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1、中国印制电路行业技术现状与存在的问题陈长生中国电子学会印制电路专委会主任一、中国印制电路产业的现状中国印制电路制造业经过50多年的发展，从产业规模看，已成为世界印制板生产大国 。从2006年开始超过日本成为世界第一，2008年由于金融危机的影响中国印制板行业增幅由以前年均增幅25急速下降为1%-2%，2009年有部分印制板企业由于订单不足开始缩减工作班次，有的关停并转。2009年中国印制板产值仍达171亿美元,居世界第一，已占全球PCB产量近33，预计2010年印制板企业生产有所回升，整体增幅将达到10%，其中多层印制板产量预计至少上升15%，达到9900万平方米，HDI（高密度互连印制板）和
2、挠性印制板也会大幅增加。由于价格的过度竞争，企业效益增幅不大。目前印制板的制造厂商主要集中在珠江三角洲、长江三角洲和环渤海的大连天津等地，随内地部分地区印制电路产业园的建立，沿海部分印制板企业内迁，内地印制板产值占比将会增大。目前我国印制板制造企业已经超过1200家,其中包括：国营企业、民营个体企业、股份制企业和外资企业。除少数规模较大的印制板企业外，大多数国营企业、民营个体企业、股份制企业规模较小，但他们总体数量占中国PCB企业90，而其产值只占30多，其PCB产品水平大部分处于中低档，只有少数生产高端产品，已有部分有实力的企业在香港或国内上市（10多家）。而其他60多的产值是由数量不足10
3、的境外企业在中国境内生产创造的。从厂地、厂房和设备看国内企业大体已与国际先进水平接轨，有不少还优于国外企业。但生产管理水平、技术档次、经济效益和环保意识等与国外企业相比仍存在不小差距。企业研发投入少，科研人员缺乏，横向未能有效形成产学研为一体的产业发展格局。中国PCB企业大多注重扩大自身的生产规模，企业原创性技术创新能力弱，技术的积累不足以支撑技术创新的要求，导致高水平产品产能不足，低水平产品产能严重过剩，部分企业生产不饱满，低技术层面的产品过度竞争，竞相压价，从而影响印制板行业有序良性发展。目前国内印制板企业面临来自多方的压力。原材料价格上涨，设备投入增大，加上国家相关环保、税法、劳动合同法
4、等陆续出台，PCB企业抵御市场风险的能力下降。 其次国内印制板行业还面临PCB产业链不完善，相当一部分高端设备仪器、精细电子化学品、专用物料仍是国外一些知名品牌的天下，给国内PCB企业的发展带来较大的成本压力。推荐精选二、印制电路制造技术中存在主要问题目前中国印制板制造技术中存在的主要问题表现在以下几方面：1、常规印制板制造可靠性控制技术；2、新型印制板制造工艺技术；3、清洁生产技术；4、与印制板制造配套相关标准、材料及设备。1、常规印制板制造可靠性控制技术问题印制板的主要功能是要实现自身电气互连与信号传输，还要保证与后续元器件良好焊接性，焊接后的印制板组装件能经受严酷的各种环境试验，特别是高
5、温焊接和高低温的温度冲击试验等。常规印制板可靠性失效的案例屡见不鲜，保证印制板长期使用的可靠性至关重要作用，影响印制板可靠性因素表现在以下方面：1）印制板镀铜层的厚度不均匀性问题其中包括 板面电镀均匀性和金属化孔镀层厚度均匀性。随印制板线宽线间距越来越小（0.075mm），由于受设备和工艺条件的限制印制板板面镀铜厚度均匀问题成为制造难点之一，目前国内大多印制板厂多采用垂直电镀的方式，大板面印制板的镀铜层厚度不均匀达到0.010以上。它会造成细线条蚀刻困难，在图形电镀过程中为了保证印制板上最薄处的镀铜厚度达到25um,板面上最厚处可能镀到40um以上，导致镀铜层厚度超过膜厚产生压膜现象，严重时出
6、现镀层突沿，造成线宽增加间距减小，从而影响电气性能。同时镀铜层厚度不均匀会造成印制板导线厚度不均匀，在高速电路中，印制板中导线本身又是信号传输线对其特性阻抗有匹配性要求，导线上电镀铜层的厚度对导线本身的特性阻抗值有明显影响（见图1），所以电镀铜厚度均匀性对高速电路用印制板尤其重要。图1 导线铜层厚度与特性阻抗对应关系图如何提高印制板金属化孔镀铜层厚度均匀性是长期困扰印制板工程师的难题，印制板金属化孔失效是印制板常见质量缺陷之一。目前航天系统对高可靠印制板要求对板上的推荐精选0.5mm以下导通孔全部进行微孔电阻检测。印制板上金属化导通孔可以是通孔，也可以设计是盲孔或埋孔，而且孔径大小不一，位置各
7、异。随设计密度的提高孔径越来越小，板厚与孔径比越来越大，给孔金属化难度加大。通常印制板板厚孔径比超过6:1时会出现孔口处镀铜层厚而孔中心处镀铜层薄现象。解决上述问题需要根据不同情况综合处理如电镀槽、阴阳极距离大小、电镀电源、印制板夹持方式等硬件条件和电镀药水成分配比、添加剂种类、溶液搅拌方式等方面进行改善。例如水平电镀时，工件在镀液中水平放置并随传送装置传送，镀液通过泵加压后经喷嘴垂直喷出促使其在板面和孔内流动并在孔内形成涡流，加快了孔内镀液的交换，减小了板面与孔内的电流密度差别。使用该电镀系统并配合脉冲电镀微孔的效果非常好，但其成本较高，目前很多中小企业无力采购。其对厚板效果也不明显。为了改
8、善镀层的质量，人们在印制电路电镀铜时引入超声波技术。超声波的主要作用有：（1）超声波产生的强大冲击波能渗透到电极表面和空隙，达到彻底清洗的作用；（2）超声波产生的“空化”作用，加快了氢的析出；（3）超声波的空化作用产生的微射流强化对溶液的搅拌，加快了传质过程，降低了浓差极化，增加了极限电流密度，优化了操作条件。随印制板制造难度加大，传统的电镀铜技术难以满足生产的要求。需要国内电镀工作者加大对印制板电镀铜设备、电镀配方及工艺的研究。2）镀铜层机械性能问题 随印制板高密度化精细化和刚挠结合板大量采用以及无铅焊接工艺普及对电镀铜层机械性能的要求越来越高，由于印制导线越来越细，如其抗拉强度低在后续焊接
9、或各种环境试验中易出现印制导线断裂；印制板金属化孔也经常出现由于镀铜层延伸率低出现微裂纹，特别是刚挠结合板中间采用丙烯酸膜其Z向热膨胀系数大对其金属化孔电镀铜层冲击大易产生金属化孔失效。同时无铅焊接被广泛采用，其要求有更高焊接温度和较长焊接时间以及快速冷却速度，要求导通孔的铜镀层不仅有更好的延伸率，而且与孔壁基材应有良好的结合力。以防止印制板层间互连失效。高可靠性产品需要进行互连应力测试超过10%互联电阻变化率产品不合格。PCB板的 X、Y方向受玻璃布影响，CTE较小，约在12-15ppm/左右，但在Z向将扩大至55-60ppm/,在采用TMA测量时，板材Tg以内的热膨胀系数(1-CTE目前上
10、限为60ppm/)。而Tg以上的CTE(为2-CTE,上限为300ppm/),其中2-CTE更受重视，由于铜的CTE为16-18ppm/推荐精选,与2-CTE差距过大，容易造成金属化孔孔壁镀层断裂。 孔化的前处理应保证化铜与孔壁结合力良好。电镀铜的延伸率应在12%以上，以减少热冲击对孔壁镀铜层的影响。3）CAF效应问题随印制板布线密度的增加和孔密度提高，CAF效应有明显增加趋势，CAF效应发生主要与基板材料多层压制工艺、钻孔工艺、蚀刻工艺和印制板清洗储存工艺等都有密切联系，需要印制板制造企业加强印制板生产过程控制严防CAF效应的发生。4）、印制板可制造性设计（DFM）问题DFM问题早在90年代
11、就已经被整机制造商所认识，但到目前仍然解决的不理想，其中主要问题是产品设计和工艺设计之间的相互隔阂，以及缺少全才型跨领域人才。解决问题需要产品设计人员主动了解印制板生产工艺问题，同时印制板工艺工程师也应该了解印制板在产品中要实现的功能，双方共同找出既能满足印制板功能要求同时又能规避印制板生产过程中工艺缺陷的较为完善的工艺设计方案。 DFM并不仅是工艺工程师从制造技术角度对印制板设计提出限制条件，更重要的是在满足产品功能的前提下提出合理的工艺解决方案，这就需要在设计与工艺之间达起一座桥梁，把产品功能性需求和DFM要求有机结合起来，从而把工艺设计和产品设计融合起来，在产品设计中解决DFM问题，提高
12、印制板和产品可靠性。5）人才问题印制板生产所涉及技术门类较多，需要技术人员综合素质较高，目前国内高校中极少有针对印制板制造技术培养专门高级人才的科系和专业，企业自身也很难有精力和能力进行较全面的培养。企业很难得到所需要的人才，使技术的提升成为无源之水、无本之木。中国印制板制造的市场份额已经是世界第一，但并没有改变以低端产品和代工为主的局面，在新工艺、新材料、新设备的研发仍依赖欧美和日本等国家和地区。高端技能人才的匮乏已经并将继续制约中国电子制造竞争力的提升。2、新型印制板制造工艺技术问题印制板是电子信息产业发展的重要支撑基础产品之一，从电子产品的发展趋势看，下一代电子产品对PCB的要求突出表现
13、在更加高密度化和精细化，很多电子信息产品的更新换代(如手机、数码相机)依靠印制电路制造技术的进步。 HDI板、IC封装基板、刚挠结合多层印制板、埋置元件印制板、铝基印制板、光电结合印制板、特种基材印制板等是当前最具代表性新型印制板发展方向。推荐精选制造HDI板的工艺技术较多，HDI的结构也多种多样，典型结构是以刚性多层板为芯板，在刚性芯板的上下两面再增加一个或多个微孔积层，目前国内印制板企业能批量生产HDI板的为数不多，主要制约因素有制造设备、工艺技术和生产过程环境工艺控制技术等。IC基板的需求量预计在20062011期间的增长率为7.7，将远高于预期PCB平均增长率在20062011期间的5
14、.3。IC基板生产主要集中在台湾和日本。国内PCB企业正在加紧进行IC封装基板的研发，国家有关部门也在加大对此投入。 HDI板制造技术常用的积层方法有采用附树脂铜箔RCC和激光钻孔后电镀填充导通孔工艺完成积层板层间电气互连；IC载板多数采用热固性树脂和电镀铜柱方式实现层间电气连接，导电图形由半加成法完成，对热固性树脂表面的粗化和电镀铜柱工艺控制尤为重要。随着新型印制板产品不断涌现，一些新工艺如喷墨印刷工艺、盲孔电镀填平工艺、电镀铜柱实现层间互连工艺，纳米材料、耐热材料、导电胶等新材料在PCB制造中逐渐得到应用。埋嵌元件印制板为了适应电子设备高性能化、信号高速化和高频化要求，将部分电子元器件埋置
15、于印制板内部，既实现高密度组装，又使元件间连接线路缩短，减少信号损衰和干扰，提高可靠性。据日本“下一代线路板研究会”报告日本对该项技术的发展十分重视，现在树脂基材埋置无源元件技术进入实际应用。该工艺将电子制造过程中的PCB制造和板卡组装融为一体生产，使组装和封装的界限越来越模糊，其减少组装过程的回流焊或波峰焊等高温操作对板件和部分元件的影响，节省了焊料，使整个电子制造可以在一个低温加工过程中完成，不需要焊接，从根本上符合RoHS的要求，可以实现电子产品3D封装和更高可靠性，给出了一种全新的印制电路板卡制造思路。我国部分印制板企业已开始进行相关技术研究和小批量试制生产。其主要制约因素是制造工艺稳
16、定性、部分使用的元器件及制造工艺低成本问题。如光电结合印制板的光互连和光电耦合的低成本制造问题。刚挠板为电子组件之间的互连提供了一种崭新的连接方式。影响刚挠结合板的主要技术难点主要有层间对位精度、挠性窗口保护以及刚挠结合板金属化孔的可靠性如何进一步提升以适应Z向高热膨胀量。3、清洁生产技术印制板行业的清洁生产标准已经出台，国家环保部正在制定电子工业污染物排放标准，专门针对电子元器件和印制板行业将要出台更加严格的排放标准。随着人们环保意识的增强，推荐精选许多印制板企业加大了在环保方面的投入，积极开展清洁生产活动，并取得了很好社会和经济效益，目前有关印制板污水处理技术都已比较成熟，相关从事污水处理
17、的公司技术和服务都很专业，希望仍有部分存在观望和侥幸心理的印制板企业尽快行动起来，为我国印制板行业的健康发展做出自己的贡献。印制板生产中用到的对环境不友好的物质正在逐步淘汰和减少使用量，但仍有部分由于技术和工艺的限制目前还在普遍使用，如化学镀铜工艺存在甲醛的致癌问题、EDTA络合铜的废水处理问题等。人们一直在寻找其替代工艺。如直接电镀工艺。另外由于无铅的要求，PCB板表面可焊性镀涂覆层大量采用化学Ni/Au、电镀Ni/Au、化学Sn、化学Ag、有机可焊性保护层OSP，无铅的热风整平等等，以上技术都被PCB厂商使用作为无铅的可焊性镀涂层的替代品，每项技术都有自身的优缺点。化学镀镍金工艺控制难度大
18、，化学金层厚度极薄，经常出现印制板黑盘和可焊性差的问题，有时还会因工艺控制不当造成印制板线间绝缘电阻下降。电镀Ni/Au工艺可以适度提高金层的厚度，但对线路蚀刻工艺要求较高，容易产生镍金层镀层突沿而脱落造成短路，如果镀金工艺控制不好容易产生渗镀。化学锡层由于锡须问题容易发生短路或绝缘电阻下降，影响产品可靠性，美国NASA最近发布了近年来由于印制板质量问题而引起的航天事故报告，其中列举了一些失效的例子，如：1998年到目前在轨运行的商业卫星至少因为印制板或印制板组件产生锡须而发生11次故障，有4颗卫星丢失，包括为北美几千万寻呼机提供服务的价值2.5亿美元的PanAmSat公司的银河4号通信卫星。
19、化学银层由于易氧化变色长时间存放可焊性会下降。无铅后印制板表面处理的多样性、焊料成份的多样性、焊球成份和元器件焊点成分的多样性，将会导致单块印制板上会出现多种焊点组织结构，它们可能具有不同的IMC和晶粒生长机制，给后续焊接工艺控制和可靠性带来更为复杂局面。另外无卤、高Tg板材出现爆板问题也经常困扰业界。如何应对无铅和环保要求带来的诸多制造技术问题是许多企业需要认真思考的。4、与印制板制造配套相关标准、材料及设备问题我国印制板行业经过近50年的发展在相关标准、原辅材料以及生产测试设备等方面有了较快发展，但由于种种原因上述诸多方面发展未能跟上印制板行业的发展速度，存在标准制修订速度慢，原辅材料不能
20、完全满足高品质印制板生产之需，高端生产测试设备与国外先进水平仍有相当大差距。在全国印制电路标准化技术委员会组织领导下，经过几十年发展，我国印制板标准化体系已基本建立，相关印制电路标准（国标和行标）有50推荐精选余项，为我国印制电路行业的发展做出重要贡献，但目前我国印制电路行业正处在高速发展时期，相关印制电路技术发展速度快，受国家标准制修订程序的制约，标准的发布必须经过必要程序才能正式颁布，从标准报批到走完程序一般也需要1年左右时间，这就客观上造成印制板现行标准滞后的现象。为了解决上述问题印制板标委会正在制定相应对策，准备成立由印制板制造企业、研究机构和高校组成印制板产业技术联盟，该联盟其重要一
21、项工作就是根据行业需要发挥相关企业积极性按国家标准的要求率先制定联盟标准，待国家标准项目落实后尽快转化成国家正式标准。印制板用原辅材料品种多，经过几十年的发展我国在一些原辅材料方面研发和生产取得了长足发展，如：普通覆铜板材料、铜球、油墨等制造水平已赶上世界水平。但在印制板用高端电子化学品、特种印制板基板材料等与国外先进水平仍有相当差距。 印制板行业中使用的电子化学品品种很多，用量大，对质量和长期可靠性要求较高。印制板生产中常用镀种主要有电镀铜、锡、镍、金，以及化学镀铜、锡、银、镍、金等工艺。目前国内从事印制板电子化学品相关厂家较多，但规模和水平仍有待提高。由于该行业的产品特点和中国目前对知识产
22、权保护的滞后，造成行业内无序竞争，真正从事技术开发的企业不多，大多是低水平低端产品的低价竞争，对中国国内电子化学品行业的发展十分不利。企业知名度不高，真正有实力品牌企业不多，无法与国外企业抗衡。PCB生产和检测设备的制造规模水平较以前也有较大提高，在一些常规印制板生产检测设备制造上已经赶上国外先进水平，但在一些高端生产检测设备如水平电镀线，激光钻孔机、自动光学检测设备等方面仍有差距。部分设备制造企业对技术研发的投入不足，缺乏长远整体发展规划，不注重自身品牌培育。企业规模不大，与国外相同企业相比缺乏竞争力。面对我们在印制板制造技术方面存在的问题，相关企业要有清醒的认识，加大技术研发的投入，做好长远整体发展规划，注重自身品牌培育，提升企业市场竞争力。同时我们也呼吁有关政府部门加大对印制板行业政策扶持和资金支持，继续鼓励发展高端印制板产业，支持包括IC封装基板在内的高端印制板研发和产业化，加大对印制板相关产业包括特种基材、专用电子化学品及先进生产检测设备的研发支持力度。促进我国印制板行业快速健康有序发展。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选