印制电路技术现状与发展趋势

*,LOGO,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,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,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,3,PCB,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,5,19.1 PCB,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。,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(Dual in-1ine Package),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。,(,二,),表面安装技术,(SMT),用,PCB,阶段，或用于,QFP(Quad flat package),和走向,BGA(Ballgrid Array),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。,(,三,),芯片级封装,(CSP),用,PCB,阶段，或用于以,SCM,BGA,与,MCM,BGA,为代表的,MCML,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,( 0.1mm),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(ChipScale Package),的要求。,BUM(Buildup Multilayer,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,!,19.2,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,191),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,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,610,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。,(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(Chipscale package),或,FC(flipchip),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,!,(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。,(7),科,技,技,因,因,素,素,作,作,用,用,及,及,其,其,所,所,占,占,比,比,例,例,将,将,越,越,来,来,越,越,多,多,当,今,今,的,的,PCB,产,品,品,已,已,进,进,入,入,“,“,一,一,代,代,设,设,备,备,、,、,一,一,代,代,产,产,品,品,”,”,的,的,时,时,代,代,，,，,或,或,者,者,说,说,是,是,“,“,七,七,分,分,设,设,备,备,，,，,三,三,分,分,技,技,术,术,”,”,的,的,时,时,代,代,。,。,大,大,家,家,很,很,清,清,楚,楚,，,，,当,当,今,今,的,的,PCB,工,业,业,是,是,大,大,量,量,资,资,本,本,密,密,集,集,型,型,行,行,业,业,。,。,一,一,个,个,月,月,产,产,一,一,万,万,平,平,米,米,的,的,PCB,厂,所,所,需,需,投,投,资,资,至,至,少,少,要,要,1500,万,美,美,元,元,。,。,目,目,前,前,，,，,PCB,工业,面,面临,的,的问,题,题是,训,训练,有,有素,的,的技,术,术人,员,员，,加,加上,PCB,技术,的,的急,速,速发,展,展，,因,因此,人,人员,的,的培,训,训和,提,提高,对,对,PCB,产品,生,生产,质,质量,和,和开,发,发已,占,占重,要,要地,位,位。,这,这些,因,因素,综,综合,起,起来,的,的实,质,质是,科,科技,进,进步,因,因素,在,在起,作,作用,。,根据,统,统计,表,表明,，,，每,个,个劳,动,动力,在,在不,同,同科,技,技条,件,件下,劳,劳动,创,创造,的,的价,值,值差,别,别很,大,大，,如,如表,18,2,所示,，,，从,中,中可,以,以看,出,出科,技,技进,步,步的,突,突出,作,作用,。,。从,全,全世,界,界看,，,，本,世,世纪,初,初，,工,工业,发,发达,国,国家,的,的国,民,民生,产,产总,增,增长,，,，科,技,技因,素,素进,步,步作,用,用所,占,占的,比,比重,为,为,5,20,，到了,60,年代为,50,，而到,了,了,80,年代以来,，,，科技进,步,步因素所,占,占的比例,则,则上升到,60,80,。自,50,年代以来,，,，由于科,技,技进步的,差,差异，使,南,南北国家,经,经济的差,异,异越来越,大,大，或者,说,说，穷国,和,和富国差,异,异不断扩,大,大的根本,原,原因。,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,1,10,100,19,2,每个劳动,者,者在不同,科,科技条件,下,下创造的,价,价值,所以我们,在,在,PCB,生产和市,场,场竞争中,，,，要充分,重,重视科技,进,进步,(,或科技因,素,素,),的作用。,PCB,产品的市,场,场竞争是,个,个“公开,”,”的竞争,，,，而科技,因,因素却是,“,“隐蔽”,的,的竞争。,因,因此，,PCB,企业,(,或集团,),要加强科,技,技资金的,投,投入，建,立,立相应的,科,科技进步,中,中心等，,加,加速有关,技,技术和新,品,品的开发,研,研究和应,用,用研究。,只,只有掌握,和,和具备高,、,、新和先,进,进的科技,因,因素，才,能,能制造出,质,质量可靠,而,而可卖的,先,先进产品,，,，只有这,样,样，使,PCB,产品的制,造,造永远处,于,于良性循,环,环和不断,创,创新的状,态,态下，才,能,能占领市,场,场和参与,竞,竞争。,18.3,推动现代,印,印制电路,技,技术发展,的,的主要因,素,素,推动,PCB,工业发展,是,是人类社,会,会整体科,学,学技术进,步,步的结果,，,，但是其,主,主要的直,接,接因素是,集,集成电路,(IC),集成度的,持,持续急速,提,提高、电,子,子电路组,装,装技术的,进,进步和电,子,子信号传,输,输的高频,化,化与高速,数,数字化的,发,发展结果,。,。,集成电路,高,高集成度,化,化,1,IC,器件集成,度,度的进步,自,1984,年以来，,IC,器件集成,度,度有着惊,人,人的提高,。,。以,DRAM,器件为例,示,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,高了,255,倍，而,1997,年日本的,NEC,实验室发,表,表了容量,为,为,4GB,的器件,，,，其集,成,成度比,1993,年提高,了,了近,15,倍，比,1984,年提高,了,了约,4000,倍。全,世,世界,1999,年,IC,器件产,值,值为,1500,亿美元,，,，而,2000,年的,IC,器件产,值,值达到,3000,亿美元,，,，,2000,年比,1999,年，,IC,器件产,值,值增加,l,倍。这,些,些数字,意,意味着,IC,器件的,高,高密度,化,化技术,、,、产量,和,和产值,都,都得到,迅,迅速的,发,发展。,表,19-3 DRAM,技术的,进,进步,总之，,20,世纪,90,年代的,LSI,工艺发,展,展依然,按,按照摩,尔,尔定律,所,所揭示,的,的发展,速,速度增,长,长着，,即,即每三,年,年器件,尺,尺寸缩,小,小,2,3,，芯片,面,面积增,加,加,1.5,倍和芯,片,片中集,成,成晶体,管,管数目,增,增加,4,倍。这,十,十年来,，,，其精,微,微细加,工,工技术,已,已由,80,年代的,0.6,m,提高到,0.18,m,的水平,，,，并进,入,入了量,产,产阶段,，,，研究,成,成果甚,至,至达到,了,了,0.15,m(1998,年,),和,0.13,m(1999,年,),以及,0.10,m(2000,年,),的水平,。,。这些,成,成果给,人,人类、,世,世界军,事,事、经,济,济和民,生,生等各,个,个方面,带,带来了,翻,翻天覆,地,地的变,化,化，今,后,后仍将,继,继续发,展,展下去,。,。可以,预,预言，,2l,世纪的,集,集成电,路,路将会,冲,冲破精,微,微工艺,技,技术和,物,物理因,素,素等方,面,面的限,制,制，继,续,续以高,速,速度向,着,着高频,、,、插入,高,高速、,高,高集成,度,度、低,功,功耗和,低,低成本,等,等方向,迈,迈进。,2,IC,器件的,I/O,数的增,加,加,由于,IC,器件集,成,成度的,迅,迅速提,高,高必然,带,带来传,输,输信号,I/O,数的增加。,近,近几年来,IC,器件,I/O,数的发展示,于,于图,18-1,中。大家知,道,道插装的器,件,件其,I/O,数大多在,100,个以内，采,用,用表面安装,技,技术的,QFP,器件使其,I/O,数上升到,100500,之间。要进,一,一步提高,QFP,的,I/O,数，由于节,距,距太小，其,故,故障和成本,已,已无法接受,。,。而,BGA,器件安装，,由,由于检测和,返,返修的困难,，,，因此在,1996,年以前，,IC,器件的,I/O,数大多停留,在,在,500,个以下。自,1996,年由于,BGA,安装技术的,解,解决，器件,的,的,I/O,数迅速上升,，,，,1997,年器件,I/O,数已达,1500,个以上并已,市,市场化了，,这,这说明器件,的,的,I/O,数的提高比,图,图,18-1,中预计得还,要,要快。,图,18,1,器件,I/O,数的发展,但是，,PCB,导线宽度的,缩,缩小速度还,是,是落后于,IC,中线宽的缩,小,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,小化，以便,与,与,IC,线宽缩小相,匹,匹配。因此,，,，,PCB,的,L/S,缩小化还是,任,任重道远的,。,。,表,19,4 PCB,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）,3m,0.18m,0.10.005m,PCB,线宽,300m,100m,25,10m,差距,100,倍,560,倍,250,200,倍,安装技术的,进,进步,随着,IC,器件集成度,化,化的提高，,安,安装技术已,经,经由插装技,术,术,(DIP,或,THT),走到表面安,装,装技术,(SMT),上来了。目,前,前和今后势,将,将走向芯片,级,级封装,(CSP,或,SMT),技术，其核,心,心问题是高,密,密度化。各,种,种元器件的,集,集成化提高,程,程度及其安,装,装技术的发,展,展趋势或方,向,向如图,19-2,的,(A),和,(B),所示。组装,技,技术的进步,如,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,：,1,7.8,：,1, 1000,图,19,2,电路组装技,术,术的发展,自,80,年代中期出,现,现,SMT,以来，虽受,到,到人们的重,视,视，但进入,90,年代以来才,真,真正得到了,发,发展，特别,是,是,1993,年以来，,SMT,趋于成熟，,用,用于表面安,装,装的元器件,和,和,SMB,已在全世界,范,范围内得到,迅,迅速推广和,广,广泛应用。,如,如,1993,年美国所生,产,产的,PCB(,双面、多层,),已,100,为,SMB(,实际上是,THT,和,SMT,的,混,混,装,装,技,技,术,术,),。,近,近,几,几,年,年,来,来,，,，,经,经,过,过,实,实,践,践,应,应,用,用,，,，,比,比,较,较,、,、,筛,筛,选,选,和,和,发,发,展,展,的,的,进,进,步,步,，,，,SMT,己,相,相,对,对,集,集,中,中,于,于,QFP,和,BGA,技,术,术,上,上,，,，,其,其,结,结,构,构,示,示,于,于,图,图,19-3,中,。,。,图,19,3QFP,和,BGA,组,装,装,示,示,意,意,图,图,1,QFP,技,术,术,从,1997,年,来,来,看,看,，,，,QFP,技,术,术,已,已,在,在,SMT,中,占,占,主,主,导,导,地,地,位,位,。,。,有,有,人,人,估,估,算,算,，,，,1997,年,QFP,技,术,术,占,占,90,左,左,右,右,，,，,BGA,技,术,术,占,占,10,左,左,右,右,。,。,但,但,由,由,于,于,IC,器,件,件,集,集,成,成,度,度,的,的,提,提,高,高,或,或,IC,器,件,件,封,封,装,装,技,技,术,术,的,的,进,进,步,步,，,，,使,使,IC,器,件,件,I,0,数,迅,迅,速,速,提,提,高,高,(1997,年,，,，,BGA,器,件,件,的,的,I,0,数,己,己,超,超,过,过,1500,个,并,并,商,商,品,品,化,化,了,了,),，,精,精,细,细,节,节,距,距,减,减,小,小,，,，,如,如,0.635mm,一,0.50mm,一,0.40mm,一,0.3mm,的,要,要,求,求,，,，,QFP,技,术,术,便,便,受,受,到,到,了,了,严,严,重,重,的,的,挑,挑,战,战,，,，,其,其,故,故,障,障,或,或,失,失,效,效,率,率,，,，,成,成,本,本,和,和,生,生,产,产,管,管,理,理,等,等,明,明,显,显,增,增,加,加,，,，,可,可,靠,靠,性,性,便,便,成,成,问,问,题,题,(,见,图,图,18-4),。,因,因,而,而,有,有,人,人,主,主,张,张,：,：,QFP,技,术,术,适,适,应,应,范,范,围,围,500,个,I/O,数,，,，,或,或,精,精,细,细,节,节,距,距,0.50mm(,或,0.3mm),，,而,而,对,对,于,于,更,更,多,多,的,的,I/O,数,和,和,更,更,小,小,的,的,节,节,距,距,是,是,不,不,能,能,胜,胜,任,任,的,的,，,，,或,或,者,者,说,说,由,由,于,于,故,故,障,障,返,返,修,修,，,，,可,可,靠,靠,性,性,和,和,成,成,本,本,与,与,管,管,理,理,等,等,方,方,面,面,也,也,是,是,人,人,们,们,难,难,于,于,接,接,受,受,的,的,。,。,因,因,而,而,，,，,自,自,1997,年,以,以,后,后,，,，,QFP,元,件,件,在,在,SMT,中,的,的,比,比,例,例,越,越,来,来,越,越,少,少,了,了,，,，,特,特,别,别,是,是,I/O,数目大的器,件,件或需小面,积,积安装的器,件,件，采用,BGA,结构越来越,多,多了。,BGA,结构是目前,和,和今后电子,连,连接中最有,前,前途和根本,的,的方法之一,。,。,2,BGA,技术,有点像接力,赛,赛跑那样，,BGA,正是为了衔,接,接,QFP,技术而发展,起,起来并推动,安,安装技术继,续,续进步。因,此,此，,BGA,技术的主要,优,优点是解决,增,增加,I,0,数和精细节,距,距带来的成,本,本与可靠性,问,问题。同时,，,，其最大好,处,处还在于可,采,采用目前,SMT,常规设备和,方,方法来生产,并,并能保证质,量,量和生产率,，,，特别是检,测,测技术,(,如采用断层,剖,剖面式,X,射线技术等,),的解决，使,BGA,技术得到了,迅,迅速的推广,和,和应用，目,前,前正处方兴,未,未艾之势，,极,极大地推动,着,着安装技术,以,以及印制板,与,与,IC,器件的发展,。,。事实证明,从,从,1998,年起，,BGA,器件和,BGA,技术将会迅,速,速增加其比,重,重，到,2000,年已成为安,装,装技术的主,流,流。因为,(1)BGA,技术能适应,更,更高,I/O,数器件发展,的,的要求。特,别,别是在大面,积,积尺寸的器,件,件上，在相,同,同节距下，,BGA,的,I/O,数比起,QFP,的,I/O,数要高得多,。,。表,19-6,列出了各种,安,安装技术,I/O,数的比较情,况,况。,节距（密尔）,QFP,之,I/O,数,BGA,之,I/O,数,BGA/QFP,100,32,64,2,50,64,256,4,25,124,961,7.75,20,156,1521,9.75,16,196,2404,12.25,10,312,6084,19.5,表,19,6,封装尺寸为,0.8,英寸,2,时，,QFP,和,BGA,的,I/O,数比较,(2)BGA,技术比起,QFP,技术可增加,I/O,数和节距。,表,表,19-7,列出,PQFP,和,CQFP,与,BGA(,含,PBGA,，,TBGA,等,),的比较情,况,况。很明,显,显，采用,BGA,技术可获,得,得更大的,节,节距和增,加,加,I/O,数，从而,有,有利于降,低,低成本和,生,生产管理,以,以及更高,的,的可靠性,。,类型,PQFP,CQFP,BGA,基（壳）体材料,塑料,陶瓷,陶瓷、塑料,基（壳）体尺寸,12mm,30mm,20mm,40mm,12mm,44mm,节距,0.3mm,、,0.4mm,、,0.5mm,0.4mm,、,0.5mm,1.27mm,、,1.50mm,I/O,80,370,144,376,72,1089,表,19,7 QFP,和,BGA,技术比较,(3)BGA,技术具有,更,更低的故,障,障失效率,。,。与,QFP,技术比较,起,起来，,BGA,具有明显,低,低的故障,失,失效率,(,见表,19,8,和图,19-5),，因而有,更,更好的可,靠,靠性，并,可,可降低成,本,本。,类型,QFP,BGA,节距,0.5mm,0.4mm,0.3mm,1.27mm,工业生产,200ppm,600ppm,Sepeculative,0.5ppm-3ppm,IBM,生产,75ppm,600ppm,N/A,0.5ppm-3ppm,IBM APD Lab, 10ppm, 25ppm, 30ppm, 1ppm,表,19,8 QFP,和,BGA,故障失效,率,率比较,(4)BGA,技术具有,更,更小的封,装,装尺寸。,一,一般可缩,小,小到,4,倍以上，,如,如表,19,9,所示。,节距（密尔）,QFP,封装（平方英寸）,BGA,封装（平方英寸）,100,7.500,1.800,50,3.750,0.900,25,1.875,0.450,20,1.500,0.360,16,1.200,0.288,10,0.750,0.180,表,19,9 I,0,数,300,的,QFP,与,BGA,封装尺寸,比,比较,(5)BGA,技术不仅,适,适用于,SMT,上，而且,也,也适应于,CSP(,或,CMT),上。也就,是,是说，,BGA,技术不仅,适,适用于目,前,前封装的,BGA,器件上，,而,而且也适,宜,宜于,MCM,和,FC(,倒,装,装,芯,芯,片,片,或,或,裸,裸,芯,芯,片,片,安,安,装,装,),上,(,如,图,图,19,5,所,示,示,),。,(6)BGA,技,术,术,可,可,以,以,充,充,分,分,利,利,用,用,现,现,有,有,安,安,装,装,技,技,术,术,装,装,置,置,。,。,同,同,时,时,，,，,比,比,起,起,QFP,技,术,术,来,来,说,说,，,，,不,不,仅,仅,不,不,会,会,增,增,加,加,其,其,难,难,度,度,，,，,而,而,且,且,更,更,易,易,于,于,掌,掌,握,握,，,，,并,并,具,具,有,有,更,更,高,高,的,的,生,生,产,产,率,率,。,。,这,这,也,也,是,是,90,年,代,代,中,中,期,期,以,以,来,来,BGA,技,术,术,能,能,得,得,到,到,迅,迅,速,速,推,推,广,广,和,和,应,应,用,用,的,的,重,重,要,要,原,原,因,因,。,。,3,MCM,、,CSP,和,3D,组,装,装,技,技,术,术,(1).MCM,技,术,术,的,的,发,发,展,展,与,与,进,进,步,步,由,于,于,多,多,芯,芯,片,片,模,模,块,块,(MCM),的,出,出,现,现,、,、,发,发,展,展,和,和,进,进,步,步,，,，,推,推,动,动,了,了,微,微,组,组,装,装,技,技,术,术,发,发,展,展,。,。,由,由,于,于,信,信,号,号,传,传,输,输,高,高,频,频,化,化,和,和,高,高,速,速,数,数,字,字,化,化,的,的,要,要,求,求,以,以,及,及,裸,裸,芯,芯,片,片,封,封,装,装,的,的,需,需,要,要,，,，,因,因,而,而,要,要,求,求,有,有,比,比,起,起,SMT,组装,密,密度,更,更高,的,的基,板,板和,母,母板,(,参见,图,图,19-6,所示,),。,图,19,6,三级,基,基板,（,（或,PCB,）,(1)MCM,现状,与,与未,来,来,MCM(multichipmodule),是从,混,混合,集,集成,电,电路,(HIC),发展,起,起来,的,的一,种,种高,级,级混,合,合集,成,成电,路,路。,这,这是,指,指在,一,一块,高,高密,度,度互,连,连多,层,层基,板,板上,集,集成,组,组装,有,有两,个,个或,两,两个,以,以上,的,的裸,芯,芯片,(IC),和其,他,他微,型,型分,立,立元,件,件，,并,并经,封,封装,后,后形,成,成的,高,高密,度,度微,电,电子,组,组件,。,。这,样,样的,封,封装,保,保持,着,着,HIC(hybridintegratedcircuit),的一,些,些特,点,点，,把,把所,有,有元,件,件都,集,集成,在,在一,个,个平,面,面,(X-Y),上，,故,故称,为,为二,维,维,MCM(2-DMCM),。,2-DMCM,的出,现,现，,明,明显,地,地改,善,善了,封,封装,对,对微,电,电子,技,技术,的,的限,制,制，,比,比起,HIC,有如,下,下优,点,点：,(,一,),具有,更,更高,的,的组,装,装密,度,度和,更,更优,良,良的,电,电气,性,性能,；,；,(,二,),具有,更,更大,的,的集,成,成规,模,模,(,尺寸,),；,(,三,),从功,能,能看,，,，,MCM,是一,种,种具,有,有部,件,件的,系,系统,或,或子,系,系统,，,，甚,至,至是,系,系统,功,功能,的,的高,级,级混,合,合集,成,成组,件,件；,(,四,),从外,形,形上,看,看，,MCM,比,HIC(hybridIC),有更,多,多的,I,0,引脚,数,数目,。,。,但是,随,随着,微,微电,子,子技,术,术的,进,进步,，,，芯,片,片集,成,成度,迅,迅速,提,提高,，,，对,封,封装,要,要求,更,更为,严,严格,，,，,2DMCM,已不,能,能满,足,足要,求,求，,其,其缺,点,点已,暴,暴露,出,出来,。,。如,计,计算,机,机中,的,的,CPU,的时,钟,钟频,率,率已,达,达,500MHz,，而,高,高端,微,微处,理,理器,的,的时,钟,钟频,率,率已,达,达数,千,千兆,赫,赫。,这,这样,的,的信,号,号传,送,送频,率,率，,即,即使,在,在真,空,空中,以,以光,速,速传,输,输，,每,每个,时,时钟,周,周期,的,的传,输,输距,离,离只,有,有,10,厘米,左,左右,。,。在,这,这种,情,情况,下,下，,传,传输,线,线造,成,成信,号,号延,迟,迟将,占,占用,时,时钟,周,周期,中,中很,大,大比,例,例，,同,同时,传,传输,线,线的,特,特性,阻,阻抗,等,等因,素,素造,成,成信,号,号失,真,真，,这,这两,方,方面,都,都会,使,使封,装,装后,芯,芯片,的,的性,能,能变,坏,坏，,甚,甚至,到,到达,不,不得,不,不降,低,低芯,片,片性,能,能来,适,适应,封,封装,的,的地,步,步。,但,但是,要,要进,一,一步,提,提高,2-DMCM,组装密度,已,已十分困,难,难，因为,2-DMCM,的封装效,率,率已达到,其,其组装理,论,论密度的,85,，为了,改,改变这种,情,情况，三,维,维的,MCM,便被提出,来,来了。,(2)MCM,基板,正因为,MCM,的优点很,多,多，所以,MCM,得到了很,大,大的发展,。,。,MCM,制造技术,主,主要包括,五,五个方面,：,：设计和,测,测试技术,；,；确认良,品,品芯片,KGD(known good die),；,HDI,工,(,高密度互,连,连,),基板；组,装,装技术和,封,封装外壳,。,。但关键,是,是确认良,品,品芯片,KGD,、,HDI,基板和封,装,装技术。,MCM,用的,HDI,基板主要,是,是陶瓷型,MCM-C,、淀积型,MCM-D,、层压板,型,型,MCM-L,和混合型,的,的,MCM-D,C,等四种。,由,由于多层,印,印制电路,层,层压板,MCM-L,比起多层,陶,陶瓷型,MCM-C,来具有更,低,低的,r,和低成本,等,等优点，,因,因而,20,世纪,90,年代中期,以,以来得到,了,了迅速的,发,发展。而,MCM-C,近几年来,已,已朝低温,共,共烧陶瓷,(LTCC),发展。表,19-10,示出各种,MCM,用基板的,基,基本特性,。,。,(2).CSP,技术的发,展,展与进步,尽管,SMT,中,BGA(ballgrid array),的兴起和,发,发展，解,决,决了,QFP,面临的问,题,题，但是,仍,仍然不能,满,满足电子,产,产品日益,加,加速向便,携,携型、更,多,多功能、,更,更高性能,和,和更高可,靠,靠性之发,展,展要求，,特,特别是不,能,能满足硅,集,集成技术,发,发展对更,高,高封装效,率,率或接近,硅,硅片本征,信,信号传输,速,速率之要,求,求。所以,90,年代中期开,发,发成功超小,型,型,BGA,，叫,BGA,。这种,BGA,的连接盘节,距,距为,0.5mm,左右，接近,于,于芯片尺寸,的,的超小型封,装,装，为了区,别,别,SMT,中的,BGA,，而把接近,芯,芯片尺寸的,BGA,封装亦称为,芯,芯片级封装,CSP(chip scalepackage),。,CSP,一出现便受,到,到人们极大,的,的关注，是,因,因为它能提,供,供比,BGA(,指连接盘节,距,距,0.8mm),更高的组装,密,密度。虽比,采,采用倒装芯,片,片,(FC),级组装密度,低,低，但其组,装,装工艺较简,单,单，而且没,有,有,FC(flip chip),的裸芯片处,理,理问题，基,本,本上与,SMT,的组装工艺,相,相一致，并,且,且可以像,SMT,那样进行预,测,测试和返工,。,。同时，,CSP,的,I,0,数、热性能,和,和电气性能,都,都与,FC,相近，加上,没,没有,KGD,问题，只是,封,封装尺寸稍,大,大一点，正,因,因为这些无,可,可比拟的优,点,点，才使,CSP,得以迅速的,发,发展，并已,有,有明显的迹,象,象将成为,21,世纪,IC,封装的主流,。,。,CSP,是在倒装片,、,、,BGA,和高可靠塑,封,封技术基础,上,上发展起来,的,的，它使芯,片,片封装后的,尺,尺寸接近或,等,等于裸芯片,尺,尺寸，因而,，,，,CSP,一问世便得,到,到全世界电,子,子界的重视,。,。目前至少,有,有,30,多家世界著,名,名的公司推,出,出各种不同,工,工艺的,CSP,商品。如美,国,国的,GE,、,Tessera,、,Motorola,、,Texas,、,National,、,Amkor,等，日本的,富,富士通、,NEC,、三菱、松,下,下、夏普、,日,日立、东芝,等,等，以色列,的,的,Shallease,，韩国的,LC,等。如有,48,个,I,0,，节距为,0.8mm,的,X1link,之,X9536,的,CSP,，其尺寸只,有,有,7mm7mm,大小，比起,现,现行的,BGA,、,QFP,等要小很多,倍,倍。所以，,CSP,将会像,SMT,取代,THT,一样，,CSP,也会逐步取,代,代,SMT,，这是一种,的,的必然趋势,。,。目前,CSP,的发展态势,非,非常快，每,年,年都以超过,100,的速度增,长,长着。预计,2010,年将会成为,主,主导产品。,18.4PCB,业未来几年,的,的发展预测,根据日本印,制,制电路行业,协,协会,(JPCA),近期对世界,PCB,市场的预测,，,，世界,PCB,市场的需要,量,量，在,2004,年将达到,422.24,亿美元，在,从,从,2000,年到,2005,年的五年间,，,，年平均增,长,长率会达到,5.5,左右。而,从,从另一方面,所,所得到的预,测,测,(,据,TMRI,的预测资料,),，在,2001,年为,388.15,亿美元，到,2004,年将增加到,449.15,亿美元，,2000,年到,2005,年间的年平,均,均增长率约,为,为,5.0,。,从印制电路,板,板业的发展,趋,趋势上看，,会,会有广阔的,市,市场前景。,这,这是由于,PCB,已经成为电,子,子系统的主,要,要产品。它,几,几乎在所有,的,的电子产品,中,中得到使用,。,。现在，由,于,于电子信息,化,化的数据处,理,理以及通信,系,系统等都在,迅,迅速的增加,，,，使得印制,电,电路板的需,求,求量也随之,扩,扩大。其中,，,，下一代的,电,电子系统对,PCB,的要求，突,出,出表现在更,加,加高密度化,。,。随着电子,整,整机产品的,多,多功能化、,小,小型化、轻,量,量化的发展,，,，多层板、,挠,挠性印制电,路,路板、,HDI/BUM,基板、,IC,封装基板,(BGA,、,CSP),等,PCB,品种成为了,扩,扩大需要量,的,的中心产品,。,世界印制电,路,路板市场的,需,需求量增加,，,，主要依赖,于,于通信产品,和,和计算机产,品,品部分的增,加,加。增加的,PCB,需要量，主,要,要是,HDI,BUM,基板和,IC,封装基板。,根,根据,Prismark,的市场分析,，,，,1999,年世界,HDI/BUM,印制电路基,板,板的生产值,，,，达到了,32.1,亿美元，为,世,世界,PCB,市场份额的,9,。预测在,2004,年，这类高,性,性能,PCB,的产值约能,实,实现,122.6,亿美元，它,占,占整个世界,PCB,市场的,22.5,。预测,HDI,BUM,基板的生产,值,值，在,1999,年,2004,年五年间的,年,年平均增长,率,率可超过,30,。,在,19962000,年期间，中,国,国内地,PCB,产值年平均,增,增长率在,25.8,。其年产,值,值由,1996,年的,90,亿元扩大到,2000,年的,313,亿元人民币,，,，,2001,年,PCB,的产值又提,高,高到,360,亿元人民币,，,，首次在产,值,值上超过中,国,国台湾，仅,次,次于日本、,美,美国，成为,居,居第三位的,世,世界,PCB,生产地。到,了,了,2004,年，我国,PCB,的产量产值,已,已超过美国,，,，成为近次,于,于日本的世,界,界第二大,PCB,强国,.2006,年我国,PCB,的产量产值,达,达到,128,亿美元，已,超,超过日本，,成,成为世界最,大,大的,PCB,生产大国。,在中国内地,的,的,PCB,生产企业现,有,有约,600,家。加之与,PCB,业相关的设,备,备、材料生,产,产厂家的数,量,量，生产厂,家,家已超过,1000,家。在厂家,的,的规模上,中小型企业,的,的数量占,90,以上。在,中,中国内地，,中,中外合资企,业,业和海外独,资,资企业占有,相,相当高的数,量,量比例。在,投,投资规模、,生,生产技术、,生,生产量方面,，,，外资企业,也,也占有很大,的,的比例。,PCB,生产企业多,集,集中在中国,东,东南部的沿,海,海地区，并,以,以长江三角,洲,洲和珠江三,角,角洲为最多,。,。现在,分布在长江,三,三角洲和珠,江,江三角洲的,PCB,厂家的数量,比,比约在,l,：,2,。从发展角,度,度看，长江,三,三角洲在数,年,年后，其企,业,业数量和生,产,产规模将有,更,更大的扩充,。,。,中国内地低,层,层数,PCB,产品,(,单面板、双,面,面板,),的生产技术,，,，现已经达,到,到国际水平,。,。此方面的,生,生产技术已,趋,趋于成熟，,并,并在国内市,场,场上具有优,势,势。在,20,世纪,90,年代中期兴,起,起的“高密,度,度互连基板,”,”,(HDI,BUM,基板,),，和,IC,封装基板的,生,生产方面，,中,中国内地已,经,经有数十家,生,生产厂具备,有,有生产这种,基,基板的先进,设,设备。中国,内,内地,HDI,BUM,基板的生产,量,量，近年也,在,在迅速增加,。,。,印制电路板,用,用的主体材,料,料,覆铜板，在,中,中国内地已,经,经可以进行,大,大量的生产,，,，其产品的,品,品质也基本,可,可以满足要,求,求，而高品,质,质的覆铜板,和,和适应于环,境,境保护要求,的,的绿色型覆,铜,铜板现还正,处,处于研究试,验,验阶段。,PCB,基板,材,材料,用,用的,浸,浸渍,纤,纤维,纸,纸、,玻,玻璃,纤,纤维,布,布、,树,树脂,和,和铜,箔,箔，,大,大部,分,分还,是,是依,赖,赖进,口,口。,生,生产,规,规模,大,大、,自,自动,化,化程,度,度高,、,、精,密,密性,和,和可,靠,靠性,要,要求,高,高的,PCB,设备,，,，在,中,中国,内,内地,仍,仍需,要,要由,海,海外,的,的,PCB,设备,生,生产,厂,厂家,提,提供,。,。印,制,制电,路,路板,制,制造,中,中产,生,生的,废,废水,对,对环,境,境影,响,响的,问,问题,已经,在,在中,国,国内,地,地,PCB,业界开始,得,得到重视,。,。虽然对,这,这类废液,的,的处理工,作,作已经开,展,展起来，,但,但处理的,水,水平还有,待,待提高。,对,对于防止,废,废液处理,中,中的二次,污,污染问题,，,，目前大,多,多数的,PCB,企业仍未,有,有足够的,重,重视。水,资,资源的综,合,合利用还,未,未提到议,事,事日程。,预测今后,几,几年内，,中,中国内地,的,的,PCB,生产量还,会,会由于国,内,内需求量,的,的继续增,长,长而扩大,，,，且在出,口,口量上也,会,会有更进,一,一步的提,高,高。由于,海,海外的电,子,子整机产,品,品大量的,移,移入到中,国,国内地进,行,行生产，,而,而世界电,子,子工业整,体,体上尚处,于,于低增长,的,的趋势，,因,因此中国,内,内地的,PCB,业在“十,五,五规划”,期,期间,(2001,年,2005,年,),，其年均增,长,长率会保持,在,在,22,左右。,19.5,印制电路板,制,制造技术的,发,发展趋势,前言,近年来，印,制,制电路板在,电,电子安装业,界,界中越来越,占,占据重要地,位,位。印制电,路,路板的应用,市,市场，也由,原,原来传统的,搭,搭载半导体,元,元器件和电,子,子元件的“,母,母板”,“,派生”出作,为,为半导体封,装,装的“载板,”,”，使印制,电,电路板产品,在,在应用领域,上,上分出两大,类,类有很大区,别,别的品种。,印制电路板,作,作为半导体,元,元器件和电,子,子元件的“,母,母板”，它,的,的制造技术,，,，与所组装,的,的整机电子,产,产品的电气,性,性能、可靠,性,性以及成本,有,有很大的关,联,联。而印制,电,电路板作为,半,半导体封装,的,的“载板”,，,，它的制造,技,技术，对于,半,半导体的运,作,作频率、能,源,源消耗、连,接,接性、可靠,性,性以及成本,也,也都会带来,很,很大的影响,。,。对于印制,电,电路板技术,在,在电子安装,业,业发展中的,重,重要地位，,应,应该提高到,上,上述重要影,响,响的方面去,加,加以认识。,所,所提及的这,些,些影响也是,印,印制电路板,技,技术竞争的,重,重要要素：,当前，无,论,论是整机,电,电子产品,还,还是半导,体,体封装，,它,它们对印,制,制电路板,制,制造技术,的,的要求，,主,主要表现,在,在以下六,个,个方面。,一是适应,高,高密度化,、,、高频化,；,；,二是适应,绿,绿色化；,三是适应,复,复合安装,化,化；,四是适应,新,新功能元,件,件搭载；,五是适应,低,低成本化,；,；六是适,应,应短交货,期,期化,下面对印,制,制电路业,根,根据上述,的,的六方面,的,的要求，,在,在工艺技,术,术、设备,与,与基板材,料,料、生产,体,体制的变,革,革等方面,的,的发展未,来,来作预测,和,和展望。,适应高密,度,度化、高,频,频化要求,的,的发展预,测,测,1.,实现高密,度,度化、高,频,频化的中,、,、长期目,标,标,在国际半,导,导体技术,发,发展指南,委,委员会,(ITRS),在所发布,的,的,2001,年版“指,南,南报告书,”,”中，出,于,于半导体,芯,芯片所能,达,达到的散,热,热设计界,限,限的考虑,，,，将未来,的,的半导体,芯,芯片的最,大,大尺寸限,定,定在,310mm2,以内，这,就,就给原来,半,半导体芯,片,片的大型,化,化趋势划,上,上了一个,“,“句号”,。,。但是，,半,半导体,IC,的,I,O,数依然有,增,增加的趋,势,势。由于,“,“指南报,告,告书”中,对,对半导体,芯,芯片尺寸,的,的选取作,了,了最大尺,寸,寸限定，,这,这样就促,进,进了半导,体,体,IC,载板上的,芯,芯片一侧,端,端子间距,的,的微细程,度,度会进一,步,步增加。,这,这也引起,在,在,IC,载板的端,子,子及信号,线,线间距方,面,面，有着,向,向极端微,细,细化发展,的,的趋向、,今,今后在尖,端,端的电子,产,产品中，,将,将会出现,信,信号线间,距,距在,20m,的配线要,求,求。图,19-9,表示了未,来,来在,IC,载板方面,最,最小信号,线,线间距的,发,发展趋向,。,。,图,19,9,未来在,IC,载板方面,最,最小信号,线,线间距的,发,发展,在,BGA,载板高密,度,度安装要,求,求方面，,预,预测未来,实,实现最小,信,信号线间,距,距的数值,是,是：在倒,装,装芯片,(FC),安装形式,所,所用载板,的,的端子设,置,置上，将,超,超过现有,的,的微细限,度,度，出现,“,“,3,导线,4,焊球凸点,(3Line,4Row)”,的设计制,造,造，即这,种,种的配线,尺,尺寸使线,宽,宽间距,实,实现,11.4,m,11.4,m,。,2.,在实现高,密,密度化、,高,高频化进,程,程中，制,造,造工艺与,基,基板材料,的,的发展有,机,机树脂的,IC,载板的制,造,造，传统,的,的工艺法,是,是采用全,加,加成法，,它,它与铜箔,的,的铜镀层,厚,厚度减薄,发,发展关系,趋,趋向相适,应,应。而采,用,用这种加,成,成法，当,线,线条间距,蚀,蚀刻作到,30,m,时，由于,导,导线横剖,面,面已形成,梯,梯形状，,对,对于传输,线,线路来说,已,已经不适,应,应。而容,易,易制作出,导,导线横剖,面,面呈矩形,的,的工艺法,是,是半加成,法,法，此种,工,工艺法在,今,今后将成,为,为主流。,图,图,19-10,所示了这,两,两种电路,制,制作工艺,法,法，所制,出,出的导线,横,横剖面的,情,情况。,图,19,10,制造方法,的,的比较（,30,m,线宽）,采用,半,半加,成,成法,去,去解,决,决微,细,细电,路,路图,形,形的,制,制造,问,问题,是,是有,较,较大,难,难度,的,的。,它,它在,形,形成,电,电路,图,图形,时,时，,要,要形,成,成必,要,要的,基,基础,层,层,(seed),，在其上,进,进行高成,本,本的喷镀,(sputtering),加工等来,形,形成电路,图,图形。这,样,样在设备,投,投资和要,求,求绝缘层,表,表面的清,洁,洁度等方,面,面部受到,制,制约。为,了,了实现电,路,路图形的,超,超高密度,化,化，如果,设,设定导通,孔,孔与最小,线,线路宽幅,是,是一同形,成,成的，那,么,么现在最,小,小孔径的,要,要求值为,lO,m,，而到,2016,年将发展,到,到,5,m,。,现在主流,的,的孔加工,技,技术是采,用,用,C02,激光钻孔,方,方式。它,在,在加工,75,m,以下的孔,径,径时，就,会,会在光学,特,特性能力,上,上表现恶,劣,劣。尖端,印,印制电路,板,板的制造,者,者，是采,用,用,YAG,激光钻孔,机,机去完成,。,。但用此,类,类的激光,机,机加工,5,m,孔径时，,也,也会发生,困,困难。在,这,这项课题,面,面前，等,离,离子体,(plasma),蚀刻加工超,微,微小孔，成,为,为了一种解,决,决的途径。,Dyconex,公司在此方,面,面已经获得,了,了工业化的,经,经验。由此,可,可以看出，,为,为了解决超,微,微小通孔加,工,工中，所用,的,的新型基材,和,和孔加工新,技,技术的开发,，,，将起着十,分,分重要的推,动,动作用。,在超微细电,路,路图形的制,作,作中，还存,在,在着其它诸,多,多的难题。,从,从前传统方,法,法是采用干,膜,膜感光形成,电,电路图形。,有,有的印制电,路,路板制造者,为,为了实现微,细,细电路图形,制,制作，而采,用,用了形成半,导,导体集成电,路,路用的平版,印,印刷,(1ithography),的逐级缩小,投,投影型曝光,装,装置,(stepper),工艺法。它,在,在高解像度,成,成像方面显,示,示出其优势,，,，但这种工,艺,艺的采用，,要,要求绝缘基,材,材在表面平,坦,坦度，以及,在,在与高频适,应,应性上，提,出,出了更高的,要,要求。,众所周知，,在,在超过,1.8GHz,高频下所进,行,行的信号传,输,输的信号线,中,中，会由于,“,“表皮效应,”,”而出现传,输,输信号衰减,的,的现象，为,此,此覆铜板上,的,的铜箔粗糙,度,度若是过大,，,，会对它的,传,传输信号衰,减,减有更大的,影,影响。例如,铜,铜箔平均粗,糙,糙度,(Rz),在,35,m,范围条件下,，,，由于“表,皮,皮效应”而,造,造成传输信,号,号衰减较大,，,，使这样的,铜,铜箔无法在,高,高频电路配,线,线的印制电,路,路板中使用,，,，过低的铜,箔,箔粗糙度，,又,又会影响铜,箔,箔的剥离强,度,度。,另外，,IC,载板还需要,解,解决与半导,体,体芯片在热,膨,膨胀系数上,不,不一致的问,题,题。即使是,适,适于微细电,路,路制作的积,层,层法多层板,，,，也是存在,绝,绝缘基板在,热,热膨胀系数,上,上普遍过大,(,一般热膨胀,