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龚永林:印制电路技术发展是确定的

三月 22, 2019 | Sky News
龚永林:印制电路技术发展是确定的

当前,全球经济环境严峻复杂,存在不确定性,整个经济下行压力较大,对于中国电子电路产业同样如此。在2018年上半年印制电路板市场很旺,而下半年下降波动很大,今年一季度仍是市场低迷。

2019年经济发展面临的环境更为复杂严峻,主要在国际经济形势的不确定性。世界经济的不确定性表现在:经济大国美国的经济政策的不确定性,如要求制造业回归美国、美联储的货币政策、压缩移民政策等;欧洲经济的不确定性,如多年来低迷难上升,何去何从不明,英国脱欧方案未定等;国际贸易中政治因素打压经济贸易,多边贸易规则面临改革的不确定性;中美经贸关系紧张,摩擦的不确定性。

在同样的不确定性环境中,有的企业仍能增产增收、投资扩产,有的企业却减产萎缩、关门破产。两者区别在于自身实力,在风浪中呈现了不同结果。

面对不确定性,我们的企业要增强微观主体活力,发挥企业和企业家主观能动性,拿出战胜外界不确定性的魄力、实力和毅力。不确定性是在外部环境,我们个别企业是无法扭转的。然而,在不确定性之外我们仍可看到一些确定性。社会进步、经济发展的大趋势是确定的,人们对丰富多彩的物质需求是确定的,互连网、智能化的电子信息产业发展是确定的,电子电路在电子信息产业中不可缺少是确定的,电子电路要适应电子设备新需求是确定的。那么,印制电路技术发展是无疑的、必然的、确定的!
印制电路技术发展是于电子设备市场导向,今年1月在美国的2019国际消费电子展(CES 2019)亮相的电子信息新产品、新技术就是印制电路板(PCB)的新领域、新市场。CES2019聚焦的最受瞩目的技术之一是5G移动通信技术,将于2019年从试验转向商业化。进入5G时代,公网、专网、使用的基站、核心网、终端设备都需要重新布局。新一代通信技术的到来,将为相关产业带来发展红利。同时,CES2019的重点技术有人工智能(AI),在参展企业中一半以上都展出了人工智能相关的科技产品,展示出人工智能正不断迈向更广阔的应用市场;有汽车电子,展示自动驾驶和车载技术的最新进展,无论是知名车厂,还是电子巨头,均展出了汽车电子相关产品与创新;有电子科技与健身运动和医疗科技的巧妙融合,可穿戴甚至植入人体产品日趋成熟;有智慧城市和智能家居的蓝图跃然眼前,展示更智能的技术解决方案,将带来更安全,更智能、更便利的城市生活。

 

CES展示的主题与热点也就是PCB的热点,引导PCB发展的方向标。让我们来看看近期印制电路技术发展趋势,以确定我们企业的技术走向。

(1)5G设备需要新一代印制电路板
5G设备用PCB的一个重要特征是高频高速信号传输,因此PCB从设计、材料到制造都要符合高频高速要求。从信号完整性的角度PCB设计除了优化配电网、信号线保持阻抗恒定和抗电磁干扰等,必须做好基板材料选择,考虑到介质损耗角正切和介电常数及铜表面粗糙度等。在高频PCB表面的最终涂覆层与阻焊层也会影响PCB电路性能,设计师也应该正确选择PCB最终涂覆层与阻焊层。

从PCB材料的角度来看,在过去从2G到3G、4G都没有太大的变化,原因是在频率上只有很小的差异。PCB基材基本上选择FR-4一种介质材料就可以了,并没有特别强调材料的性能。而5G在一开始是 6GHz频率,其后就到了28GHz的毫米波,对材料的要求有很大的变化,因为频率要高得多,所以材料损耗要小得多,铜箔亦必须更薄、更光滑。高频层压板从介电常数(Dk)、介质损耗(Df)、Dk的热系数(TCDk)、吸湿性、耐热性和导热性、铜表面粗糙度等方面显示了与FR-4的差异。PCB基材中影响Dk和Df的主要是树脂类型,低损耗材料如聚四氟乙烯(PTFE)和液晶聚合物(LCP)更有优势。现在认定LCP基材PCB在RF和MW领域有广阔市场,包括挠性板、刚挠结合板、封装载板和高层数多层板,因此LCP基材应用在增多。决定介电性能除了树脂成分外,增强材料玻璃纤维布也是重要因素,玻璃纤维布种类,有E玻璃布和NE玻璃布差异,应用具有致密编织的NE玻璃纤维,可以减小衰减和增强信号的完整性。

以智能手机为代表的HDI板趋向更高密度,及更先进的制造工艺,具体体现在类载板(SLP)和改进型半加法(mSAP)。SLP的主要特征是线宽/线距(L/S)密度介于HDI板与载板之间,目前为30/30μm与15/15μm之间;制造工艺是釆用覆薄铜箔(<5μm)为种子层然后图形电镀与闪蚀的mSAP,mSAP成为新一代HDI板(类载板)的主流工艺。

HDI板现在进入到第三代,采用半加成工艺(SAP)、改进型半加成工艺(mSAP)和优良改进型半加成工艺(amSAP),实现L/S<15μm。 mSAP和SAP技术在智能手机PCB应用扩大,也被扩展到医疗、穿载电子和军事/航空航天应用。

 

(2)汽车电子用PCB前景看好
汽车电子也包含有3C产品(计算机、通讯、消费类),如数字化控制的计算机系统,车载移动通讯设备,车载音频、视频和空调装置等。导致汽车电子产品强劲增长的因素是汽车电子化的需求。

由于汽车在功能和环境方面要求的特殊性,PCB是这些电子系统中的关键部分,必须以其质量和可靠性满足汽车行业要求。汽车对PCB的特殊要求包括如温度、湿度的环境负荷和振动载荷,大功率高电流与高热量负荷,高频高速信号负荷,以及高密度小型化。这类PCB首先要有高性能基材,符合高温、高湿、高速、高稳定性要求。

如在电动车中使用的PCB必须要能够经受100万小时寿命时间内几百安培的电流,及高达1000伏的电压等汽车环境。无人驾驶汽车中提供动力的PCB经受几百伏的电压,要保证它的可靠运行。汽车内部功能之间以及与外部之间的信号传输需要高速高频,如互连性或图像识别未来会达到10GHz,高速应用的雷达频率77GHz,汽车PCB必须保证优质的信号完整性和电源完整性,并具备良好的电磁兼容性。对于位于靠近汽车发热源的装置而言,能够满足高于120℃操作温度的需求是很常见的,如汽车LED灯需要高散热的可弯曲基板。对于动力系统应用,我们看到热循环要求为-40℃ / 150℃,超过2,000次循环。对于先进的安全探测系统,除了热循环要求还有电迁移可靠性的需求。

 

(3)医疗和可穿载电子设备向PCB提出新要求
医疗和可穿载电子产品将是PCB制造业的推动力之一,有许多新技术、新产品为其而产生。如最新的智慧服饰产品用到柔性及可拉伸材料的印制电路部件,可用来制造舒适、耐用、可洗涤的智慧服饰。这些服饰内都搭载传感器及连接器,能够提供实时监测以及记录用户的数据,包括心率、呼吸速率、心电图、运动负荷等等。

又如助听器等医疗器材和智能手表需要更微小PCB。小型化PCB做到线宽和间距小于25微米,激光钻孔直径为35微米,连接盘直径100微米,而保持环宽内层为30微米、外层为20微米;含有盲孔和盘上孔结构,并镀铜填孔;采用12.5微米聚酰亚胺芯材,4层厚度小于120微米的挠性电路;达到最高等级可靠性水平。

可穿戴电子产品较多是采用低成本的印制电子技术,随着网版印刷与喷墨打印技术持续进步,印制电子产品也将推动更新、更复杂和高功能可穿戴设备和医疗设备的增长。这些设备由于体积小、形状特殊、轻巧灵活,大多数是釆用挠性PCB。现在为便于安装,刚挠结合PCB也进入此领域了,可以达到16至20层结构,产生额外功能。
3D打印是种加成制造技术,在医学领域应用取得了显著成效。医疗方面应用有打印出血管组织、低成本假体、成药、医疗器件、病人专用石膏铸件、骨头和颅骨替代物等,也包括医用3D印制电路。PCB引入3D打印技术,3D打印电路必将成为颠覆性技术。

 

(4)产业智能化是必由之路
“中国制造2025”和 “工业4.0”的提出开启了第四次工业革命,智能化是技术核心。“智能化”在向各行各业直至人们的日常生活渗透,PCB要为各种智能化设备装置提供元器件载体,智能化设备是PCB用户;同时电子电路产业自身要迈向智能化,是智能化设备的用户。现在PCB制造业向自动化、智能化方向发展迈入实质性阶段。如美国惠伦公司建造了世界最先进的完全自动化PCB生产工厂。自动化PCB制造工厂采用连续传送系统,其速度快、无需人工搬运移动,制造步骤减少了60%。他们的产品周转时间也从好几周缩短到不到一周,实现了多层板、HDI板和类载板的生产能力;其制造工艺为绿色/无废水的零排放技术,更符合产业持续发展的战略。现在中国PCB产业有许多企业在新建、扩建工厂,必须有智能化工厂的设计理念,跟上时代步伐。

应该看到,当前电子技术的发展比以往任何时候都要快,我们电子电路产业有着广阔的市场,有着灿烂的前景。你有技术实力这基础,才有可能切得“蛋糕”、摘取“果子”。假若在不确定环境中守株待兔,等于是坐以待毙。

今年的全国人大会议上李克强总理的政府工作报告讲到面临更复杂更严峻的环境,要“提升科技支撑能力。”显然,在当前难以预料的充满不确定性经济环境下,科技是支撑发展的支柱,提升科技支撑能力是确定的!印制电路技术发展是确定的!

 

CPCA副秘书长、《印制电路信息》杂志主编  龚永林

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#新技术  #龚永林 

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