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进入新世纪的PCB技术

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近二年来印制板技术的进步太快了,不少行家预测,2000年我们这个行业会很快进入到微通孔(Microvia)为主的HDI时代。    HDI是英文High Density Interconecting的缩写,意为“高密度互连”,是美国人1997年提出来的。同较早前日本人习惯叫“Build-up Multilayer”(积层多层板,简称BUM)含义相同。    按美国IPC资料的报导,HDI包含的意义
    近二年来印制板技术的进步太快了,不少行家预测,2000年我们这个行业会很快进入到微通孔(Microvia)为主的HDI时代。

    HDI是英文High Density Interconecting的缩写,意为“高密度互连”,是美国人1997年提出来的。同较早前日本人习惯叫“Build-up Multilayer”(积层多层板,简称BUM)含义相同。

    按美国IPC资料的报导,HDI包含的意义为(1)孔径≤0.15mm(6mil);(2)孔环≤0.25mm (10mil);(3)接点(connecting)密度≥130点/平方英寸; (4)布线密度≥117英寸/平方英寸。 HDI类型的印制板,其线宽/间距≤0.075mm(3mil)。

    HDI印制板的微导通孔不是通常的数控钻床制作的,成孔方式有4类;激光钻(烧)孔; 光致法成孔;等离子体蚀孔(Plasm Etching)和碱液蚀孔。从1999年起,最流行的是用激光钻孔微导通孔,从而制成积层式的多层印制板。

    HDI印制板的主要市场来自移动电话手机。据分析,全球2000年后每月将生产2500万部手机,而中国是最大的市场。全球最大的手机公司诺基亚、爱立信、摩托罗拉,还有西门子、NEC等都会在中国采购手机板,尤其是埋盲孔的手机印制板。另外,中国手机市场全部是洋品牌的时代结束,经国家计委审批一共有九家定点厂可生产手机,包括科健、厦华、康佳、海尔、TCL、中兴等,他们决心从老虎口中分得一杯羹。康佳是对手机市场热情和期望最高的厂家之一,三年内投资5亿元实现年产200-300万台,五年内占市场份额二成,康佳手机所需的大量高密度互连多层板必定在国内各印制板厂采购。除手机外,摄像机、防盗监控系统、高精密仪器、平面电脑等都会用到HDI多层板。

    据著名的NT信息公司评估,HDI微孔板市场全世界1997年为6.47亿美元,1999年度翻一番达19.4亿美元,日本产量最大,中国内地、中国台湾省和美欧是全球HDI微孔板的主要产地。

    三年前,国内没有一家能批量生产手机用的印制板,当年手机是洋货,手机上的PCB亦全是外国制造的。电子部七所于1998年初制造出首批国产手机。研制至今,国内已有多家PCB厂可以批量生产高难度的手机板,包括上海美维,珠海多层、惠州华锋、东莞贸泰、昆山沪士、珠海超毅,每月生产埋/盲孔化学浸金的手机板2-3万平方米,供全球最大的几家手机厂装配用。经过二年多艰苦努力,珠海多层每天可出货数千、上万块手机板,主要客户是MOTOROLA。投产才二年的上海美维,在批量生产埋盲孔手机板方面,一跃成为行业技术上的“大哥大”。

    国内一批线路板厂研制埋/盲孔手机板已完成样板,进入接单批量生产阶段,如生益电子,天津普林,深圳深南,珠海德丽、依利安达,添利、汕头超声、东莞雅新等公司。

   种种迹象表明,进入2000年,对印制板行业来说,HDI高密度互连的时代到来了。


激光钻孔机

    HDI技术离不开激光钻孔机。微孔的形成是靠激光机“烧”出来的。1997年全球激光钻孔机总数仅为240台,1999年急升到750万台,预估2000年为1500台,2001年2200台。

据白蓉生教授1999年11月深圳介绍,截至1999年11月,台湾省已有14家公司共购进激光钻孔机47-49台,中国内地已购激光钻孔机的公司8家:珠海超毅、珠海德丽、珠海多层、上海美维、昆山沪士、惠州华通、汕头超声,每家1-3台,共16台。据说,华通和超毅是海峡两岸目前购买激光钻孔最多的公司,各将添置15-20台。激光钻孔机分二大类型,CO2和YAG,各有特点。


电镀和化学镀镍/浸金

选择性镀金镀哑(沙)金工艺

    在传统印制板工艺中,表面涂覆是铅锡合金,即热风整平,广东人称之为喷锡,许多印制板厂只有此工艺途径。随着印制板趋向越来越薄、越密、越小、越轻,热风整平对许多新品种的印制板已不能适应,在大量减少,而电镀镍/金、化学镀镍/浸金越来越多了。在珠江三角州,不少PCB厂几乎全部是生产镍/金板,一批工厂镍/金板比例大于热风整平板,有的工厂月产3-4万平方米,双、多层板几乎全部是镍/金板或占50%以上。为适应不同客户的要求,一些PCB厂配置了多个不同用途的金缸。作焊接用途的软金缸(24K金),镍通常镀2.5-3.0um,  金0.05-0.075um,广东人称作镀水金;印制板也有要求镍层5um,金层0.1um以上的。在印制板上作用按键、耐磨、插拔的部位则需镀硬金,或选择性局部镀金,电镀厚度有要求0.5,1.0,2.0um的,在一块PCB中既镀薄金亦作选择局部镀厚金。在工艺途径上不少工厂已成熟,成为各工厂的专利技术。化学镀镍/浸金自动线在广东获得长足发展,已有约20家专业PCB厂建立了这种自动生产线。

    近一二年来,有的客户要求镀哑金,有人称作为沙金。就是说,金的色泽不求光亮,以便于电子工厂装配时不耀眼,欧美工厂流传过来的。目前广东已有一些工厂专门配备镀哑铜、哑金的溶液配方,以适合客户的需要。

    进入21世纪,随着HDI时代的到来,镀或浸镍/金肯定会越来越多,大量的手机板,多是化学镍/金、局部镀厚金的,据了解,国产研制的化学镍/金溶液,深圳艾克公司的系列产品已经以经受批量自动线生产考核,其前景肯定是光明的,其质量同进口液相当。

    还要一提的是,除了化学镍/金外,更新的工艺之一化学浸银即将兴起,

    Macoemid,Alphametal等公司的浸银液已在广东的一些大厂中作推广应用试验。


导通孔塞孔

    电子装配厂要求印制板的导通孔塞孔的数量有越来越多的趋势,许多高密度的多层板、BGA(球栅陈列封装)多层板的0.2-0.3mm导通孔都要求塞孔,客户要求95%的微孔要用阻焊油墨塞住,若导通孔漏光则会退货或罚款。导通孔塞孔的意图有三:一是防止波峰焊时锡不会从导通孔贯穿到元件面上引起短路;二是避免无件装后焊剂残留在导通孔内;三是电子工厂表面的贴装后的电路板,在测试面上要求吸真空时能形成负压才可进行高度检测。能否拥有导通孔塞孔技术是当今印制板厂能否接高密度、高难度印制板订单的重要指标之一。一块高密度BGA或埋/盲孔的印制板,常有数千个导通孔,孔径小,焊盘也小,稍微对位不准,就可能塞错位。塞孔技术挺有学问,塞不正、塞不满、塞孔烘干固化后炸孔、塞孔后仍漏光,问题挺多的,塞好孔不是一件容易的事。

    积层多层板(BUM)的芯板在完成了钻孔、PTH和电镀后形成的导通孔也要进行塞孔。目前作手机埋/盲孔板的厂家正在摸索孔的不同工艺的技巧。塞孔材料有几种类型:阻焊油墨、环氧树脂、导电胶(如:银-铜-环氧膏料)。工艺途径、经验技巧各工厂在不断成熟,但都不愿公开其诀窃。总的来说,塞好导通孔是作好BUM积层板的关键工艺技术之一。


水平自动线

    近年来,国内多个PCB厂技术改造中,引入不少水平自动线工艺和设备,如水平直接电镀线,水平耐热防氧化线,水平脉冲面电镀线,水平热风整平线,水平黑(棕)化线,使得整套工艺大为简化,效率大为提高,这些水平式设备中尤以内层板水平黑化线推广得最迅速。传统黑化工艺是垂直式的,全线约二十个缸,程序黑化工艺是垂直式的,全线约二十个缸,程序控制浸渍、起落、滴水时间,垂直上架下架,现在好了,一条水平线,就象刷板机一样,把板放到机器上,传送带传送到末端,板子黑化就完成了。据了解,珠江三角洲地区起码已有十余条水平黑化线。

    对内层板黑化水平式化后,使内层板的其余工序基本上可以实现全自动化,这是近年来PCB技术发展的又一个动向。前几年,内层板以液态感光胶(又称湿膜)代替干膜作为成像,在广东已有不少成功的例子,但都是以丝网印刷方式实现的。目前,香港乐健、湛溢、台湾基础兴业、Ciba、Buerkle等公司都可实施辊轮涂覆双面同时上胶,然后传送带式烘道烘干,实现内层板以液态感光胶完成内层板光成像的全过程。内层板曝光后进入全自化水平式的酸蚀、退膜,再传送到水平黑化线中,形成一条完整的内层板自动生产线。在21世纪,这种系统设备会很快进入多层板公司,全自动化批量生产内层板,并实现无人操作的时代很快就会到来。在惠州华通,内层板全部工序已基本实现了自动化,该公司是以自动贴膜机代替液态感光胶双面辊涂系统而实现基本无人操作的自动化的。在21世纪,水平式的自动线会不断增多,水平脉冲板面镀铜技术也会很快成熟和推广起来。由于水平自动线效率提高,通过工序能力加快,时间缩短,工厂接单的竞争力会加强。


碳导电油墨和可剥性“蓝胶”

  不少客户下订单时,要求完成阻焊后,还需在线路板上局部再印一层碳导电油墨,有键盘式的,线路图形的,亦有直线形状的。一些订单在双面板或四层板上印完阻焊后双面再印上一层导电碳图形,从而形成简单的积层多层电路板。

    现代印制板要经过多次焊接装配过程,为了使在同一块板上第二或第三次才焊接的部分焊盘和元件孔不沾上焊料,需将这些孔和焊盘印上一层可剥性“蓝胶”保护起来,需要该部分孔和焊盘焊接时再将蓝胶撕剥掉。印上可剥性“蓝胶”现在也归属为印制板的一个步骤了。“蓝胶”是单组分油墨,不必稀释,用10-20T的丝网印刷,约150℃烘20-30分就固化了。“蓝胶”可经受250-300℃波峰焊的热冲击,用手很容易剥掉,不会留有残胶在焊盘和孔内。

    进入新世纪,印制板厂要有丝印碳油墨和可剥性“蓝胶”的能力,以适应电子工厂装配的需要,才能更好地生存和发展。


超薄多层板制造技术

   超薄多层板前3-4年在欧、美、日开始应用,是发展十分迅速的印制板类型之一。最初大量应用在扩充功能用的电脑插板上,称之为PCMCIA,后来这种卡的用途迅速扩大,PC卡,IC卡,网络卡,鼠标板等。这些板卡上用的全是超薄型多层板,一般4、6、8层,每层0.1mm,孔径0.2-0.3mm;双面SMT,4层板总厚0.4mm;6层0.6mm。许多近年出现的高新科技电子产品上,都用到了超薄多层印制板。这类板制作核心是“薄”,芯板0.1mm,生产过程的刷板、电镀、黑化、蚀刻、层压、测试等,每个工序都要有办法对付这个芯片“薄”而带来的问题。通常这种板线宽/间距为5±1mil(0.10-0.15mm),层间半固化片仅放一张,成品板翘曲度和板厚公差都要求很严,表面涂覆常用镀或浸Ni/Au。现在超薄多层板在广东已有大批量生产,每月几十、上百万片。随着电子信息技术的进步,超薄多层板预测会在各个电子产品领域越多。


特性阻抗技术(Impedance)

    前些年不断吹来印制板要求有特性阻抗指标的风声,进入21世纪,要求特性阻抗多层板就不再是风而是雨了。通信高频信号的传输,电脑运算速度的加快,对多层板层间厚度、线宽、间距、线厚、阻焊等都会提出更严格的要求,对线路侧蚀、过缘的垂直度的要求更为苛刻,线路上出现的缺口、针孔、锯齿不会以目前IPC的-20%标准接收,所有这些对印制板更严的指标都体现在特性阻抗性能上。跨国电子大公司经常扬言,能控制特性阻抗指标的工厂,可以获得在量订单。

   据说,国内近1-2年来已有多家印制板厂购买了英国宝乐(polar)特性阻抗测试仪,并开展特性阻抗多层板的研究。预测21世纪,高频阻抗电路板的市场是大的,能制作阻抗多层板,则表明这家多层板厂的工艺、检测、管理各方面的水平又上升了一个档次。诚然,生产特性阻抗板对上游物料覆铜板、铜箔、半固化片亦提出了新的挑战(如介电常数、高Tg、9微米铜箔覆铜板等。)


激光直接成像

    传统的内层和外层光成像必须用到银盐片或重氮片(phototool),由于底片上的某一缺口、针孔或曝光框架上一颗尘埃都会引起印制板批量重复的缺陷,在制作0.05-0.075mm线宽/间距的PCB时更为突出。另外,底片常受到温、湿度变化而伸长缩短的干扰,大拼板尺寸的底片更是难对位。针对底片带来的的问题,出现了直接成像LDI(Laser Direct Imaging)。该方法直接利用CAM工作站输出的数据,驱动UV激光成像装置在贴有感光干膜的板面上高速扫描,完成传统光成像用的底片对位曝光的任务,类似一台激光绘图机,从而省去底片对位曝光的任务,类似一台激光绘图机,从而省去底片显影机,重氮片显影机、拷贝机、光绘机等一大堆机器,亦省去重氮片和银盐片,诚然修理底片,底片检查机也被淘汰了。此法可快速大量生产0.05mm线宽/间距的线路板,大大节约投资和成本,缩短流程,改善线路板的质量,可说是印制板工业成像方面的一场革命。激光直接成像在美、日多家公司研制,Dupont公司研制的介质材料和Orbot等公司的激光设备从1998年开始,在美国、法国、加拿大、奥地利等国试用,反映十分良好。预测21世纪初这种激光直接成像设备和方法会传入中国。


面对现实步入21世纪

    综如上述,21世纪印制板行业将进入微通孔(Microvia)为主的高密度互连(HDI)的时代,印制板变得越来越薄、越来越密、质量要求越来越严,需要有埋/盲孔、阻抗特性、化学镍/金,局部镀厚等工艺技术来满足移动电话(手机)、数字电视、平面电脑等许多高技术产品对印制板的要求。各企业不断研究和发展有生命力的印制板批量生产技术,可赶上时代步伐,可接大量附加价值高的订单。

    但是,实际上现阶段,到各个印制板工厂转一圈就可发现,除了极少数PCB厂外,目前工厂里生产的板子,占80-90%的是线宽5-8mil(0.13-0.20mm),孔径 0.3mm以上的,多数工厂靠的是这类板子盈利和积累。另一方面现时激光钻孔机够时髦了,但激光机也有局限性,它对付的仅是板厚<0.4mm,孔径<0.2mm的小孔,对厚一点的板子和大一点的孔,还得靠普通数控钻床才能实现。而且现实生活中,不可能每一印制板厂都作手机板,亦不可能每家工厂都能拥有所有的最新工艺技术。所以,提倡面对现实,为了本企业的生存和发展,搞出其中几项批量生产的新工艺技术应该的,一定要形成有本企业特色的技术与产品,这样在市场竞争中可保持优势地位。