现代印制电路先进技术

今天大规模生产的 HDI/BUM 板的水平如表 5 所示。
表 5 目前 HDI/BUM 板的水平概要
记层数
L/S（µm） 孔径（µm） 盘径（µm） 节距（µm） I/O 数 组
装
3+N+3
≤75
≤100
≤250
≤400
≥400
BGA→µBGA→CSP
注：L/S 是指线宽/间距；I/O 数是指芯片的引脚数量。
在我国国民经济中，信息产业不仅是主导产业，从 2005 年起，已成为最大的产业。
3 PCB 产品的发展
接近 110 年来，PCB 产品的发展，从主导产品上看，常规连接的印制板—→高密度互连 印制板—→光路印制板。 3.1 常规连接的印制板
这是指目前常规的单、双面印制板和多层印制板。目前，在中国单、双面板所占比重已 经越来越少了，而传统多层板的比重也开始下降，这类印制板已经走向衰老期，特点是：全 部是贯通孔实现电气连接；技术含量低；价格低利润微薄；用于中、低档次电子产品上；市 场竞争力低。 3.2 高密度互连（HDI）印制板。
⑶PCB 结构。 从常规结构—→埋/盲孔结构—→HDI/BUM（含封装基板）结构—→刚-挠性板—→集成（埋 入）元件结构—→特种 PCB 类—→光-电线路结构—→光线路结构。
2.4 世界主导经济——知识经济（信息产业等）的迅速发展 ⑴世界主导经济的发展。 19 世纪——————→20 世纪 50 年代至 90 年代——————→21 世纪 ←————农业经济————→工业经济——------→知识经济———→ ⑵信息产业已经成为国民经济的主导产业。
教学大纲（印制电路板先进技术）
林金堵编写
课程编号：
课程名称：现代印制电路先进技术 学 时 数：40 学分：
开课时间：秋季 开课学院：微电子与固体电子学院 授课对象：硕士
先修课程： 现代印制电路基础；PCB 工厂（企业）参观与实习。
一 教学目的 通过本课程的学习使学生了解与掌握目前印制电路板的前沿 PCB 产品和技术的现状与发
自从 90 年代美国等发达国家进入知识经济以来，信息与知识呈爆炸性的增加，而信息经 济是知识经济的基础，知识经济已经是当今世界发展的主导经济。但是全球有 80%的人们 仍然处在工业经济或农业经济——发展中的国家，他们也必然要走知识经济的方向与道路， 加上刚走上知识经济的发达国家的继续发展，因此可以说信息产业或 PCB 工业是一个巨大 的世界市场！
现代印制电路先进技术
林金堵
第一章 PCB 概况
——参见《现代印制电路先进技术》（第二版）第一、第二章
1 PCB 产品具有世界级的市场 自从 1903 年 PCB 诞生以来，PCB源自文库一直是随着电子产品的发展而发展着，特别是 80 年代
的家电的兴起使 PCB 真正走上了 PCB 工业的地位，尤其是 90 年代的信息产业或知识经济 的兴起，极大地推动了进步与发展，使常规连接制板走上了高密度互连的印制板的发展。大 家知道，PCB 工业是电子工业的基础，而电子工业是信息产业或知识经济的基础。因此， PCB 工业是信息产业或知识经济基础的基础。
HDI/BUM 板可分为有“芯板”与没有“芯板”两大类的 HDI/BUM 板。如图 1、2 和 3 所示。 图 1 和 2 为一阶、二阶和三阶的 HDI/BUM 板，是属于有‘芯板’的 HDI/BUM 板，而图 3 是没 有‘芯板’的全积层的 HDI/BUM 板。
图 1 一阶和二阶的 HDI/BUM 板
⑴信号高频化的发展。
100K---→1M---→10M---→100M---→1G---→10G---→100G---→200G---→500G---→
表 3 信号传输频率与趋肤效应（厚度）
频率 f（H）
1K
10K 100K 1M
10M 100M 500M 1G 5G 10G
厚度δ（μm） 2140.0 680.0 210.0 60.0 20.0 6.6 3.0 2.1 0.9 0.7
展趋势，利用相关的前沿技术与产品知识而应用到 PCB 的设计、研发和生产等实际工作中 去，提高 PCB 企业的生产率、研发水平和产品档次。 二 课程内容及学时分配
本课程分九章进行讲解，讲课学时为 40。具体内容安排如下； (1) 第一章 PCB 概况，6 个学时。 概述推动 PCB 发展的主要动力、介绍现代印制电路板（PCB）前沿产品类型和各种前 沿技术，提出 PCB 生产面临‘两大’（高密度制造‘极限’和环境——节能减排）挑战，PCB 必须进行‘技术革命’才有出路。 (2) 第二章 高密度互连（HDI）印制板，4 个学时。 本章介绍了目前前沿产品 HDI 板中埋/盲孔板、‘积层多层板（BUM 板）’、IC 基板和刚 -挠性板等的要求与制造方法。 （3）第三章 集成元件印制板，6 学时。 本章首先提出在 PCB 中集成（埋嵌）元件的必要性与重要意义，然后分别介绍了‘埋 嵌’无源元件的制造方法，‘埋嵌’有源元件的制造方法与发展方向。 （4）第四章 高多层板，4 学时。 本章介绍了用于巨型计算机上的‘母（底）板’和通信（讯）总台等的‘背板’等的高 多层板。这种层数多（20-60 层）、尺寸大（≥300*700mm-400*1600mm）和厚度厚（3-12mm） 的高多层板要有特殊的新制造技术与方法。 （5）第五章 特种印制板，4 学时。 介绍高频、微波用和大电流、散（导）热等用的印制板。这些印制板要求：用‘特殊材 料’、具有特种性能和采用特别加工方法才能满足要求。 （6）第六章 电镀技术与发展，3 学时。 阐明 PCB 电镀技术经历了传统直流电镀、直接电镀、脉冲电镀和新型直流电镀等的发 展过程。着重介绍脉冲电镀技术和新型直流电镀技术优越性和应用前景。 （7）第七章 印制板无铅化技术与发展，4 学时。 本章评论了电子产品实施‘无铅化’给 PCB 产品与生产带来的变化和影响，推动了 PCB 产品及其相关原辅材料的技术发展与进步。 （8）第八章 喷墨打印技术在 PCB 中的应用，5 学时。 从 PCB 的‘两大（环境‘节能减排’和高密度化的制造‘极限’）’挑战看 PCB 工业的 ‘技术革命’的必要性，而喷墨打印（印制电子）技术是解决‘两大’挑战的方法之一。阐 明喷墨打印技术在 PCB 中的应用顺序是：字符、阻焊剂、图形转移（内层导线等），最后是 ‘全印制电子’化。 （9）第九章 高性能板对覆铜箔板的基本要求，4 学时。 本章从PCB前沿产品要求出发，提出了对覆铜箔（CCL）板性能要求。主要是耐热性（树
≤1.2：1
典型元件
DIP
QFP---- → µ-BGA
BGA
典型 I/O 数
16∽64
32∽304/ 121 ≥1000
∽1600
典 型 的 印 制 常规单、双和 埋 / 盲 孔 印 制 高密度互连/
板
多层印制板 板
积层板、封装
基板
系 统 封 装 系统板（SIB）
（SIP、SOP）
≤0.8：1
/
SIB
2 推动 PCB 技术与生产发展的主要动力
2.1 集成电路等元件的集成度迅速发展，迫使 PCB 产品向高密度发展
从目前来看，PCB 高密度化还跟不上集成电路集成度的发展，如表 1 所示。
表1
年
集成电路线宽（µm） PCB 线宽（µm）
比率
1970
3
300
1：100
2000
0.18
100∽30
1：560∽1：170
有很好的连续性和扩展性，因而受到大多数 PCB 制造商所接受，所以，有芯板的 HDI/BUM
板占目前 HDI/BUM 板产值的 95%左右。 有芯板的HDI/BUM板，其高密度化提高是显著而突出的，如采用 4+12+4 的 200*300cm2的
HDI/BUM板比起 400*450 cm2的 46 层埋/盲孔高层板具有更高的容量、更好的电气性能与可靠
薄/超薄元件
≥3000？
/
埋入元件印 埋入元件印
制板/光-电 制板/光-电
印制板
印制板
目前状况 衰老（落）期 高峰后期
高峰前期
发展期
萌芽期
注 1：面积比率是指元件在 PCB 上封装面积和裸芯片面积之比，并以 QFP208 为例来计算的。
注 2：SIB 是 system integrated board 的缩写，或 ISB,它是 integrated system in board 的缩写。 2.3 信号传输高频化和高速数字化
脂的热分解温度Td、玻璃化温度Tg）、尺寸稳定性（热膨胀系数CTE）、高频性（低介电常 数εr和低损耗因子Df）和耐离子迁移性（CAF）。同时介绍了用于前沿产品要求的CCL材料 选择及其加工方法。 三 教学方式与考核方式
课堂讲授；开卷考试。 四 教材及参考资料
（1）林金堵、梁志立等，《现代印制电路先进技术》——第二版，中国印制电路行业协会 （CPCA）、印制电路信息杂志社（PCI） 出版发行，2008，12。
实际上，有芯板的 HDI/BUM 板是‘常规印制板’向更高密度 PCB‘过渡’的一种结构形式，
来满足甚高密度安装的要求。同时，无论从设备、工艺技术和管理等也能更好适应原有 PCB
工业向甚高密度 PCB 产品过渡的最佳方法。如可在现有 PCB 生产设备、工艺技术和测试方法
的基础上，稍加改进，便可进行开发与生产，投资少、成本低，管理与生产等与常规印制板
2010
0.05
10（HDI/BUM？） 1：200
注：导通孔尺寸也随着导线精细化而缩小，一般为导线的线宽 3∽5 倍
2.2 组装技术进步也推动了 PCB 向高密度化发展
表2
组装技术 通 孔 插 装 技 表 面 安 置 技 芯 片 级 封 装
术（THT） 术（SMT） （CSP）
面积比率
80：1
7.8：1
（2）林金堵、龚永林等，《现代印制电路基础》——第四版，中国印制电路行业协会 （CPCA）、印制电路信息杂志社（PCI） 出版发行，2004，4。
（3）林金堵，“PCB 电镀技术与发展”，提供教材或见《印制电路信息》，2009，12。 (4) 龚永林，“印制电子综述”， 《印制电路信息》，2009，7-9。
单位：亿美圆
年份
HDI/BUM 板
IC 封装基板
HDI 和 IC 基板
产值
年增率（%） 产值
年增率（%） 产值
年增率（%）
2004
42.87
/
42.05
/
84.92
/
2005
50.58
17．98
50.17
19．31
100.75 18．64
2006
58.14
14．95
76.69
52．86
134.83 33．83
信号高频化使信号越来越集中于导线表面传输，但表面粗糙度大时，如粗糙度为 3∽µm， 则≥1G 频率传输信号时，也就是说信号处在“粗糙度”的尺寸内传输，那么必然产生严重 的信号“驻波”和“反射”等，造成严重失真。为了减小这种“失真”，需要更严格控制导 线的表面平整度、特性阻抗值等。
⑵PCB 走向高密度化。 即微小孔、精细导线、导体表面低粗糙度化、介质薄型和高多层化，并要求具有特性阻抗 值、RFI 和 EMI 等的控制。
图 2 三阶的 HDI/BUM 板
图 3 全积层的 HDI/BUM 板
2006 年，HDI/BUM 板用于移动电话的数量达到十亿块，而 1997 年为“零”。2005 年以来，
它在 PCB 生产的品类上的年增速度是最快的，而其中 IC 封装基板的年增速（率）更快，如
表 4 所示。
表 4 近三年来 HDI 和 IC 基板的产值情况
（2）有“芯板”的 HDI/BUM 板。
有“芯板”的 HDI/BUM 板是在‘常规印制板’上的一面或双面各‘积’上更高密度的若
干互连‘层’而形成的一类 PCB。此类 HDI/BUM 板可用 a+n+b 来表示，n 为‘常规印制板’ 的层数，a 为其一面‘积层’的层数，b 为另一面的‘积层’的层数，其中的 a 和 b 层数 可以相同，也可以不等。如 1+n+1、2+n+2、2+n+3、3+n+3，┉等等。
这是指精细化导线、微小导通孔和薄层介质等组成高密度互连（HDI）多层板，其单位是 以‘µm’表示。这类 PCB 要求：导线宽度/间隔≤100µm；导通孔Φ≤200µm；介质层厚度≤ 100µm。 3.2.1 埋/盲孔多层板。
这是把仅起电气连接的导通孔埋嵌到多层内部/最外部两层的一类 PCB。其特点是：明 显提高了多层板的高密度化；明显提高力量 PCB 的可靠性和使用寿命。 3.2.2 HDI/BUM 板是比常规印制板具有更高密度一类的 PCB 。