PCBA

编辑本段印刷电路板

　　印刷 电路板，又称印制电路板，印刷 线路板，常使用英文缩写PCB（Printed circuit board），是重要的电子部件，是电子元件的支撑体，是电子元器件线路连接的提供者。由于它是采用电子印刷技术制作的，故被称为“印刷”电路板。

　　在印制电路板出现之前，电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。现在，电路面包板只是作为有效的实验工具而存在，而 印刷电路板在电子工业中已经成了占据了绝对统治的地位。20世纪初，人们为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本等优点，于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。三十年间，不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年， 美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。[1]

　　直至1936年，奥地利人保罗·爱斯勒（Paul Eisler）在 英国发表了箔膜技术[1]，他在一个收音机装置内采用了印刷电路板；而在 日本，宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线方法(特许119384号)”成功申请专利。[2]而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板最为相似，这类做法称为减去法，是把不需要的金属除去；而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线，称为加成法。虽然如此，但因为当时的电子零件发热量大，两者的基板也难以配合使用[1]，以致未有正式的实用作，不过也使印刷电路技术更进一步。

编辑本段技术发展史

　　1941年，美国在滑石上漆上铜膏作配线，以制作近接信管。

　　1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。

　　1947年，环氧树脂开始用作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术。 　　1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。 　　自20世纪50年代起，发热量较低的晶体管大量取代了真空管的地位，印刷电路版技术才开始被广泛采用。而当时以蚀刻箔膜技术为主流[1]。 　　1950年，日本使用玻璃基板上以银漆作配线；和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板（CCL）上以铜箔作配线。[1] 　　1951年，聚酰亚胺的出现，便树脂的耐热性再进一步，也制造了聚亚酰胺基板。[1] 　　1953年，Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板。这方法也应用到后期的 多层电路板上。[1] 　　印刷电路板广泛被使用10年后的60年代，其技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板面世，多层印刷电路板开始出现，使配线与基板面积之比更为提高。 　　1960年，V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在热可塑性的塑胶中，造出软性印刷电路板。[1] 　　1961年，美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法，制作出多层板。[1] 　　1967年，发表了增层法之一的“Plated-up technology”。[1][3] 　　1969年，FD-R以聚酰亚胺制造了软性印刷电路板。[1] 　　1979年，Pactel发表了增层法之一的“Pactel法”。[1] 　　1984年，NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1] 　　1988年， 西门子公司开发了Microwiring Substrate的增层印刷电路板。[1] 　　1990年，IBM开发了“表面增层线路”（Surface Laminar Circuit，SLC）的增层印刷电路板。[1] 　　1995年，松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。[1] 　　1996年，东芝开发了B2it的增层印刷电路板。[1]

编辑本段技术实用化

　　就在众多的增层印刷电路板方案被提出的1990年代末期，增层印刷电路板也正式大量地被实用化，直至现在。

　　为大型、高密度的印刷电路板装配(PCBA, printed circuit board assembly)发展一个稳健的测试策略是重要的，以保证与设计的符合与功能。除了这些复杂装配的建立与测试之外，单单投入在电子零件中的金钱可能是很高的 - 当一个单元到最后测试时可能达到25,000美元。由于这样的高成本，查找与修理装配的问题现在比其过去甚至是更为重要的步骤。今天更复杂的装配大约18平方英寸，18层；在顶面和底面有2900多个元件；含有6000个电路节点；有超过20000个焊接点需要测试。

编辑本段节点数范围

　　在朗讯加速的制造工厂(N. Andover, MA)，制造和测试艺术级的PCBA和完整的传送系统。超过5000节点数的装配对我们是一个关注，因为它们已经接近我们现有的在线测试(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。我们现在制造大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中，大约20种在5000~6000个节点范围。可是，这个数迅速增长。

编辑本段新项目开发

　　新的开发项目要求更加复杂、更大的PCBA和更紧密的包装。这些要求挑战我们建造和测试这些单元的能力。更进一步，具有更小元件和更高节点数的更大电路板可能将会继续。例如，现在正在画电路板图的一个设计，有大约116000个节点、超过5100个元件和超过37800个要求测试或确认的焊接点。这个单元还有BGA在顶面与底面，BGA是紧接着的。使用传统的针床测试这个尺寸和复杂性的板，ICT一种方法是不可能的。

　　在制造工艺，特别是在测试中，不断增加的PCBA复杂性和密度不是一个新的问题。意识到的增加ICT测试夹具内的测试针数量不是要走的方向，我们开始观察可代替的电路确认方法。看到每百万 探针不接触的数量，我们发现在5000个节点时，许多发现的错误(少于31)可能是由于探针接触问题而不是实际制造的缺陷(表一)。因此，我们着手将测试针的数量减少，而不是上升。尽管如此，我们制造工艺的品质还是评估到整个PCBA。我们决定使用传统的ICT与X射线分层法相结合是一个可行的解决方案。

编辑本段基材

　　基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、 玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”（prepreg）使用。

　　而常见的基材及主要成份有：

　　FR-1 ──酚醛棉纸，这基材通称电木板（比FR-2较高经济性）

　　FR-2 ──酚醛棉纸，

　　FR-3 ──棉纸（Cotton paper）、环氧树脂

　　FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、环氧树脂

　　FR-5 ──玻璃布、环氧树脂

　　FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

　　G-10 ──玻璃布、环氧树脂

　　CEM-1 ──棉纸、环氧树脂（阻燃）

　　CEM-2 ──棉纸、环氧树脂（非阻燃）

　　CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂

　　CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂

　　CEM-5 ──玻璃布、多元酯

　　AIN ──氮化铝

　　SIC ──碳化硅

编辑本段金属涂层

　　金属涂层除了是基板上的配线外，也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外，不同的金属也有不同的价钱，不同的会直接影响生产的成本；不同的金属也有不同的可焊性、接触性，也有不同的 电阻阻值，也会直接影响元件的效能。

　　常用的金属涂层有：

　　 铜

　　 锡

　　厚度通常在5至15μm[4]

　　铅锡合金（或锡铜合金）

　　即焊料，厚度通常在5至25μm，锡含量约在63%[4] 　　 金 　　一般只会镀在接口[4] 　　 银 　　一般只会镀在接口，或以整体也是银的合金

编辑本段线路设计

　　印制电路板的设计是以电子电路图为蓝本，实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，但复杂的线路设计一般也需要借助 计算机辅助设计（CAD）实现，而著名的设计软件有AutoCAD、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。

编辑本段基本制作

　　根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。

减去法

　　减去法（Subtractive），是利用化学品或机械将空白的电路板（即铺有完整一块的金属箔的电路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的电路。

　　丝网印刷：把预先设计好的电路图制成丝网遮罩，丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖，然后把丝网遮罩放到空白线路板上面，再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂，把线路板放到腐蚀液中，没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走，最后把保护剂清理。

　　感光板：把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上（最简单的做法就是用打印机印出来的投影片），同理应把需要的部份印成不透明的颜色，再在空白线路板上涂上感光颜料，将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟，除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来，最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。

　　 刻印：利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。

加成法

　　加成法（Additive），现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上，覆盖光阻剂（D/F)，经紫外光曝光再显影，把需要的地方露出，然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂－金属薄锡，最后除去光阻剂（这制程称为去膜），再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。

积层法

　　[1] 积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层，再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作，可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。

　　 内层制作

　　积层编成（即黏合不同的层数的动作）

　　积层完成（减去法的外层含金属箔膜；加成法）

　　钻孔

　　 减去法

　　 Panel电镀法

　　全块PCB电镀

　　在表面要保留的地方加上阻绝层（resist，防以被蚀刻）

　　 蚀刻

　　去除阻绝层

　　 Pattern电镀法

　　在表面不要保留的地方加上阻绝层

　　电镀所需表面至一定厚度

　　去除阻绝层

　　蚀刻至不需要的金属箔膜消失

　　 加成法

　　令表面粗糙化

　　 完全加成法（full-additive）

　　在不要导体的地方加上阻绝层

　　以无电解铜组成线路

　　 部分加成法（semi-additive）

　　以无电解铜覆盖整块PCB

　　在不要导体的地方加上阻绝层

　　电解镀铜

　　去除阻绝层

　　蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失

　　 增层法

　　增层法是制作多层印刷电路板的方法之一，顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。

编辑本段ALIVH

　　[1]

　　ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole，Any Layer IVA）是日本松下电器开发的增层技术。这是使用芳香族聚酰胺（Aramid）纤维布料为基材。

　　把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”（prepreg）

　　雷射钻孔

　　钻孔中填满导电膏

　　在外层黏上铜箔

　　铜箔上以蚀刻的方法制作线路图案

　　把完成第二步骤的半成品黏上在铜箔上

　　积层编成

　　再不停重覆第五至七的步骤，直至完成

　　B2it

　　[1]

　　B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是东芝开发的增层技术。

　　先制作一块双面板或多层板

　　在铜箔上印刷圆锥银膏

　　放黏合片在银膏上，并使银膏贯穿黏合片

　　把上一步的黏合片黏在第一步的板上

　　以蚀刻的方法把黏合片的铜箔制成线路图案

　　再不停重覆第二至四的步骤，直至完成

编辑本段PCBA的生产方式

　　SMT和DIP都是在PCB板上集成零件的方式，其主要区别是SMT不需要在PCB上钻孔，在DIP需要将零件的PIN脚插入已经钻好的孔中。

SMT(Surface Mounted Technology)

　　 表面贴装技术，主要利用贴装机是将一些微小型的零件贴装到PCB板上，其生产流程为：PCB板定位、印刷锡膏、贴装机贴装、过回焊炉和制成检验。随着科技的发展，SMT也可以进行一些大尺寸零件的贴装，例如主机板上可贴装一些较大尺寸的机构零件。

　　SMT集成时对定位及零件的尺寸很敏感，此外锡膏的质量及印刷质量也起到关键作用。

DIP

　　DIP即“ 插件”，也就是在PCB版上插入零件，由于零件尺寸较大而且不适用于贴装或者生产商生产工艺不能使用SMT技术时采用插件的形式集成零件。目前行业内有人工插件和机器人插件两种实现方式，其主要生产流程为：贴背胶（防止锡镀到不应有的地方）、插件、检验、过波峰焊、刷版（去除在过炉过程中留下的污渍）和制成检验。

编辑本段产业现状

　　由于印制电路板的制作处于电子设备制造的后半程，因此被成为电子工业的下游产业。几乎所有的电子设备都需要印制电路板的支持，因此印制电路板是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。目前日本、 中国、台湾地区、 西欧和美国为主要的印制电路板制造基地。

　　受益于终端新产品与新市场的轮番支持，全球 PCB 市场成功实现复苏及增长。香港线路板协会 (HKPCA) 数据统计，2011 年全球 PCB 市场将平稳发展，预计将增长 6-9%，中国则有望增长 9-12%。 台湾工研院 (IEK) 分析报告预测，2011 年全球 PCB 产值将增长 10.36%，规模达 416.15 亿美元。

　　根据 Prismark 公司的分析数据与兴业证券研发中心发布的报告表明，PCB 应用结构和产品结构的变化反映了行业未来的发展趋势。近年来伴随着单/双面板、多层板产值的下降，HDI 板、封装载板、软板产值的增加，表明应用于电脑主板、通信背板、汽车板等领域的增长比较缓慢，而应用于高端手机、笔记本电脑等“轻薄短小”电子产品的 HDI 板、封装板和软板还将保持快速增长。

北美

　　美国印刷电路板协会 (IPC) 公布，2011 年 2 月北美总体印刷电路板制造商接单出货比 (book-to-bill ratio) 为 0.95，意味着当月每出货 100 美元的产品，仅会接获价值 95 美元的新订单。B/B 值连续第 5 个月低于 1，北美地区行业景气度未有实质性回升。

日本

　　· 日本地震短期影响部分 PCB 原材料供给，中长期有利于产能向台湾和大陆转移

　　· 高端 PCB 厂商加速在大陆扩产，技术、产能和订单向大陆转移是大势所趋

　　· 台湾中时电子报报道，日本供应链断裂，中国、韩国 PCB 板厂将成大赢家

台湾

　　· 台湾工研院 (IEK) 分析师指出，受益于全球总体经济复苏以及新兴国家消费支撑，2011 年台湾 PCB 产业预计增长 29%

全球产能将进一步向中国转移

　　中投顾问分析报告指出，中国印刷电路板业在内销增长和全球产能持续转移的形势下，将步入高速成长期。到 2014 年，中国印刷电路板的产业规模占全球的比重将提高到 41.92%。

编辑本段PCB的应用及商机

　　电脑及相关产品、通讯类产品和消费电子等 3C 类产品是 PCB 主要的应用领域。根据美国消费性电子协会 (CEA) 发表的数据显示，2011 年全球消费电子产品销售额将达到 9,640 亿美元，同比增长 10%。 2011 年的数据相当接近 1 兆美元。 CEA 表示，最大需求来自于智能手机与笔记本电脑，另外销售十分显著的产品还包括数码相机、液晶电视等产品。

智能手机与 PCB

　　据 Markets and Markets 发布的最新市场研究报告显示，全球手机市场规模将在2015 年增至 3,414 亿美元，其中智能手机销售收入将达到 2,589 亿美元，占整个手机市场总收入的 76%；而苹果将以 26% 的市场份额引领全球手机市场。

　　iPhone 4 PCB 采用 Any Layer HDI 板，任意层高密度连接板。iPhone 4 为了在极小 PCB 的面积内，正反两面装入所有的晶片，采用 Any Layer HDI 板可以避开机戒钻孔所造成的空间浪费，以及做到任一层可以导通的目的。

触控面板与 PCB

　　随着 iPhone、iPad 风靡全球，捧红多点触控应用，预测触控风潮将成为软板下一波成长驱动引擎。DisplaySearch 预计 2016 年平板电脑所需触摸屏出货量将高达 2.6 亿片，比 2011 年上升 333%。

电脑与 PCB

　　Gartner 分析师指出，笔记本电脑在过去五年里是个人电脑市场的增长引擎，平均年增幅接近 40%。基于笔记本电脑需求减弱的预期，Gartner 预测，2011 年全球个人电脑出货量将达到 3.878 亿台，2012 年将为 4.406 亿台，比 2011 年增长 13.6%。CEA 表示，2011 年，包括平板电脑在内的可移动电脑的销售额将达到 2,200 亿美元，台式电脑的销售额将达到 960 亿美元，使个人电脑的总销售额达到 3,160 亿美元。

　　iPad 2 于 2011 年 3 月 3 日正式发布，在 PCB 制程环节将采用 4 阶 Any Layer HDI。苹果 iPhone 4 和 iPad 2 采用的 Any Layer HDI 将引发行业热潮，预计未来 Any Layer HDI 将在越来越多的高端手机、平板电脑中得到应用。

电子书与 PCB

　　根据 DIGITIMES Research 预测，全球电子书出货量有望在 2013 年达到 2,800 万台，2008 年至 2013 年复合年增长率将为 386%。分析指出，到 2013 年，全球电子书市场规模将达到 30 亿美元。电子书用 PCB 板设计趋势：一是要求层数增多；二是要求采用盲埋孔工艺；三是要求采用适合高频信号的 PCB 基材。

数码相机与 PCB

　　iSuppli 公司称，随着市场趋于饱和，2014 年数码相机产量将开始停滞不前。预计 2014 年出货量将下降 0.6% 至 1.354 亿台，低端数码相机将遇到来自可拍照手机的强烈竞争。但该产业中的某些领域仍可实现增长，如混合型高清 (HD) 相机、未来的 3D 相机和数字单反 (DSLR) 这种比较高档的相机。数码相机的其它增长领域包括集成 GPS 和 Wi-Fi 等功能，提高其吸引力和日常使用潜力。促使软板市场进一步提升，实际上任何轻薄短小的电子产品对软板的需求都很旺盛。

液晶电视与 PCB

　　市场研究公司 DisplaySearch 预计，2011 年全球液晶电视出货量将达到 2.15 亿台，同比增长 13%。2011 年，由于制造商逐步更换液晶电视的背光源，LED 背光模块将逐渐成为主流，给 LED 散热基板带来的技术趋势：一高散热性，精密尺寸的散热基板；二严苛的线路对位精确度，优质的金属线路附着性；三使用黄光微影制作薄膜陶瓷散热基板，以提高 LED 高功率。

LED 照明与 PCB

　　DIGITIMES Research 分析师指出应白炽灯于 2012 年禁产禁售的规范，2011 年 LED 灯泡出货量将显著成长，产值预估将高达约 80 亿美元，再加上北美、日本、韩国等国家对于 LED 照明等绿色产品实施补贴政策，及卖场、商店及工场等有较高意愿置换成为 LED 照明等因素驱动下，以产值而言全球 LED 照明市场渗透率有很大机会突破 10%。于 2011 年起飞的 LED 照明，必将带动对铝基板的大量需求。

编辑本段PCB产业未来趋势

PCB 技术五大发展趋势

　　· 大力发展高密度互连技术 (HDI) ─ HDI 集中体现当代 PCB 最先进技术，它给 PCB 带来精细导线化、微小孔径化。

　　· 具有强大生命力的组件埋嵌技术 ─ 组件埋嵌技术是 PCB 功能集成电路的巨大变革，PCB 厂商要在包括设计、设备、检测、模拟在内的系统方面加大资源投入才能保持强大生命力。

　　· 符合国际标准的 PCB 材料 ─ 耐热性高、高玻璃化转变温度 (Tg)、热膨胀系数小、介质常数小。

　　· 光电 PCB 前景广阔 ─ 它利用光路层和电路层传输信号，这种新技术关键是制造光路层 (光波导层)。是一种有机聚合物，利用平版影印、激光烧蚀、反应离子蚀刻等方法来形成。

　　· 更新制造工艺、引入先进生产设备。

PCB 行业向无卤化转移

　　随着全球环保意识的提高, 节能减排已成为国家和企业发展的当务之急。作为污染物高排放率的 PCB 企业，更应是节能减排工作的重要响应者和参与者。

　　· 在制造 PCB 预浸料胚时，发展微波技术来减少溶剂和能量的使用量

　　· 研发新型的树脂系统，如基于水的环氧材料，减小溶剂的危害；从植物或微生物等可再生资源中提取树脂，减少油基树脂的使用

　　· 寻找可替代含铅焊料的材料

　　· 研发新型、可重复使用的密封材料，来保证器件和封装的可回收，保证可拆卸

PCB厂商长线须投放资源以提升

　　· PCB 的精密度 ─ 减小 PCB 尺寸，宽度和空间轨道

　　· PCB 的耐用性 ─ 符合国际水平

　　· PCB 的高性能 ─ 降低阻抗和改善盲埋孔技术

　　· 先进生产设备 ─ 进囗日本、美国、台湾和欧洲的生产设备如自动电镀线、镀金线、机械和激光打孔机，大型压板机，自动光学检测，激光绘图仪和线路测试设备等

　　· 人力资源素质 ─ 包括技术和管理人员

　　· 环保污染处理 ─ 符合保护环境和持续发展的要求