在电子技术发展的早期,电路由电源、导线、开关和元器件构成。元器件都是用导线连接的,而元件的固定是在空间中立体进行的。随着电子技术的发展,电子产品的功能、结构变得很复杂,元件布局、互连布线都受到很大的空间限制,如果用空间布线方式,就会使电子产品变得眼花缭乱。因此就要求对元件和布线进行规划。用一块板子作为基础,在板上规划元件的布局,确定元件的接点,使用接线柱做接点,用导线把接点按电路要求,在板的一面布线,另一面装元件。这就是最原始的电路板。这种类型的电路板在真空电子管时代非常流行,由于线路都在同一个平面分布,没有太多的遮盖点,检查起来容易。这时电路板已初步形成了“层”的概念。
单面敷铜板的发明,成为电路板设计与制作新时代的标志。布线设计和制作技术都已发展成熟。先在敷铜板上用模板印制防腐蚀膜图,然后再腐蚀刻线,这种技术就象在纸上印刷那样简便,“印刷电路板”因此得名。印制电路板的应用大幅度降低了生产成本。随着电子技术发展和印制板技术的进步,出现了双面板,即在板子两面都敷铜,两面都可腐蚀刻线。
随着电子产品生产技术的发展,人们开始在双面电路板的基础上发展夹层,其实就是在双面板的基础上叠加上一块单面板,这就是多层电路板。起初,夹层多用做大面积的地线、电源线的布线,表层都用于信号布线。后来,要求夹层用于信号布线的情况越来越多,这使电路板的层数也要增加。但夹层不能不能无限增加,主要原因是成本和厚度问题。一般的生产厂都希望以尽可能低的成本获取尽可能高的性能,这与实验室里做的原形机设计不同。因此,电子产品设计者要考虑到性价比这个矛盾的综合体,而最实际的设计方法仍然是以表层做信号布线层为首选。高频电路的元件也不能排得太密,否则元件本身的辐射会直接对其它元件产生干扰。层与层之间的布线应错开成十字走向,以减少布线电容和电感。
212 印制电路板的分类
印制电路板根据制作材料可分为刚性印制板和挠性印制板。刚性印制板有酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板、环氧玻璃布层压板。挠性印制板又称软性印制电路板即FPC,软性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性和较高曲绕性的印制电路板。这种电路板散热性好,即可弯曲、折叠、卷挠,又可在三维空间随意移动和伸缩。可利用FPC缩小体积,实现轻量化、小型化、薄型化,从而实现元件装置和导线连接一体化。FPC广泛应用于电子计算机、通信、航天及家电等行业。
213 印制电路板的制作工艺流程
要设计出符合要求的印制板图,电子产品设计人员需要深入了解现代印制电路板的一般工艺流程。
1 单面印制板的工艺流程:
下料→丝网漏印→腐蚀→去除印料→孔加工→印标记→涂助焊剂→成品。
2 多层印制板的工艺流程:
内层材料处理→定位孔加工→表面清洁处理→制内层走线及图形→腐蚀→层压前处理→外内层材料层压→孔加工→孔金属化→指外层图形→镀耐腐蚀可焊金属→去除感→光胶腐蚀→插头镀金→外形加工→热熔→涂助焊剂→成品。
214 印制电路板的功能
印制电路板在电子设备中具有如下功能:
提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑,实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性。
为自动焊接提供阻焊图形,为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
电子设备采用印制板后,由于同类印制板的一致性,避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测,保证了电子产品的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修。
215 印制电路板的发展趋势
印制板从单层发展到双面板、多层板和挠性板,并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、减少成本、提高性能,使得印制板在未来电子产品的发展过程中,仍然保持强大的生命力。
未来印制板生产制造技术发展趋势是在性能上向高密度、高精度、细孔径、细导线、小间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量、薄型方向发展。PCB行业全球范围内都有很多知名企业和产业中心,不同的地区对应着不同的就业机会和行业发展趋势。以下是一些PCB行业比较热门的就业地区和理由:
1中国深圳:深圳是国内知名的电子产业基地之一,不仅拥有诸多PCB制造企业,还有众多的电子设备生产厂商和设计公司,可提供广泛而多样化的就业机会;
2美国硅谷:硅谷是全球科技创新和IT领域的中心地带之一,拥有众多的创新型PCB和电子设备制造企业、科技公司和初创企业,聚集了全球最优秀的电子工程师和科技人才,对拓展职业道路非常有利;
3加拿大多伦多:多伦多是全球知名的PCB设计和开发中心,同时也是电子设备生产和整合的枢纽,聚集了众多的制造商、服务商和领先企业,发展潜力巨大。
这些地区都是需求量较大的高科技电子公司的集聚地,PCB行业就业前景较好,同时也需要拥有相关背景和技术素养,建议您根据自身兴趣和专业方向综合考虑后做出选择。PCB是printed circuit board的缩写,翻译过来就是印刷电路板。
●PCB =印刷电路板
●PCB在各种电子设备中有以下功能。
1为固定和组装集成电路等各种电子元件提供机械支撑。
2在集成电路等各种电子元件之间实现布线和电气连接(信号传输)或电气绝缘。提供所需的电气特性,如特性阻抗。
3为自动装配提供阻焊图形,并插入、检查和维护组件的识别字符和图形。
PCB技术发展概述
从1903年至今,从PCB组装技术的应用和发展来看,可以分为三个阶段。
●THT阶段的多氯联苯
1金属化孔的功能:
(1)。电气互连-信号传输
(2)。支撑引脚尺寸限制了过孔尺寸的减小。
A销的刚度
B自动插入的要求
2增加密度的方法:
(1)减小器件孔的尺寸,但由于元件引脚的刚性和插入精度的限制,孔径≥ 08mm。
(2)减小线宽/节距:03毫米-02毫米-015毫米-01毫米
(3)增加层数:单-双面-4-6-8-10-12-64。
●处于表面安装技术(SMT)阶段的PCB
1过孔的作用:只起到电互连的作用,孔径可以尽量小。你也可以堵住这个洞。
2增加密度的主要方法
①过孔尺寸急剧减小:08毫米—05毫米—04毫米—03毫米—025毫米
②过孔的结构发生了实质性的变化:
A埋盲孔结构的优点:增加1/3以上的布线密度,减少PCB尺寸或层数,提高可靠性,改善特性阻抗控制,减少串扰、噪声或失真(由于短导线和小孔)
B焊盘上的孔消除了继电器孔和连接线。
③薄:双面板:16毫米—10毫米—08毫米—05毫米。
④PCB平整度:
A概念:PCB基板翘曲,PCB表面的连接焊盘表面共面。
BPCB翘曲是热量和机械引起的残余应力综合作用的结果。
C连接板表面涂层:HASL、化学镀镍/镀金、电镀镀镍/镀金…
●芯片级封装(CSP)阶段的PCB
CSP的发展开始进入快速变革,推动了PCB技术的发展,PCB行业将走向激光时代和纳米时代。
目前我国人工智能、汽车电子、物联网、5G等现代科技行业的发展都离不开集成电路的支持,换言之,集成电路是目前我国科技发展的核心零部件,因此我国政府高度重视集成电路的发展,出台了多项政策支持集成电路行业。尤其是在经济发达的长三角和泛珠三角区域,上海、广东等城市拥有强大的经济和人才优势,在“十四五”期间形成了集成电路集群化发展的趋势。
1、集成电路渗透到我国各个行业
集成电路是我国科技发展的重要组成部分,也是我国各行各业实现智能化、数字化的基础。目前我国集成电路渗透到我国各个行业,例如工业机器人、5G网络建设、汽车电子以及计算机等重要科技领域,可以说集成电路是我国科技发展的基石,集成电路技术发展到位,我国才能够在科技领域不受制于人。
2、我国集成电路行业依赖进口较为严重
目前集成电路已渗透到我国各个行业,对于我国科技、工业等领域发展显得尤为重要,但因集成电路行业具有较高的技术壁垒,我国目前尚未完全突破技术壁垒,因此在7nm等精度较高的集成电路领域,我国仍需要进口。换言之,在关键技术领域,我国集成电路依赖进口较为严重。
2017-2020年,我集成电路进出口数量均呈现上升趋势,且进出口逆差也在不断扩大。根据海关总署数据显示,2020年中国共进口集成电路5431亿个,较2019年增加985亿个;出口集成电路2596亿个,较2019年增加411个,贸易逆差为2835亿个。2021年1-2月,我国累计进口集成电路963亿个;出口集成电路468亿个,贸易逆差为495亿个。
3、多项规划指明集成电路发展方向
在《中国制造2025》中针对集成电路产业的市场规模、产能规模等提出了具体的量化目标,同时在全国两会发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中也提到在事关国家安全和发展全局的基础核心领域,制定实施战略性科学计划和科学工程。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
从国家急迫需要和长远需求出发,集中优势资源攻关关键元器件零部件和基础材料等领域关键核心技术。支持北京、上海、粤港澳大湾区形成国际科技创新中心,建设北京怀柔、上海张江、大湾区、安徽合肥综合性国家科学中心,支持有条件的地方建设区域科技创新中心。
3、政策规划下我国集成电路市场规模不断提升
在我国政策的促进下,我国集成电路行业主要代表企业不断突破技术壁垒,促进我国集成电路行业的发展,其中,中芯国际已能够生产n+1 nm的集成电路,虽不能完全替代7nm的芯片,但也能在短时间内解决我国机场电路短缺的问题。
根据中国半导体行业协会数据显示,2015-2020年我国集成电路市场规模呈逐年增加趋势。2020年我国集成电路市场规模为8848亿元,较2019年增加1700%。
4、“十四五”期间各省份出台规划促进集成电路发展
目前长三角地区的安徽省、江苏省、上海市,泛珠三角地区的江西省、福建省、广东省、四川省均对“十四五”期间,集成电路的发展做出了明确的目标规划,形成了较为明确的集群化发展,除此之外,湖北省、重庆市以及山西省也针对“十四五”期间集成电路的发展做出了明确的目标规划。
综合来看,集成电路行业的发展对于我国工业智能化、5G网络、汽车电子、计算机等关键领域的发展起着至关重要的作用,但目前由于我国尚未完全突破集成电路的技术壁垒,到至我国对集成电路的进口依赖较为明显,未来在《中国智造2025》以及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的支持下,我国集成电路的发展会越来越好。
除国家层面外,我国经济较为发达的省份也在不停的摸索集成电路的发展,目前在长三角和泛珠三角地区已形成了集成电路发展的集群效应。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国集成电路行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
PCB企业的发展依赖资金和技术,中小企业由于自身底子薄,在PCB向高速、高频、高密度发展过程中,市场份额将进一步被优质企业抢占。
中小PCB厂家面临的问题:
电子产品整体工艺需求提升,小厂资金有限,较难改进工艺技术,规模和盈利能力差异导致小厂与大厂技术差距拉大。
2020年,覆铜板——PCB主要原材料经历多次涨价,国内有一波中小PCB厂商面临倒闭。同时,大厂积极扩产, 自动化趋势下运营优势显著,良率、毛利率及供应链成本管控优势继续扩大,较强的议价能力,或将持续挤压小厂盈利空间。
环保核查风气下,小厂扩产更加受限,环保设备配套投入高,小厂资金有限,很多小厂商难以在高环保要求下维持生产。
是问题也是发展着眼处:
针对问题一:通过引进人才、购买设备,提高工艺技术水平;
针对问题二:提效降本,扩大市场占有率,提高销量;
针对问题二:不完善自身环保体系
解决这些问题都离不开资金。
资金主要来源除了生产效益,就是融资。
融资,又是中小企业面临的一大难题。特别是在当前疫情防控背景下,PCB行业的投资大多流向 科技 、创新程度高的领域。
因此,对于广大中小企业来说,同区域企业之间的抱团取暖、企业合并、共享资源,也是生存和发展的有益选择。
参考资料:
基板的选择、布局策略、表面涂层要求)在制造之前就已确定,这些因素可能会影响制造良率和产品性能。因此,了解 PCB 制造过程及其趋势对于任何 PCB
设计人员和制造商来说都非常重要。
消费和工业电子产品对数字化的需求不断增长,推动了 PCB 制造过程中的许多创新。环氧树脂和聚酰胺等先进 PCB 基板材料符合全球 PCB
市场发展需求。多氯联苯的回收现在正在被广泛关注,以满足政府当局制定的环境和可持续性准则。
通信和汽车行业是推动全球 PCB 市场的主要应用。人工智能、物联网和 5G 移动通信等技术也影响了 PCB 制造商,带来 PCB
设计和制造技术的革命。我们将介绍一下最新的 PCB 设计和制造趋势。
柔性印刷电路板
PCB 制造中快速增长的趋势之一是使用柔性 PCB,因为它们可以变成为任何形状或尺寸。柔性 PCB
的优势包括更小尺寸、更高灵活性和多种基板选择。这些特性使它们最适合医疗、可穿戴和其他特定应用的要求。除了 Flex
PCB,还有用于紧凑型产品开发的Rigid-flex PCB。
高密度互连
每个领域的自动化都导致对高密度互连 (HDI) PCB 的需求增加,因为它们提供可靠和高速的信号传输。HDI PCB
提供更小的走线宽度,从而提高了布线密度。减少的PCB 层数也降低了生产成本。因此,HDI PCB 在航空航天、医疗和可穿戴技术设备等智能应用中至关重要。
高功率PCB
随着对太阳能等可再生能源的关注,对高功率 PCB 的需求正在大幅增长。大多数太阳能电池板的工作电压范围为 24 V 至 48
V。此外,电动汽车也增加了对大功率板的要求。容纳持久耐用的电池组将使产品运行时间更长,这需要具有高效散热的大功率电路板设计。
PCB 自动贴装机
PCB 设计技术还通过在 EDA 工具中引入自动布局器和自动布线器来优化效率。这种自动化正在加快设计上市时间并提高质量。展望未来,CAD
系统将与流程集成,从而提高设计和仿真速度。
智能设备需求
随着智能手机与智能家居或智能办公室连接的趋势,对智能设备的需求不断增长。此类应用需要可扩展且安全连接的设备。这可能是未来的巨大收入来源,因此要求
PCB 制造商具有灵活性和适应性来占领市场。
COTS 组件
这些是用于商业应用的现成产品,全部或部分设计并组装好的产品,以加快设计过程和其他好处。由于它们符合严格的标准化和监管准则,因此它们是关键和基于空间的系统的绝佳选择。此外,它们以较低的开销提供可靠性和效率。航空航天工业广泛使用COTS组件,其他领域可能很快就会赶上潮流。
零部件供应链控制
随着新应用的出现,引入新组件的机会很多。从供应链中避免假冒组件的需求日益增长。这对于医疗设备、人工智能、虚拟现实等关键应用来说是非常必要的。需要新的
PCB 制造方法来控制这个问题,例如在组件内部植入一个微型芯片,以防范假冒伪劣。
物联网 PCB
物联网设备紧凑、便携且可靠,促使 PCB 制造商采用安全功能以防篡改。物联网 PCB 必须遵循特定的标准和法规以符合所需的安全性。
可生物降解的多氯联苯
传统 PCB
很难做到无害化处理,因为它含有大量不可降解的化学物质。废弃的多氯联苯造成电子垃圾,增加了全球对电子垃圾管理的关注。可生物降解多氯联苯是解决这一问题的关键,同时也需要PCB废旧金属回收PCB( Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。传统的电路板采用印刷蚀刻阻剂的方法做出电路的线路及图面,因此被称为印制电路板或印刷线路板。
我们通常见到的电路板都是在PCB的基础上焊接了元器件,即 PCBA(PCB Assembly),PCB则是“裸板”、“光板”,也就是PCB是没有焊接元器件前的电路板,PCB与电路元器件通过加工组装装配的工序后才形成在电子产品中实际使用的电路板。
1936年,印制电路板的创造者奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)首先在收音机装置里采用了印刷电路板。
1943年,美国人多将该技术运用于军用收音机内。1947年,美国航空局和美国标准局发起PCB首次技术讨论会。1948年,美国正式认可这个发明并用于商业用途。20世纪50年代初,由于CCL的 copper foil和层压板的粘合强度和耐焊性问题得到解决,性能稳定可靠,实现了工业化大生产,铜箔蚀刻法成为PCB制造技术的主流,开始生产单面板。20世纪60年代,实现了孔金属化双面PCB实现了大规模生产。20世纪70年代,多层PCB迅速发展,并不断向高精度、高密度、细线小孔、高可靠性、低成本和自动化连续生产方向发展。20世纪80年代,表面安装印制板(SMT)逐渐替代插装式PCB,成为生产主流。20世纪90年代以来,表面安装进一步从扁平封装(QFP)向球珊阵列封装(BGA)发展。进入21世纪以来,高密度的BGA、芯片级封装以及有机层压板材料为基板的多芯片模块封装印制板得到迅猛发展。
1956年,我国开始PCB研制工作。
60年代,批量生产单面板,小批量生产双面校并开始研制多层板。70年代,由于受当时历史条件的限制,印制板技术发展缓慢,使得整个生产技术落后于国外先进水平。80年代,从国外引进了先进水平的单面、双面、多层印制板生产线,提高了我国印制板的生产技术水平进入90年代,香港和台湾地区以及日本等外国印制板生产厂商纷纷来我国合资和独资设厂,使我国印制板产量和技术突飞猛进。2002年,成为第三大PCB产出国。2003年,PCB产值和进出口额均超过60亿美元,首度超越美国,成为世界第二大PCB产出国,产值的比例也由2000年的854%提升到1530%,提升了近1倍。2006年中国已经取代日本,成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。近年来,我国PCB产业保持着20%左右的高速增长,远远高于全球PCB行业的增长速度。
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