一起，还应采用非物理的表面粗化方法。

半加成法积层基板

半加成法工艺的热门话题是采用绝缘介质膜层压。SAP在精细电路实现和生产成本方面比MSAP更具优势。SAP层压采用热固性树脂，通过激光钻孔和镀铜形成通孔和电路图案。

目前国际上的HDI板材料多采用环氧树脂配合不同的固化剂，并加入无机粉末来提高材料刚性、降低CTE，也有使用玻璃纤维布来增强刚性。

镀铜填孔

考虑到可靠性，互连孔采用电镀铜填充，包括盲孔填铜和通孔填铜。

镀铜填孔的能力体现在填充性：被铜封闭的孔内是否有空洞；平整度：镀铜孔口处的凹陷程度（）；厚径比：板厚（孔深）与孔径的比值。

倒装芯片封装IC封装基板技术

有机基板占全球半导体封装市场的三分之一以上，随着手机、平板电脑产量的增长，FC-CSP、FC-PBGA大幅增长，封装基板由陶瓷基板向有机基板转变，封装基板间距越来越小，典型线宽/线距现在为15μm。

未来发展趋势：BGA、CSP小间距基板仍将持续，而无芯基板、四层以上基板将得到更加广泛的应用。路线图显示基板特征尺寸更小，性能重点要求低介电性能、低热膨胀系数和高耐热性，在满足性能目标的基础上追求基板的低成本。

适应高频、高速要求

电子通讯技术由有线发展到无线，由低频低速发展到高频高速。手机性能现已进入4G，并将迈向5G，这意味着更快的传输速度和更大的传输容量。全球云计算时代的到来，数据流量倍增，通讯设备高频高速化是必然趋势。为满足高频高速传输的需求，PCB不仅在电路设计中要减少信号干扰和损耗，保持信号完整性，确保PCB制造符合设计要求，还需要有高性能的基板。

解决PCB速度提升与信号完整性问题，主要关注电信号损耗特性，选择基板的关键因素为介电常数(Dk)与介电损耗(Df)，当Dk小于4、Df小于0.010时，为中Dk/Df层压板，当Dk小于3.7、Df小于0.005时，为低Dk/Df层压板。

高速PCB中导体铜箔的表面粗糙度（轮廓度）也是影响信号传输损耗的重要因素，特别是对于10GHz以上的信号。在10GHz下，铜箔粗糙度需要小于1μm，使用超平铜箔（表面粗糙度0.04μm）则更好。

提高耐热性和散热性

随着电子设备的小型化、高功能化、发热量大、对电子设备热管理的要求越来越高，解决方案之一就是开发导热印刷电路板。要求PCB具有高导热性和耐热性，近十几年来一直为此作出努力。目前已有平面厚铜基板PCB、铝金属基PCB、铝金属芯双面PCB、铜基平面PCB、铝基腔体PCB、埋入金属块PCB、可弯曲铝基PCB等高散热PCB。

采用金属基板（IMS）或金属芯印刷电路板起到对发热元件进行冷却的作用，比传统的散热器和风扇冷却体积更小、成本更低。目前，大多数金属基板或金属芯采用铝制成。铝基电路板的优点包括简单经济、电子连接可靠、导热系数高、强度高、无需焊接、无铅环保等。它们可以设计和应用于从消费产品到汽车、军用产品和航空航天等各个领域。

柔性和刚柔结合技术的新趋势

电子设备的小型化、薄型化必然需要大量使用柔性印刷电路板（FPCB）和刚柔性印刷电路板（R-FPCB）。

随着应用领域的扩大，除了数量的增加，也会有很多新的性能要求。聚酰亚胺薄膜有无色透明、白色、黑色、黄色等不同类型，具有高耐热性和低CTE性能，以适应不同的场合。高性价比的聚酯薄膜基材也有市场，而新的性能挑战包括高弹性、尺寸稳定性、薄膜表面质量以及薄膜光电耦合和耐环境性，以满足终端用户不断变化的要求。

FPCB与刚性HDI板一样，必须适应高速、高频信号传输的要求，必须重视柔性基板的介电常数和介电损耗，可采用聚四氟乙烯、高级聚酰亚胺基板制成柔性电路，在聚酰亚胺树脂中添加无机粉末和碳纤维填料，可制成三层柔性导热基板，所选用的无机填料有氮化铝（AlN）、氧化铝（Al2O3）和六方氮化硼（HBN）。

在FPCB制造技术方面，在聚酰亚胺(PI)膜上直接金属化制造双面FPCB的技术不断发展，目前已有分子键合剂水溶液新技术，可以在不改变PI膜表面粗糙度的情况下，增加与化学铜层的结合强度，先对PI膜进行分子键合处理，再直接化学镀铜。采用半加成法工艺制作双面柔性印刷电路板，简化了工艺流程，绿色环保，同时满足了对结合强度、柔性、可靠性的要求。

还有印刷自催化电子线路的技术，采用卷对卷（R2R）方式生产，先在PET薄膜上印刷涂布自催化油墨，再进入化学镀铜槽，因油墨的自催化能力，在油墨上沉积一层铜层，形成铜导体图案，完成PET薄膜上精细金属线路的制作。

智能手机、可穿戴设备、医疗设备、机器人等FPCB应用市场，对FPCB性能和结构提出了新的要求，开发了新型FPCB产品。例如超薄柔性多层板，四层FPCB由常规的0.4mm减薄到0.2mm左右；高速传输柔性板，采用低Dk和低Df的聚酰亚胺基材，实现5Gbps的传输速度要求；

大功率柔性板采用厚度大于100μm的导体，以满足大功率、大电流电路的需要；高散热金属基柔性板是部分使用金属板基材的R-FPCB；触觉敏感柔性板是由压力传感膜和电极夹在两片聚酰亚胺薄膜之间构成柔性的触觉传感器；可拉伸柔性板或刚挠结合板，它的柔性基材为弹性体，改进金属线图案形状，使其可拉伸。

印刷电子

印刷电子技术历史悠久，但近几年才开始发展。印刷电子技术应用于印刷电路行业，是印刷电路技术的一部分。

印刷电子不断发展，商业应用前景非常广阔。现在PCB厂商纷纷投入印刷电子，从柔性板入手，以印刷电子电路（PEC）取代印刷电路板（PCB）。印刷电子技术最接近FPCB，目前有多种基板和油墨材料，一旦在性能和成本上有突破，就会得到广泛应用。降低成本将开拓更大的市场。

有机和印刷电子的混合系统有助于该行业的发展。将传统硅和印刷电子元件相结合的混合系统可能会开辟新的 PCB 行业。这些混合技术包括大面积光刻、丝网印刷或喷墨打印以及柔性 PCB 技术。

印刷电子技术的一个重要方面是材料，包括基板和功能性油墨。除了现有的FPCB之外，柔性基板也正在向更高性能的基板发展。目前有由陶瓷和聚合物树脂混合而成的高介电基板材料，以及高温基板、低温基板、无色透明基板、黄色基板等。

印刷电子除了需要一些高分子材料外，还需要功能性油墨材料，主要是导电油墨，导电油墨正不断朝着导电性、印刷适应性、低成本的方向发展。目前，可用于印刷电子产品的导电油墨种类繁多。此外，还有压电、热电、铁电材料等，这些材料在印刷电子中可以组合使用，发挥多功能性。

印刷电子技术的另一个重要方面是印刷工艺及相应的印刷设备，这是传统印刷技术的创新发展。印刷电子可应用不同的印刷方式，如凹版印刷、凸版印刷、丝网印刷和喷墨印刷等。丝网印刷在PCB制造中已有应用，技术成熟、成本低廉，目前正向自动化、高精度方向发展。

喷墨打印在PCB制造中的应用范围不断扩大，从标记符号、阻焊到防腐图案，进一步实现导电图形的直接打印；同时，喷墨打印正向着图形的高精度、高速度发展。例如，新型气溶胶喷射技术明显优于压电喷射打印，形成的导线满足精细度和立体度的要求，可在平面或立体元器件上直接打印电子电路和元器件。

还有喷墨打印，利用雷射照射瞬间固化油墨的方法，导电线条粗细比在1.0以上，例如线宽10µm，线高亦为10µm，例如在PI膜上生产线宽30µm，线厚20µm的FPCB。

印刷电子目前专注于低成本制造射频识别 (RFID) 标签，这些标签可以印刷成卷。潜在领域包括印刷显示器、照明和有机光伏。可穿戴技术市场是目前新兴的有利市场。

可穿戴技术包括智能服装和智能运动眼镜、活动监视器、睡眠传感器、智能手表、增强现实耳机、导航罗盘等各种产品。可穿戴技术设备离不开柔性电子电路，这将推动柔性印刷电子电路的发展。

嵌入式元件印刷电路技术

嵌入式组件印刷电路板（EDPCB）是实现高密度电子互连的产品，嵌入式组件技术在PCB中具有巨大的潜力，嵌入式组件PCB制造技术提高了PCB的功能和价值，除了在通讯产品中的应用外，还在汽车、医疗和工业应用等领域提供了机会。

EDP​​CB的发展已从碳浆制成的印刷电阻和镍磷合金箔制成的薄膜电阻，以及夹在高介电常数基板中的平面电容器，发展到内嵌无源元件印制板，再到内嵌IC芯片和内嵌表面贴装元件，再到内嵌有源和无源元件印制板。目前面临的问题包括内嵌元件的复杂性和EDPCB的薄型化，以及散热和热变形的控制，以及最终的检查技术。

元件嵌入技术目前已在手机等便携式终端设备中得到应用。实用的EDPCB制造工艺包括B2it法，可实现高可靠性和低成本；PALAP法，可实现高层数和低功耗，用于汽车电子；以及采用嵌入式晶圆级封装芯片的通信模块，具有良好的高频特性。未来还会出现嵌入式BGA芯片的eWLB[19]。随着EDPCB设计规则的建立，此类产品将得到快速发展。

表面处理技术

PCB 表面的铜层需要保护，以防止铜氧化和劣化，并在组装过程中提供可靠的连接表面。PCB 制造中常用的一些表面涂层包括含铅或无铅热风整平焊料、浸锡、有机可焊性保护膜、化学镀镍/金和电镀镍/金。

HDI板与IC封装基板的表面处理层已由化学镍/金（ENIG）发展为化学镍/钯/金（），有助于避免元器件安装后出现黑焊盘，影响可靠性。

对镀层中的钯层进行了分析，钯层结构包括纯钯和钯磷合金，二者硬度不同，因此在键合和焊接时需要选择不同的钯层。

经过可靠性影响评估，微量钯的存在将会增加铜锡的生长厚度；而过量的钯含量将会产生脆性的钯锡合金，从而降低焊点的强度，因此需要适当的钯厚度。

从PCB精细线路来看，化学镀钯/沉金（EPIG）表面处理效果优于化学镀镍/镀钯/沉金（），减少了对精细图形线宽/线距的影响。EPIG镀层较薄，不会引起线路变形；EPIG在焊接测试、打线测试后均能满足要求。

另外还有新型的在铜上直接化学镀钯(EP)或直接浸金(DIG)，或在铜上化学镀钯及自催化镀金(EPAG)镀层，其优点是适合金线或铜线压合、因无镍层而高频特性较佳、镀层较薄更适合细线路图形、减少工序及成本。

PCB 最终涂层的改进包括引入化学镀镍银 (NiAg) 涂层，其中银具有良好的导电性和可焊性，镍具有耐腐蚀性。有机涂层 OSP 性能得到改善，提高了耐热性和可焊性。还有一种有机金属复合 (OM) 涂层，当应用于 PCB 的铜表面时具有良好的成本效益。

清洁制造

“绿色”和“环保”如今已成为PCB制造技术进步的重要标志，除了尝试采用印刷电子、3D打印等革命性的清洁生产技术外，现有的PCB制造技术也在不断向清洁生产方向改进，如寻找替代有毒有害物质的材料、减少加工步骤、减少化学品的消耗、减少水和能源的使用、采用可回收利用的材料等。

具体来说，采用无毒无机材料作为阻燃剂，同时采用无卤素基材，提高电性能、热导率、热膨胀系数；采用激光直接成像，减少操作工序和材料消耗；采用半加成法，减少电镀铜和蚀刻铜的消耗；采用直接金属化孔工艺，杜绝化学镀铜溶液中有毒有害物质；采用导电浆料印刷，使通孔互连加工清洁、简单。

直接金属化技术由来已久，多年来日臻成熟。直接金属化工艺包括炭黑和导电聚合物体系。使用碳或石墨、导电聚合物代替钯活化，并从化学镀铜溶液中消除有毒的甲醛、氰化物和难以处理的EDTA络合剂。

胶体石墨直接孔金属化技术分散稳定，与多种树脂吸附性好，胶体石墨直接孔金属化工艺在刚性PCB制造中已有多年应用，目前已可应用于复杂盲孔、埋孔、任意层互连的HDI板、挠性板、刚挠结合板，可减少工艺及设备空间、废水量，有利于环境保护，提高生产效率和最终产品的高可靠性[24]。

PCB生产过程中产生的废弃物甚至危险废弃物都不再是“废弃物”，例如多余的铜蚀刻液、微蚀刻处理液、电镀清洗液等都趋向于在线回收再生。一些新设计的生产线设备，无论是蚀刻线还是垂直电镀线、水平电镀线，都考虑配置在线回收再生装置，以及段间风刀的合理配置、循环泵的节能、药液的自动分析添加等，延长药液的使用寿命等。这些措施对提高质量和节能环保都是有益的。

印刷电路板制造流程

印刷电路板的生产非常复杂，这里我们以四层印刷电路板为例来体验一下PCB是如何制造出来的。

层压

这里就需要用到一种新的原材料，叫半固化片，它是芯板（PCB层数>4）之间、芯板与外层铜箔之间的黏合剂，同时也起到绝缘的作用。

下层铜箔和两层半固化片已经通过对位孔和下层铁板预先固定到位，然后将准备好的芯板也放入对位孔内，最后在芯板上依次覆盖两层半固化片、一层铜箔和一层承压铝板。

被铁板夹住的PCB板放置在支架上然后送入真空热压机进行压合，真空热压机内的高温可以使半固化片中的环氧树脂熔化，并在压力的作用下将芯板与铜箔固定在一起。

压合完成后，将压住PCB的上层铁板取下。然后取下承压铝板，铝板也起到隔离不同PCB的作用，保证PCB外层铜箔的平整度。此时取出的PCB两面都会覆盖一层平整的铜箔。

钻孔

要将PCB中互不接触的四层铜箔连接起来，必须先钻出从上到下贯穿PCB的孔，然后将孔壁金属化才能导电。

使用X光钻孔机对内层芯板进行定位，机器会自动寻找并定位芯板上的孔，然后在PCB上打定位孔，保证下次钻孔是通过孔的中心。

冲孔机上放一层铝板，再把PCB放在上面，为了提高效率，会根据PCB的层数，将1~3块相同的PCB叠在一起冲孔，最后在最上面的PCB上放一层铝板，两层铝板是为了防止钻头钻进钻出时，PCB上的铜箔被撕破。

在之前的压合过程中，融化的环氧树脂被挤出PCB板外，因此需要将其切除。模板铣床根据PCB板正确的XY坐标对PCB板的外围进行切割。

铜在孔壁上的化学沉淀

由于几乎所有的PCB设计都使用穿孔来连接不同层的线路，良好的连接需要孔壁上有25微米的铜膜。这个厚度的铜膜需要通过电镀来实现，但孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成的。

所以第一步是在孔壁上沉积一层导电材料，通过化学沉积的方式在整个PCB表面包括孔壁上形成1微米厚的铜膜，整个化学处理、清洗等过程均由机器控制。

固定 PCB

清洁 PCB

运输 PCB

外层 PCB 布局转移

接下来会把外层PCB布局转移到铜箔上，这个过程和前面的内层芯板PCB布局转移原理类似，都是用影印片和感光膜把PCB布局转移到铜箔上，唯一的区别就是会用正片来制板。

内层PCB布局转移采用减成法，以负片为板，线路被PCB上固化后的感光膜覆盖，清洗掉未固化的感光膜，蚀刻掉露出的铜箔后，PCB布局线路被固化的感光膜保护而残留。

外层PCB布局转移采用正常方法，以正片为板面，PCB上无电路区域被固化的感光膜覆盖，清洗未固化的感光膜后进行电镀，薄膜不能电镀，先镀铜再在无薄膜区域镀锡，去膜后进行碱蚀，最后除锡，电路图形因有锡的保护而留在板上。

用夹子夹住PCB，然后电镀铜。前面提到过，为了保证孔位有足够好的导电性，孔壁上电镀的铜膜必须有25微米厚，所以整个系统会由电脑自动控制，以保证其准确性。

外层 PCB 蚀刻

接下来，完整的生产线完成了蚀刻过程。

2019年将是5G到达的一年，这是所有事物的真正互连的开始。物联网电子将成为5G的优先受益人。

这些设备，买的人最多，值得推荐！
【新世界，黑科技】
SMT行业头条
 行业领先的一站式自动化解决方案提供商
专注于电子制造领域10年以上丰富经验！
拥有行业最大SMT整线一站式解决方案
供需资源对接平台！




老板寻找资源！SMT行业！


聚集1152万电子从业人员的声音
务实●分享●诚信●互助●创新

☟   ☟   ☟
更多精彩文章阅读 : 

➥就刚刚，电子工厂无人化大展视频曝光后，瞬间刷爆了眼球！网友纷纷点赞!

➥SMT行业电子厂从业人员，你必须懂得这些（深度好文 强烈推荐）

➥MES与APS有啥区别？电子制造业如何利用WMS使企业快速发展 ？

➥中國SMT最大錫膏印刷及回流焊接工藝与技術交流高端社群，欢迎加入

➥本文链接：http://ylcbzp.com/detail/id/78597.html