印刷电路板的未来挑战与机遇

 自从在上个世纪二十年代被发明以来,印刷电路板(PCB)已导致电气及后来的电子元件连接方面的一场变革。原始的想法就是在平面基板上铺展高电气导通性的材料;通过至今仍在使用的减成法原理,第一块印刷电路板发明于上个世纪的三十年代与四十年代之间,并在五十年代后进入大规模的商业化生产。 过去六十年来,其结构性方法没有发生根本性的变化;但历经多年发展,今天它已经适合用于小于60µm的线宽与间距(L/S)板的大规模生产。如果使用了足够小的基板,L/S间隔缩小到30µm是可能的,如用于芯片上的接线层。研究显示L/S间隔甚至能够被进一步缩小以便用于小到10µm间隔的特殊应用场合。

 

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 系统方案

 技术方案正在演变成为系统方案,而系统方案要求有方法来集成所有支撑技术;所以这些方案受到半导体、印刷电路板、IC(集成电路)基板、及封装产业的影响。这些产业的联合方法产生了既适用于技术进步,也考虑到客户经济性要求的方案。元件在尺寸方面的不断缩小持续推动线宽与元件接触面积的降低,因此互联技术小型化是一如既往的追求。

 

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 材料

 目前用量最大的基板材料是:用于刚性电路板的FR4(填充玻璃纤维的环氧树脂)与用于柔性电路板的聚酰亚胺;此外还存在某些用于在整个服役周期内对温度、湿度、或者物理公差有特殊要求的材料;因此印刷电路板用材范围相当广泛。除了已经提及的FR4与Pl(聚酰亚胺)外,芳族聚酸胺基材料与多氟化物材料也被采用,以便能够满足扩展的标准;还有更多的材料适合用于技术性要求较低但是经济性要求较高的场合,例如纸质填充树脂等。而3D(三维)集成注塑模制的热塑塑料则用于诸如3D-MID(模制化互连设备)的特殊场合。

 

持续开发印刷电路板用材的主要动力来自不同场合日渐升高的性能要求,即:
提高基板与功能性材料的长期应用温度,同时降低生产时所需温度;
客户为了改良对不同材料的兼容性而定制的温度膨胀系数;
降低厚度的同时对物理荷重能力的提高;

 满足在高温、高湿、氧化性环境、振动场合等方面的应用

 

 移动通讯驱动技术进步

 如果就以已经出售的单机数量及预期的销售统计作为考虑因素,那么很明显移动电话已经成为电子行业的主要创新因素,并且这种因素将在将来数年继续存在。因为这种产品的功能日趋复杂,对性能与元件更高集成度的需要就更加迫切。这个趋势也已经影响到印刷电路板的发展:最近几年,L/S规格已经缩小至目前的50µm,而铜层厚度仍旧不变;集成度越高也就意味印刷电路板在Z轴方向的积层密度越高;在这方面,微米级孔堆板与填充孔就成了标准化的技术。

 

 对印刷电路板的开发要求从技术角度讲能够从现有路线图推断出来,例如ITRC(信息技术资源中心)等;封装连接件与倒装芯片间缩小的间隔将导致在今后1到2年内生产0.3毫米接触间距(中心-中心)的产品。

 

 为了能够实现甚至更高的集成度,在未来将使用嵌入式元件:无源甚至有源元件能够经过单独制造并随后嵌入到印刷电路板,或者直接制造于印刷电路板的前体上;元件厚度与包括印刷电路板在内的电子上层结构的整体厚度将继续缩小;每种厚度将小于0.5毫米,以便电气上层结构的整体厚度将小于1毫米;而线宽将小于40µm的L/S。

 

 嵌入式无源功能性元件

 有几种方法可以生产用于印刷电路板上的嵌入式无源功能性元件,例如电阻、电容、及电感元件等,可以在印刷或者蚀刻时原位生产;另一种已经在使用中的技术就是嵌入可以通过商业性采购获取的元件;奥特斯公司就是在对嵌入薄片式元件的可能性进行调查之后才选择了这个非常有前景的道路  。

 

 所有这些不同的方法都要求具备这样的基本条件:即印刷电路板与电子元件先单独生产,然后再采用单独工艺对它们进行装配,这样的流程已经建立;它们的生产流程与供应链已知,成本优化已详尽考虑。在此范畴内,对嵌入无源元件的可能性论证就属于功能性的讨论;如:性能、空间要求、元件数量的降低-小型化。

 

 电阻与电容的原位生产方法类似,但在材料选择方面不同。对采用嵌入结构性元件的障碍存在于性能规格方面:目前用常规工艺制造并可以利用得到的材料只有在特定的环境下才能满足所要求的±5%最大公差;现有的印刷材料不能满足高标准的需求;因此,对于在印刷电路板上成功应用嵌入式元件的主要方面就是进一步开发材料,以便已有制造工艺能够继续使用。

 

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本文摘自:电子制造技术

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