5G万物互联时代驱动电子制造技术革新，揭秘PCB线路板未来发展趋势！
聚焦制造基本面，持续创新
5G的实施是2019年的重要国策，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裂变发展，赋能垂直行业并深度融合，形成5G大生态，为提升国家竞争力、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，1950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。起初，半导体产业逐渐从美国、日本转移到台湾和中国大陆。此后，中国已成为全球知名的PCB生产大国，占全球PCB产值的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
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，现在行业基本已经做到60µm，最先进的是40µm。
传统的形成PCB电路图案的方法是在铜箔基板上光刻后进行化学蚀刻（减成法），此法工序多、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的结合强度的通常做法是增加表面粗糙度以增加表面积进而提高结合强度，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。这些物理方法无法保证结合强度。因此，开发了在光滑树脂表面化学镀铜的高结合强度铜箔。例如有“分子键合技术”，即对树脂基材表面进行化学处理，形成能与铜层紧密结合的功能基团。
此外，铜箔的表面处理是细线路生产时干膜成像图案转移成功的关键因素之一，采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，促进干膜的附着力。采用化学清洗，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。为了保证成像干膜与铜层之间、阻焊图案与细线路之间的可靠结合，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过孔和电路图案。
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三分之一以上，随着手机、平板产量增长，FC-CSP、FC-PBGA大幅增长，封装基板由陶瓷基板向有机基板转变，间距越来越小，目前典型线宽/间距为15μm。
未来发展趋势。BGA、CSP细间距基板将继续发展，而无芯板、四层以上基板将得到更广泛的应用。路线图显示，基板特征尺寸更小，性能要求更低。介电性能、低热膨胀系数和高耐热性，在满足性能目标的同时追求基板的低成本。
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，手机性能已进入4G并将迈向5G，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使得数据流量呈指数级增长，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不仅要在电路设计中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，更重要的是要有高性能的基板。
为了解决提高PCB速度和信号完整性的问题，主要关注的是电信号损耗特性。选择基板的关键因素是介电常数（Dk）和介电损耗（Df）。当Dk小于4且Df小于0.010时，它被认为是中等Dk / Df等级的层压板，当Dk小于3.7且Df小于0.005时，它被认为是低Dk / Df等级的层压板。
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时，铜箔粗糙度需要小于1µm，采用超平铜箔（表面粗糙度0.04µm）效果更佳。
提高耐热性和散热性
随着电子设备体积越来越小、功能越来越强大、产生的热量也越来越多，对电子设备的热管理要求也不断提高。一种解决方案就是开发导热印刷电路板。要求PCB具有高导热性和耐热性。我们在这方面已经努力了很多年。目前已经有了平面厚铜基板PCB、铝金属基PCB、铝金属芯双面PCB、铜基平面PCB、铝基腔体PCB、埋金属块PCB、可弯曲铝基PCB等高散热PCB。
使用金属基板（IMS）或金属芯印刷电路板可将发热元件的热量散发出去，比传统的散热器和风扇体积更小、成本更低。目前，大多数金属基板或金属芯采用铝制成。该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。可从消费产品到汽车、军用产品和航空航天进行设计和应用。
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，也会有许多新的性能要求，聚酰亚胺薄膜有无色透明、白色、黑色、黄色等不同种类，具有高耐热性、低CTE性能，以适应不同的用途，而性价比好的聚酯薄膜基材也有市场，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，所用无机填料有氮化铝（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)薄膜上直接金属化制造双面FPCB的技术已得到发展，目前已有分子黏合剂水溶液新技术，不改变PI薄膜表面粗糙度却能以化学沉积的方式增加与铜层的结合强度。先将PI薄膜进行分子黏合处理后再直接化学镀铜，通过半加成法制得双面挠性印刷电路板，简化了工序且环保，具有良好的结合强度，柔韧性和可靠性均能满足要求。
另外还有印刷自催化电子线路技术，以卷对卷(R2R)方式生产，先在PET薄膜上印刷自催化油墨，再进入化学镀铜槽，由于油墨的自催化能力，在油墨上沉积一层铜层，形成铜导体图案，完成PET薄膜上微细金属线路的制作。
智能手机、可穿戴设备、医疗设备、机器人等FPCB应用市场，对FPCB性能和结构提出新的要求，开发新型FPCB产品，例如超薄挠性多层板，四层FPCB由常规的0.4mm减薄到0.2mm左右；高速传输挠性板，采用低Dk和低Df的聚酰亚胺基材，达到5Gbps传输速度要求；
大功率柔性板采用厚度100μm以上的导体，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采用金属基板的R-FPCB；触摸感应柔性板是由压力感应膜与电极夹在两片聚酰亚胺薄膜之间，构成柔性的触觉传感器；伸缩柔性板或刚挠结合板，它的柔性基板为弹性体，对金属导线图案形状进行改进，成为可伸缩的。
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。
印刷电子的不断发展，显示出商业应用前景十分广阔。现在一些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）。印刷电子技术与FPCB最为接近，目前基板、油墨材料种类繁多，一旦在性能和成本上有所突破，将得到广泛应用。降低成本将开拓更大的市场。
有机和印刷电子的混合系统将助力该行业发展。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，包括基板和功能油墨。除了现有的FPCB外，柔性基板也在向更高性能的方向发展。目前有陶瓷、聚合物树脂等高介电基板。电气基板材料还包括高温基板、低温基板、无色透明基板、黄色基板等。
印刷电子除了使用一些高分子材料外，还需要功能性油墨材料，主要是导电油墨，导电油墨正朝着提高导电性、印刷适应性、低成本等方向不断发展，目前可用于印刷电子产品的导电油墨种类已经非常多，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，实现多功能化。
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，它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。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，进而直接打印导电图形；同时喷墨打印正向着高精度、高速度的图形发展。该技术明显优于压电式喷墨打印，能形成符合精细度和立体度要求的导线，可在平面或立体元器件上直接打印电子线路和元器件。
还有喷墨打印、激光照射瞬间固化油墨的方法，导电线路的厚宽比大于1.0，例如线宽10μm，线高也是10μm，例如在FPCB的PI膜上制作线宽30μm，线厚20μm的线路。
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。
可穿戴技术产品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，可穿戴技术设备离不开柔性电子电路，这将推动柔性打印电子电路的发展。
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。
EDPCB的发展已从碳浆制成的印刷电阻、镍磷合金箔制成的薄膜电阻，发展到夹在高介电常数基板中的平面电容器，再到内嵌无源元件印刷板，再到内嵌IC芯片、内嵌贴片元件，形成内嵌有源、无源元件的印刷电路板。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、最终的检验技术等。
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制作工艺包括B2it法，可实现高可靠性、低成本；PALAP法，可实现高层数、低功耗，在汽车电子中有内嵌晶圆级封装芯片的通信模块，具有良好的高频特性。未来还会出现内嵌BGA芯片的eWLB[19]，随着EDPCB设计规则的建立，此类产品将快速发展。
表面处理技术
PCB表面的铜层需要得到保护，以防止铜氧化和劣化，并在组装时提供可靠的连接表面。PCB制造中一些常用的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、电镀镍/金等。
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，从而降低焊点强度，因此需要适当的钯厚度。
从PCB精细线路角度考虑，采用化学镀钯/沉金（EPIG）的表面处理方式，比化学镀镍/镀钯/沉金（）的效果好，减少了对精细图案线宽/线距的影响；线路更细，且不会引起线路变形；EPIG在焊接测试、打线测试后均能满足要求。
另外还有新型的铜上直接化学镀钯（EP）或直接浸金（DIG），或铜上化学镀钯和自催化镀金（EPAG）涂层，其优点是适合金线或铜线的压合。没有镍层可提供更好的高频特性，较薄的涂层使其更适合细线图形，并减少了工序和成本。
PCB最终涂层的改进包括引入化学镍浸银（NiAg）涂层。银具有良好的导电性和可焊性，而镍具有耐腐蚀性。有机涂层OSP可提高性能，提高耐热性和可焊性。还有一种有机金属复合（OM）涂层，当涂在PCB的铜表面上时具有良好的成本效益。
清洁生产
“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制造技术向清洁生产的改进也在不断进行。如寻找有毒有害物质的替代材料、减少加工步骤、减少化学品的消耗、减少水和能源的使用以及回收材料等。
具体来说，采用无毒无机材料作为阻燃剂，同时也提高无卤基材的电性能、热导率及热膨胀系数；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碳黑和导电聚合物体系，采用碳或石墨、导电聚合物代替钯活化，消除了化学镀铜溶液中的有毒物质甲醛、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，与各种树脂有良好的吸附性，胶体石墨直接孔金属化工艺在刚性PCB制造中已经应用多年，目前已可以应用于复杂的盲孔、埋孔及任意互连的HDI板、挠性板及刚挠结合板，可以减少工序数量、设备空间和废水，有利于环境保护并提高生产效率和最终产品的高可靠性[24]。
PCB生产过程中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、微蚀刻液、电镀清洗液等都趋向于在线回收利用，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延长药液寿命等，有利于提高品质和节能环保。
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，再将准备好的芯板放入对位孔内，最后将两层半固化片、一层铜箔和一张承压铝片贴在芯板上。
被铁板夹住的PCB板放置到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内的环氧树脂融化，在压力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。然后拿掉承压铝板，铝板也起到隔离不同PCB的作用，保证PCB外层铜箔的平整度。再将PCB上覆上一层平整的铜箔。
钻孔
要把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，保证下次钻孔是从孔的中心位置开始，这样打孔才算通过。
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层数，将1~3块相同的PCB叠在一起冲孔，最上面再放一层铝板，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。
孔壁上的化学铜沉淀
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，这种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制成的。
因此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一层1微米厚的铜膜，化学处理、清洗等整个过程均由机器控制。
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布局转移原理差不多，都是用影印片和感光膜把PCB布局转移到铜箔上，唯一的不同就是会用正片作为制版。
内层PCB布局转移采用减成法，以负片为板，线路被PCB上已固化的感光膜覆盖，在清洗掉未固化的感光膜并蚀刻掉露出的铜箔后，PCB布局线路就被固化的感光膜留下作为保护。
外层PCB布局转移采用正常方法，以正片为板面，用PCB上已固化的感光膜覆盖非电路区域，清洗未固化的感光膜后进行电镀，过膜不能电镀，过膜不能电镀，镀铜时先上锡，去膜后再进行碱蚀，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，进行电镀铜，前面说过，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，所以整个系统将由电脑自动控制，以保证精度。
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。将是5G的优先受益人。
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