龔永林

本刊主編

2021年是繼2020年全球新冠病毒（COVID-19）疫情蔓延后繼續(xù)橫行，然而全球經(jīng)濟逆行上升，出現(xiàn)了增長。在此大環(huán)境下，電子電路產(chǎn)業(yè)更是有兩位數(shù)的增長，但在這可喜的數(shù)字背后是充滿了艱辛不易，技術(shù)的進步是重要支撐力。在2021年中，以印制電路板（PCB）制造為中心的電子電路產(chǎn)業(yè)未見有驚人的里程碑式技術(shù)出現(xiàn)，而技術(shù)進步是不斷的，以下僅憑個人之見整理一些這一年的技術(shù)熱點。

1 設(shè)計技術(shù)更趨復雜

1.1 PCB性能主要要求

當今電子設(shè)備都進入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化時代，電子產(chǎn)品追求高功能、低能耗且輕薄短小，特別是信號傳輸?shù)母咚俑哳l化不斷提升，這也不斷提升PCB的性能要求。這些主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1.1.1 強調(diào)信號完整性

高頻電路要維持信號完整性（SI）就得減少插入損耗。插入損耗是幾種不同類型損耗的總和，包括導體損耗（來自金屬導體）、介質(zhì)損耗（來自基底材料）、輻射損耗（來自電路的輻射能量）和泄漏損耗（來自銅平面之間的能量泄漏）[1]。影響PCB高頻電路插入損耗的主要因素是導體損耗和介質(zhì)損耗。

高頻電路的介質(zhì)損耗主要決定于基材的介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗因子（Df），還有是絕緣介質(zhì)層的厚度。導體損耗主要決定于導線寬度和導體銅表面的粗糙度，由于趨膚效應(yīng)在粗糙的銅表面會產(chǎn)生更大的導體損耗。另外，電磁波的相位也是毫米波電路正常工作的一個關(guān)鍵電氣參數(shù)，高的Dk和銅粗糙度會增加相位角，引起信號失真。

“趨膚效應(yīng)”是信號衰減的一個重要因素。用二維場解算器測量證明，頻率越高電流流過銅導體表面的深度越淺。如圖1所示[2]，傳輸線橫截面中的電流在1 GHz時集中在約2.1 μm深的表層中，在10 GHz時電流集中在0.66 μm深的表層中，它們的中心部位成了電流空白區(qū)。導體銅的厚度對趨膚深度沒有影響，而增加導線寬度會降低阻抗，頻率越高和導線越長會增加損耗如圖1所示。

圖1 三種不同頻率下相同對稱帶狀線導線的趨膚深度

高速數(shù)據(jù)傳輸電路還得最大限度地減少電磁干擾和信號串擾，簡單方法是增加線路間距，縮短路線，避免長的平行線段；在3 GHz以上高頻時，板面化學鍍鎳/金（ENIG）中鎳會引起共振行為增加插入損耗，應(yīng)避免使用鎳；阻焊層也會影響高速信號完整性，阻焊層應(yīng)厚薄一致。PCB設(shè)計時選用何種類型導通孔，如鍍通孔、盲孔或埋孔不同結(jié)構(gòu)，也會不同程度地影響到電氣性能和信號完整性[3]。

1.1.2 加強熱管理

電子設(shè)備更高的配置密度和更快的傳輸速率帶來更高發(fā)熱量，有源和無源組件、機械連接器和散熱元件所有這些都安裝在PCB上，熱管理是日益嚴峻的挑戰(zhàn)。

熱量如何從系統(tǒng)中散發(fā)/傳遞出去取決于環(huán)境條件。必須根據(jù)運行環(huán)境條件采取設(shè)計措施，以確保溫度分布均勻和得到散發(fā)，有溫度上升也在限值范圍內(nèi)。設(shè)計師應(yīng)對整個系統(tǒng)的熱傳導、對流和輻射進行建模，可用精確的3D熱解算器及一套集成的工具和流程，進行系統(tǒng)級熱分析獲得有效的熱解決方案。

PCB的熱管理設(shè)計，除了元件布局外，考慮到導體的截面積和載流量，可以使導體盡量寬厚，有條件時有意增加散熱導體。為幫助散熱，采用導熱孔已是常識。進一步的PCB設(shè)計是釆用高耐熱與導熱性基材，采用含金屬基底板或金屬芯板的基板，采用埋置或嵌入金屬塊結(jié)構(gòu)等。

PCB的熱管理設(shè)計還得考慮裝配過程，需要精確控制焊接溫度和時間，這需要根據(jù)PCB基材和尺寸、厚度及焊料特性、組件類型設(shè)定焊接參數(shù)，避免PCB和元件受到熱沖擊受損，確保電子電路的安全可靠。

1.1.3 輕薄短小發(fā)展

電子設(shè)備小型化勢必是PCB和元器件小型化。元器件尺寸趨于微小化，如貼片式元器件（SMD）尺寸常規(guī)最小的是01005規(guī)格（0.4 mm×0.2 mm），現(xiàn)在又有008004規(guī)格（0.25 mm×0.125 mm），這相當于貼裝占有面積比率減小了大約1/2，PCB的布線密度增加了1倍。電子設(shè)備給予PCB的空間縮小，而PCB的功能不減反增，PCB的發(fā)展是線更細、孔更小、層數(shù)更多、層間更薄。

高密度互連（HDI）板已從1階或2階積層互連提高到3階或4階積層及任意層積層互連。HDI板的線寬/線距和導通孔細小化接近于IC封裝載板，稱為類載板（SLP）?，F(xiàn)有IPC 標準工作組又提出超高密度互連（UHDI）新概念[4]。UHDI板的導線寬度和間距小于50 μm、層間介質(zhì)厚度小于50 μm、微導通孔直徑小于75 μm，性能超過現(xiàn)有IPC 2226的HDI板C級；UHDI結(jié)構(gòu)是趨同類載板（SLP）和IC封裝載板，實現(xiàn)線寬和間距從40 μm過渡到20 μm，生產(chǎn)技術(shù)從減成法、改進半加成法（mSAP）轉(zhuǎn)變?yōu)榘爰映煞ǎ⊿AP）。

元器件尺寸微小化，I/O節(jié)距0.8 mm已成熟，節(jié)距0.4 mm或更小的也已出現(xiàn)。在這寸土如金的PCB表面為了能安裝更多元器件，PCB設(shè)計采取導通孔上覆蓋連接盤（Pad on Via），或者稱連接盤下設(shè)置導通孔（Via in Pad），這種PCB上導通孔進行電鍍銅填孔或?qū)щ姼嗳讟?gòu)成連接盤，現(xiàn)在也普遍采用。

1.2 追求卓越設(shè)計

現(xiàn)在的PCB設(shè)計不僅是達到電氣與機械基本功能，而且要求卓越。卓越設(shè)計（DFX：Design for Excellence）體現(xiàn)于許多方面，是從電子電路全局考慮的設(shè)計。PCB設(shè)計要做到卓越完美確非易事，首先要做到的是可解性設(shè)計（DFS：Design for Solvability）、性能設(shè)計（DFP：Design for Performance）、可制造性設(shè)計（DFM：Design for Manufacturing）。DFS是設(shè)計師確定電路板的結(jié)構(gòu)尺寸，解決X、Y和Z的布局、布線；DFP是設(shè)計師確保電路板的電氣、機械性能，尤其要滿足所有SI、EMI和熱性能指標；DFM是符合制造條件，并能高產(chǎn)量、低成本地生產(chǎn)出合格PCB。要做到卓越設(shè)計，當前關(guān)注比較多的是設(shè)計軟件和可制造性。

1.2.1 設(shè)計軟件工具

當前若沒有電子自動化設(shè)計（EAD）系統(tǒng)和計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)，PCB設(shè)計是無法完成的。CAD系統(tǒng)又按電氣與機械分為ECAD和MCAD。在國際上有多家PCB設(shè)計專業(yè)公司不斷推出新的PCB設(shè)計軟件。

高級的PCB設(shè)計軟件功能：直觀地布局和布線；高速與高密度電路可實現(xiàn)準確的傳播延遲控制和阻抗顯示；ECAD工具能測定電氣參數(shù)，自動布設(shè)線路軌跡及調(diào)整長度；MCAD工具能在3D環(huán)境中確定PCB結(jié)構(gòu)尺寸，確認3D元件位置和裝配外殼間距等，包括撓性板、剛撓結(jié)合板的機械方面要求。

針對通訊、計算機或汽車產(chǎn)品的特殊性又有專用PCB設(shè)計軟件，為客戶提供3D范圍的電氣、電磁、電源和熱、機械等全方位的系統(tǒng)分析，具有高效、高速解決方案；并實行全自動設(shè)計規(guī)則檢查（DRC），從而大大縮短設(shè)計時間，正確完成PCB設(shè)計。

對于高速電路需要采用設(shè)計軟件工具以模擬仿真來分析驗證設(shè)計效果。如啟動信號完整性核準，經(jīng)評估權(quán)衡提供正確的參數(shù)值，減少串擾、阻抗、延遲、耦合和時序約束等問題以減少失真。通過軟件對所有設(shè)計系統(tǒng)進行精確建模分析，包括電分析和熱分析結(jié)合起來。

PCB設(shè)計工具（硬件與軟件）在不斷推陳出新，可惜少見國產(chǎn)PCB設(shè)計軟件問世！

1.2.2 可制造性設(shè)計

DFM目的是設(shè)計的PCB符合制造條件與能力，也兼帶考慮裝配、測試、成本（DFA、DFT、DFC）等因素。鑒于當前PCB新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，對設(shè)計工作中DFM更加重視。

首先，確保設(shè)計成功應(yīng)遵循一些準則，如多層板選擇偶數(shù)層，Z軸中心上下各層應(yīng)平衡對稱減少整板翹曲，外層電路兩面導體分布盡可能均勻平衡，線路與連接盤轉(zhuǎn)接使用圓角。RF多層板選擇基材混壓時兼顧電氣性能、可靠性和成本。需阻抗控制的傳輸線設(shè)計應(yīng)考慮到相應(yīng)的制造誤差，阻抗的允許誤差放寬些；設(shè)置附連測試板供一些重要性能檢測和跟蹤追溯。撓性電路板和剛撓結(jié)合板設(shè)計和制造具有特殊性，DFM方面也有特殊規(guī)則。

PCB設(shè)計師要了解影響PCB成本的因素?，F(xiàn)在基材供應(yīng)商以及規(guī)格型號眾多，應(yīng)選擇合適的而不是性能最高的。拼版是影響PCB成本的重要因素，如何將一個或多個PCB單元放置在同一塊在制板上，實現(xiàn)最大的材料利用率也是設(shè)計師需考慮的。拼版設(shè)計除了考慮PCB制造過程中輔助區(qū)域外，還有PCB裝配的定位、測試和分板等需要。

設(shè)計師可以在產(chǎn)品開發(fā)過程中利用軟件工具及時進行DFM分析，可以根據(jù)潛在制造商的能力，快速確定設(shè)計要求是否符合制造條件。如檢測到導線最小間距和間距平行長度問題，導通孔殘樁及外層不需要的導體等。DFM報告能給出PCB的一般信息，以及設(shè)計錯誤派生的統(tǒng)計信息，顯示分析結(jié)果。

DFM不再是PCB設(shè)計師可做或不做，而是必做的。并且 PCB設(shè)計全過程要具有DFM意識，使PCB設(shè)計規(guī)則與制造和裝配的能力保持一致。設(shè)計全過程DFM是一種高價值的戰(zhàn)略體現(xiàn)，在設(shè)計期間及時發(fā)現(xiàn)和糾正問題，使后續(xù)整個電子電路生產(chǎn)順利進行節(jié)省了時間與成本。

1.3 設(shè)計數(shù)據(jù)格式規(guī)范

隨著PCB技術(shù)進步和PCB設(shè)計復雜化，PCB設(shè)計數(shù)據(jù)格式在演變發(fā)展，并且也在向智能化發(fā)展。目前行業(yè)內(nèi)主要有Gerber、ODB++和IPC-2581三種數(shù)據(jù)格式分別被用于PCB生產(chǎn)，各自都有熱情的支持者。

大多數(shù)PCB設(shè)計仍然以Gerber格式輸出，它已有60年歷史[5]。它最初是一種用于光電繪圖儀的純圖像格式，經(jīng)過多次擴展Gerber變成了一種簡單明了的CAD至CAM數(shù)據(jù)傳輸格式。Gerber X2在Gerber文件中添加了額外的信息，又有Gerber X3添加了組件信息。Gerber作業(yè)文件是包含表面涂飾、材料規(guī)格尺寸、產(chǎn)品性能等的獨立文件。在當前狀態(tài)下，Gerber格式是完整的，它包含了制造所需的一切。

ODB++起源于1995年，在業(yè)界已經(jīng)有26年了[6]。以前ODB++是一種單一設(shè)計格式，現(xiàn)在 ODB++形成了系列，分解為ODB++設(shè)計、ODB++過程和ODB++制造。ODB++設(shè)計是用于傳遞PCB從設(shè)計到制造的完整產(chǎn)品模型的格式；ODB++過程是提供從CAM系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)驅(qū)動SMT設(shè)備進行PCB組裝的通用通訊格式；ODB++制造是有一個通用的標準進行從各種自動化機器和手動過程中收集和聚合數(shù)據(jù)。ODB++家族在擴展，每年都在獲得新用戶，在智能格式中僅次于Gerber，位居第二。

CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換盡管已經(jīng)有Gerber，ODB格式相當普遍，IPC為了有自己認可的標準格式，從2011年開始制訂IPC-2581標準，到2020年底發(fā)布C版了[7]。IPC-2581格式添加越來越多智能數(shù)據(jù)的能力，創(chuàng)建了外形、鉆孔和表面涂層和BOM表信息，包含了剛撓電路的完整構(gòu)建意圖，以及可以添加更多特定的數(shù)據(jù)。它還集成了IPC的連接工廠設(shè)備數(shù)據(jù)交換（CFX）格式，基于IPC-2581中的數(shù)據(jù)引入了一種標準格式，可用于制造商和設(shè)計中心之間的通信。

上述三種從CAD到CAM之間傳輸數(shù)據(jù)格式各有優(yōu)勢和欠缺，用戶用什么工具和格式最適合由自己選擇?？傊?，這些數(shù)據(jù)格式都能實現(xiàn)PCB的CAD與CAM系統(tǒng)銜接，進行自動化文檔編制，快速生成全面的電子圖紙，闡明PCB制造要義，成為一份電子文檔指示PCB制造、組裝和檢查過程。

1.4 設(shè)計與制造間的合作

傳統(tǒng)的PCB制造企業(yè)是接單生產(chǎn)、按圖加工。如今PCB制造商是提供解決方案、一站式服務(wù)。復雜的PCB若仍“按圖加工”可能無法滿足設(shè)計師的原有構(gòu)思功效，其原因在于PCB設(shè)計師不知道PCB制造工藝能力，在于PCB制造工程師不明白PCB性能要點，兩者的脫節(jié)會產(chǎn)生“誤解”與“失誤”。因此完全有必要將PCB設(shè)計師和制造工程師整合到同一前端工程團隊中，成為密切合作伙伴關(guān)系。設(shè)計師和制造工程師雙方各有不同的技術(shù)知識，開放溝通對設(shè)計目標的理解，能使設(shè)計的產(chǎn)品符合最大利益,包括優(yōu)化功能、降低材料與制造成本，防止錯誤減少浪費，達到最快上市時間。

PCB設(shè)計和制造之間合作的做法是在設(shè)計PCB之前，與制造商建立業(yè)務(wù)關(guān)系；讓設(shè)計團隊與制造技術(shù)的所有成員都參與進來；設(shè)計與制造關(guān)聯(lián)的專業(yè)技術(shù)資源交流共享；全過程經(jīng)常溝通，融洽和簡化設(shè)計流程，一旦完成PCB設(shè)計就可快速投入制造。

例如PCB制造工程師要讓設(shè)計師了解PCB的工藝與技術(shù)能力，如減成法與半加成法工藝的區(qū)別，產(chǎn)品不同的結(jié)構(gòu)和工藝路線會帶來不同的制造能力和生產(chǎn)成本，以及有關(guān)板厚孔徑比、孔徑與連接盤環(huán)寬、線路蝕刻精度、導通孔填充、阻抗控制等因素；PCB設(shè)計師要介紹該PCB的關(guān)鍵尺寸和性能參數(shù)，把控的重點，而不是簡單地說按行業(yè)標準2級或3級要求就完事。雙方經(jīng)過溝通協(xié)商，一些超出常規(guī)標準的設(shè)計或制造難題是完全可以解決的。

尤其是一些新產(chǎn)品和特種PCB的設(shè)計與制造更需要合作。如有些特種PCB對高頻基材混壓的選擇，采用埋嵌銅塊或金屬基板的散熱方式的選擇，以及剛撓結(jié)合的互聯(lián)結(jié)構(gòu)的選擇等，這一切都需要PCB的設(shè)計者與制造者的合作。

PCB設(shè)計是豐富多彩世界，完美的PCB設(shè)計應(yīng)是科學與藝術(shù)的結(jié)合?？茖W是根基，確保必須有功能；藝術(shù)是充分發(fā)揮想象力，使產(chǎn)品更趨完美；設(shè)計者與制造者的合作更能發(fā)揮科學與藝術(shù)的結(jié)合。技術(shù)在發(fā)展，知識需要不斷擴充，雙方的互學互幫、互助互利應(yīng)持續(xù)不斷。

2 更加注重管理和成本因素

2.1 面臨的艱難

2021年新冠病毒疫情延續(xù)，但人類有了些經(jīng)驗和對策，全球經(jīng)濟走向恢復、上升。電子電路產(chǎn)業(yè)在2021年產(chǎn)量增長很大，然而增產(chǎn)與增利并不同步。不少企業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)值顯著增加，而利潤增長很少甚至不增，這是有客觀環(huán)境不利所致。

不利的客觀環(huán)境首先是原材料漲價，PCB主要原材料覆銅板、銅箔和半固化片多次漲價，這是最直接的因素，其他化工材料也在漲價。還有是人工成本、運輸費用、水電費用等都在上漲。反之，PCB售價因客戶拒絕漲價而不能提價，或者提價幅度遠小于原材料上漲幅度，這就造成了PCB企業(yè)利潤率下降、經(jīng)營困難。當然，行業(yè)內(nèi)也有產(chǎn)量、利潤同步雙增長的PCB企業(yè)，分析其原因在于PCB產(chǎn)品技術(shù)含量高、競爭性少、做到高售價高利率。

漲價是社會現(xiàn)象，從生產(chǎn)資料到生活用品都在漲價，誰不漲價恐怕就難以為繼。至于PCB難以漲價，我認為可從市場常識“物以稀為貴”及反之“物以泛為賤”這句話就可以去解釋了。

另外，由于國際上貿(mào)易爭端，加上新冠疫情存在，這些不確定因素造成供應(yīng)鏈不暢、訂單風險、匯率波動等經(jīng)營方面的不利。

2.2 關(guān)注技術(shù)細節(jié)以求更佳效益

PCB制造企業(yè)即使經(jīng)營艱難，而各企業(yè)決不“束手待斃”，仍在“披荊斬棘”前進！在技術(shù)上雖然沒有大改革，而點點滴滴的技術(shù)改進為增產(chǎn)增效做出了貢獻。

降低印制板成本的幾個方面，首先是基板材料的選擇，設(shè)計師在選定PCB基材時不要把所用基材規(guī)格型號定得過細過死，允許采用同類等效基材，這可避免制造商為采購基材而成本過高或影響交貨期。高速、高頻和高熱需求的推動下，標準FR-4層壓板不再適用，使用高端原材料不可避免地會更加昂貴,釆用合理的基材混壓結(jié)構(gòu)是節(jié)省基材成本的好方法，混壓結(jié)構(gòu)形式又有多種，可做更佳選擇。

基板的銅厚要恰當，過厚會增加成本和重量，以及加工難度。如達到小于50 μm/50 μm（2/2 mil）線寬/線距的細線路，為保證蝕刻控制良好，需要較薄的銅厚度和全板銅厚均勻。當銅厚度保持在不大于20 μm，并且整批板銅的厚度均勻，以及使用適當?shù)目刮g劑，則蝕刻可以達到25 μm（1 mil）±1 μm的線寬/線距范圍[8]。

PCB表面涂飾有許多種類可供選擇[3]，所有涂飾層都有優(yōu)點，也有一定的局限性。若裝配合適則選用OSP、HASL或ImAg、ImSn，它們的成本較低；ENIG、ENEPIG等因金屬材料漲價而成本更高。另外，面對PTH等化學品漲價，可設(shè)法采用效率高成本低的直接金屬化孔電鍍，減少化學品用量和工藝步驟。

2.3 向精益管理要效益

面對成本上升、經(jīng)營困難，更需要重視科學管理，管理中蘊含技術(shù)，實施向管理要效益。

市場競爭制勝的立足點是滿足客戶要求，客戶關(guān)心的重點為產(chǎn)品質(zhì)量和交貨期。因此首先是抓質(zhì)量，減少缺陷和提高產(chǎn)品合格率，這是最直接的見效方式。PCB制造技術(shù)變得越來越復雜，提高質(zhì)量重要的是過程控制，開展過程控制的重要工具是統(tǒng)計技術(shù)（SPC）。如在生產(chǎn)實踐中，鉆孔不佳孔壁非常粗糙，必須控制鉆頭的鉆孔數(shù)；電鍍過程需測定鍍液中有機添加劑含量，應(yīng)設(shè)置自動分析和補充添加系統(tǒng)，并配置恰當?shù)娜芤哼^濾、攪拌裝置；水清洗要考慮水質(zhì)、水量和水溫，這與清洗效果大有關(guān)系。通常工廠會把SPC圖表貼在墻上以示在監(jiān)控生產(chǎn)過程，但如果沒有如實記錄或執(zhí)行，那就僅是騙人的擺設(shè)。

做好質(zhì)量控制需要有解決技術(shù)問題的團隊，掌握解決問題的思維技能和工具，包括把握6西格瑪和PDCA規(guī)則，應(yīng)用SPC統(tǒng)計過程控制技術(shù)。經(jīng)過培訓使技術(shù)人員們掌握帕累托圖、直方圖、魚骨圖、散點圖、過程能力指數(shù)、控制圖和檢查表，及DOE實驗設(shè)計、FMEA失效模式分析等技能，把這些工具深入應(yīng)用就會取得質(zhì)量控制成效。

制造作業(yè)優(yōu)化是一個廣泛的課題，需要技術(shù)和業(yè)務(wù)管理結(jié)合?，F(xiàn)在PCB生產(chǎn)越來越依賴設(shè)備，當然新設(shè)備有其優(yōu)勢，但老設(shè)備并非無能為力，培訓操作員能夠了解每臺機器的所有特性發(fā)揮最佳作用，加強維護和改進仍然可以制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品而體現(xiàn)價值。PCB生產(chǎn)工藝方法通常是通用性的，具有較寬的操作范圍，可以優(yōu)化條件而降低物耗。還有根據(jù)產(chǎn)品的等級和復雜性不同，可設(shè)定個性化的工藝流程，在技術(shù)支撐下勇于走捷徑。以個性化的工藝生產(chǎn)個性化的產(chǎn)品，當然也要配以個性化管理，定會有顯著的品質(zhì)和效益。

開展提高產(chǎn)量和減少廢品的標桿管理對于生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量的提升有積極作用[9]。在一個集團企業(yè)中各個工廠之間有很多類同工序可測定作業(yè)基準，進行比較競賽；在同一工廠內(nèi)有不同工序區(qū)域與班組，可樹立管理標桿進行比較競賽；在同行業(yè)內(nèi)了解競爭對手的質(zhì)量、成本、交貨期情況，可以取長補短、設(shè)定目標改善自身管理水平。同時，與合作伙伴及供應(yīng)商之間交換信息，確定改進計劃。把標桿管理視作為一項措施，可以實現(xiàn)技術(shù)、質(zhì)量和產(chǎn)量的進步。

由于PCB復雜性，從原材料準備到產(chǎn)品交付流程多、周期長。有些企業(yè)現(xiàn)在正以數(shù)字化推動精益制造，工廠建立制造運營管理（MOM）的信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化管理控制，有各種可用的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）軟件解決方案。新一代管理平臺幫助企業(yè)合理調(diào)配資源和控制時間進度，達到縮短生產(chǎn)與交貨時間。進一步的是全數(shù)字制造解決方案，從原材料到成品的每個生產(chǎn)階段提供詳細、完整和準確的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將允許機器、生產(chǎn)線和軟件以交互方式進行改進，可以立即解決問題并最大限度地提高機器利用率、產(chǎn)量和質(zhì)量，其結(jié)果也可提供追溯性報告。

數(shù)字化與自動化融合，能從AGV傳送系統(tǒng)到機器人操作，使機器能夠在無人環(huán)境中運行，向智能工廠和工業(yè)4.0邁進。

3 精細化技術(shù)進展

3.1 加成技術(shù)趨于實用

高密度化是PCB技術(shù)永恒的主題，線路圖形繼續(xù)向精細化發(fā)展。為擺脫減成法（銅箔刻蝕）制作線路圖形的局限性，PCB制造技術(shù)正在向半加成法、加成法發(fā)展。

在半加成法（SAP）技術(shù)中，目前衍生的有改進型半加成法（mSAP），是通過減薄銅層進行快速蝕刻形成線路圖形，該技術(shù)已成熟，代替減成法在HDI板制造中大量應(yīng)用。現(xiàn)在又有由Averatek公司開發(fā)的A-SAP?技術(shù),用于精細線路PCB制造[10]。A-SAP的優(yōu)點最明顯的可以得到25 μm以下的細線路，如原為8層板的設(shè)計，可以重新設(shè)計為4層板，它大大簡化了結(jié)構(gòu)和制造成本；形成的線條側(cè)面是直的，不是梯形的，有利于傳輸線阻抗控制和改善信號完整性。現(xiàn)在正在做大量的建模和分析幫助PCB設(shè)計師對A-SAP技術(shù)理解，以便更好地實現(xiàn)A-SAP工藝應(yīng)用[11]。A-SAP技術(shù)滿足了當今對超高密度、高性能PCB、封裝載板和內(nèi)插板的需求。

美國印制電路工程協(xié)會（PCEA）最近介紹有關(guān)PCB細線路技術(shù)。如圖2[12]所示，PCB最小線寬/線距在美國現(xiàn)有能力75 μm，采用mSAP工藝25 μm，A-SAP可獲得小于15 μm，下一代可獲得小于5 μm。同時PCB的導通孔無論采取樹脂塞孔或鍍銅填孔，增加表面布線面積，都能提高可靠性和改善互連電性能。

圖2 PCEA的PCB最小線寬/線距能力

3D噴墨打印PCB是典型的加成法，其優(yōu)勢在設(shè)計靈活性，縮短工藝鏈、減少材料消耗，并有助IC封裝微型化。在PCB制造中有用催化介質(zhì)基板化學鍍銅，或直接打印導電油墨的不同方法，對于超精細線條圖案有一種噴墨打印機能夠達到1 μm的分辨率。目前噴墨打印加成法工藝制造寬25 μm的導線，厚度在20 μm～25 μm是標準的，在50 μm寬的線上可以完成50 μm的厚度，線寬控制±1 μm[13]。3D打印技術(shù)將改變PCB業(yè)務(wù)，不久將看到真正的三維電路板。

采用噴墨打印制作阻焊圖形和文字標記圖形已經(jīng)實用，并且更趨完全。新的噴墨打印裝置打印頭有多個噴嘴，附有紫外線固化，打印出皮升級微滴，微米級分辨率；有形成50 μm（2 mil）線條，打印裝置附有加熱、墨水循環(huán)和定位補償機構(gòu)的設(shè)計，使得打印圖形完美。從一個CAM站直接到噴墨系統(tǒng)，減少了大量的過程成本。

噴墨打印初期設(shè)備與油墨成本較高，隨著大量使用顯現(xiàn)出降低成本、綠色生產(chǎn)的優(yōu)勢。如有一種四頭噴墨打印機，2個頭白色字符，2個頭綠色阻焊，三個CCD相機實施快速校準定位，面板不需換位，所覆蓋的打印基板面積可以在580 mm×430 mm[14]。做到極其精確的打印，僅在需要的線路區(qū)域上掩蓋阻焊，并且減少了阻焊劑用量（厚7 μm）；在噴印字符時兼帶條形碼標簽，減少了添加追溯條形碼標簽的成本。該過程消除了曝光、顯影等傳統(tǒng)的LPI阻焊加工工序。

有公司釆用DragonFly噴墨打印機，有兩個噴墨打印頭，同時沉積導體和絕緣體于基板，形成導電層和介質(zhì)層，并兼有導通孔，也可以完成阻焊層和標記文字圖形。該設(shè)備可生產(chǎn)高達50層的復雜多層PCB，數(shù)字化制造數(shù)據(jù)以Gerber輸入。這種加成制造電子（AME）技術(shù)特別適合于制造射頻天線和放大器，并且能夠在三維空間完成復雜的三維天線。

3.2 產(chǎn)品技術(shù)向更高端邁進

盡管整個經(jīng)濟因新冠病毒疫情受到限制，電子信息產(chǎn)業(yè)仍然生氣蓬勃，5G通訊、人工智能、新能源汽車和車載系統(tǒng)都需要高速高頻PCB；同時需要PCB高密度小型化，特別是在移動終端和可穿戴電子裝置。PCB制造企業(yè)都在為迎合新市場開發(fā)新技術(shù)。

高速高頻PCB技術(shù)需要性能優(yōu)良的基材，多年來低Dk、低Df、低CTE、低CAF、高耐熱等特性的基材不斷開發(fā)推出，但未有止境，因為通訊速度、頻率在不斷升高。如300 MHz以上就稱高頻了，5G基站用PCB的高頻是幾GHz與二十幾GHz，汽車雷達毫米波用高頻在77 GHz以上，有的在100 GHz以上了。因此“高頻基材”是有不同檔次的，Dk和Df值有高、中、低區(qū)別外，Dk和Df值還有低、甚低、超低之區(qū)分[10]。

高速高頻PCB技術(shù)除了基材因素外，制造過程同樣重要。多層板的介質(zhì)層厚度、導體厚度與粗糙度、導線精度都要嚴格控制。有一種采用半導體技術(shù)制造的小型玻璃基材PCB，應(yīng)用高頻140 GHz，要求導線截面趨于矩形，導線寬度誤差±1 μm，導體厚度2 μm±0.5 μm[15]。有以軍事、航空航天和醫(yī)療市場客戶為目標的PCB公司，將生產(chǎn)PCB線寬/線距25 μm（1 mil）的技術(shù)能力為目標，配置機器、人員、材料、工藝等。其中購買了LDI曝光機和定制了顯影、蝕刻和去膜系統(tǒng)，實現(xiàn)20 μm精細線條。

高頻PCB應(yīng)用面廣、需求量大，現(xiàn)在的智能手表也有射頻雷達單元PCB。PCB超薄化也是一種快速發(fā)展的技術(shù)，利用非常薄的黏結(jié)片生產(chǎn)多層板，如手機內(nèi)的超薄多層板8層厚度在0.5 mm以下。另外有快速發(fā)展的技術(shù)是在PCB內(nèi)部埋置更多的元件，以及厚銅和埋嵌銅塊PCB。當今高速度傳輸系統(tǒng)的需求又在開發(fā)光電電路，光子學在更高速率的數(shù)據(jù)傳輸方面發(fā)揮作用，光電PCB納入下一個微電子組裝中。

近來，IC封裝載板是PCB的一個熱門領(lǐng)域。由于一切都在變得越來越小，芯片的I/O密度更高，于是在進行微電子組裝中有了一個新的參與者內(nèi)插板（Interposer），其用于芯片模塊與載板之間承擔不同節(jié)距路徑間連接。采用內(nèi)插板這個平臺，IC縮小尺寸同時保持功能，實現(xiàn)更小的封裝，如圖3所示的3D-IC封裝可容納多個異構(gòu)芯片[16]。內(nèi)插板是比現(xiàn)有IC封裝載板更高密度的PCB，超細線路的線寬和間距可降低到5 μm，并會進一步到2 μm、1 μm。

圖3 3D-IC封裝例

4 結(jié)束語

PCB設(shè)計表面看仍是外形尺寸和孔線布設(shè)，而其內(nèi)在是看不見的電與熱等性能要求，PCB設(shè)計將決定整個電子電路系統(tǒng)功能。重視設(shè)計、重視設(shè)計軟件工具、重視設(shè)計與制造的結(jié)合，這是電子電路技術(shù)的熱點之一。

企業(yè)提高效益，在于開源節(jié)流。開源是開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新市場，帶來新收益，每年的技術(shù)熱點中也必有其一。節(jié)流是減少消耗、節(jié)省成本，提高收益率，在當前經(jīng)營艱難之際點點滴滴的技術(shù)改進也成熱點之一。

技術(shù)熱點是指當前行業(yè)內(nèi)關(guān)注度較高的技術(shù)動向，其中有些可能是延續(xù)多年的熱點。所述熱點是希望同行們重視之。