我国PCB工业面临的“四大”挑战（4）――“减成法”技术的创新发展的挑战-行业动态-汉印科技
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我国PCB工业面临的“四大”挑战（4）――“减成法”技术的创新发展的挑战
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来源：中国印制电路信息杂志&&
&&&&&&& 前面&三个&连载文章[1]-[3]，评述了传统&减成法&制造PCB所面临的&三大&（&制造极限&、&资源消耗&和&环保压力&）挑战、特别是传统&减成法&已经接近&制造极限&的挑战，PCB&减成法&制造工艺技术等已经走到非革命不可的地步了[4]！或者说：PCB的&减成法&制造技术和工艺必须改革、创新才能获得进一步发展！当然，这种&改革、创新&必然要遵循着PCB历史发展规律、从量变到质变的发展过程！具体来说，首先是把传统的PCB&减成法&制造工艺技术逐步进行局部改革创新，然后才进行全面创新发展。所以从目前和今后的一段时间上来看，PCB工业的最重要和最突出的创新活动和任务应该是制造技术的创新！
&&&&&&&从目前的大量资料和研发动向来看，今后PCB制造技术的发展主要是走向&印制电子&、或&全印制电子&。但是，目前和未来&印制电子&将会以两大分支向前发展着：（1）以薄膜与可挠性为特点和丝网印刷为主体的&薄膜可挠性印制电子&（本文不评论）；（2）以高密度与精细度为特点和喷墨打印为主体的&高密度精细印制电子&。从PCB发展角度看，主要是走向&高密度精细印制电子&方向发展，但由于传统PCB制造工艺技术是要走向&高密度精细印制电子&&&特别是要在传统PCB制造技术上进行改革、创新，大体可分为三个阶段向前发展，最后达到从量变到质变的过程&&全印制电子目标。
1、PCB面临着制造技术创新的挑战
&&&&&&&集成电路（IC）集成电度的快速发展要求PCB高密度精细化必须跟进发展才行！但是，目前的PCB&减成法&产品的线宽/间距（L/S）大多在50 m以上，而采用&局部创新&（如LDI技术和喷印技术等）制造技术的线宽/间距可达到20 m，仍然赶不上IC集成度发展的要求。目前和今后IC发展如表1所示[1]。
&&&&&&&在表1及其注解中明确指出：目前和今后的集成电路（IC）高集成度的发展，它要求PCB高密度的精细线宽/间距应在&10 m才行，继续采用&减成法&的制造技术来生产这样的高密度的精细线宽/间距是非常困难的，或者说其成本或代价是很高的！因此，高密度化&PCB产品发展路线图&应该是今后PCB生产：首先从PCB产品制造进行&局部创新&使产品逐步升级发展；最后达到整体制造技术创新来实现高密度与精细化目标，满足IC集成化发展要求。
2、产品制造升级和局部制造技术创新方面
&&& PCB产品&升级&（如走向L/S 小于50 m或更小）必须开发局部制造技术创新来达到要求。
&&&&&&&2.1、LDI技术
&&&&&&&采用激光直接成像（LDI）技术来解决PCB导线&精细化&、&对位度&等课题。当生产线宽/间距的导线达到&甚高密度&（50 m&10 m或更小）时，继续采用&照像底片&进行定位曝光的&图形转移&方法是十分困难的，因为当今世界上最好的机械定位误差是在&25 m，而重复误差为&12.5 m，加上&照像底片&本身（如定位孔、温、润度等引起）等带来的尺寸偏差，很显然，继续采用机械定位的&图形转移&方法来制造和生产&甚高密度&（50 m&10 m或更小）的PCB产品是很难保证这些为细线与微小孔的位置精确度问题，更不能保证&甚高密度&（50 m&10 m或更小）PCB产品的可靠性和使用寿命的目标！因此，这些传统的&照像底片&进行定位曝光的&图形转移&方法必须进行改革和创新，才能推动PCB高密度化向前发展！
&&&&&&&采用激光直接成像技术是采用激光定位的紫外（UV）激光束直接在贴膜后的&干膜&上进行扫描曝光，显影后直接进行蚀刻而形成所需要的线路图形。目前，由于紫外激光的扫描速度加快和光能量的提高，因此，不仅不需要高灵敏度和昂贵的&特殊&干膜，而且可以达到传统&图形转移&方法的生产率。所以，采用激光直接成像技术取代传统&照像底片&进行定位曝光的&图形转移&方法[5]，不仅可消除&照像底片&进行定位曝光等带来的各种各样的位置尺寸偏差与误差，而且缩短了&甚高密度&（50 m&10 m或更小）PCB产品制造过程、明显改善了PCB产品的质量（可靠性和使用寿命）和降低了生产成本。
&&&&&&&2.2 喷墨打印技术
&&&&&&&采用喷墨打印技术来解决PCB&高密度精细线&和&对位度&等课题，并减少COD的处理量和排放量[3][4]。采用喷墨打印技术可以达到PCB&减成法&生产的局部创新，解决其高密度精细线（L/S=50 m&10 m或更小）和位置度（对位度）等问题。
&&&&&&&2.2.1 直接形成抗蚀刻图形
&&&&&&&采用喷印机在计算机控制下直接在覆铜箔基材上仅在需要抗蚀的线路图形上&喷印&抗蚀油墨，并烘干（或紫外线干燥）后，直接进行蚀刻，就可形成所需要的线路图形，不仅明显缩短了制造过程，而且减少了&干膜&带来的化学需氧量（COD）的环境污染。显然，比激光直接成像技术有更多的优点。
&&&&&& 2.2.2 直接形成&字符&图形
&&&&&& 采用喷印机在计算机控制下直接在产品上&喷印&所要标示的&字符&，既节省了网印制造过程和网印操作，又极大地提高位置对准度和清晰度（不必担心表面不平等问题）。
&&&&& &2.2.3 直接形成阻焊（剂）图形
&&&&& &采用喷印机在计算机控制下直接在产品上&喷印&所要标示的&阻焊剂&，由于精细度和位置度得到精确的控制，不必担心&阻焊剂&污染焊盘而带来的可靠性问题。同时，消除了网印或&涂布&阻焊油墨的过程和剥离油墨而引起COD的对环境污染的问题。
&&& && 总之，由于喷印技术只在需要&抗蚀&、&抗镀&、&阻焊&和&字符&等部位喷印上&功能油墨&，便可进行蚀刻、电镀或直接形成&阻焊（剂）&和&字符&了。喷墨打印的基本特点是&需要部位&才喷印图形，不需要部位不喷印，不像传统的干（湿）膜或传统&阻焊&那样全面&覆盖&，激光扫描后需要&显影&后，才进行其它加工步骤！比起LDI技术来，又前进了一步，更多缩短了加工过程和更大减少COD的处理和排放！
&&&&& &2.3 采用功能油墨与喷印技术来生产超高密度精细化的PCB产品
&&& && 这是指在绝缘的基板上喷印上所需要的导体图形（超精细导线和连接盘）[6]，然后低温烧结而形成一层导体图形。接着喷印绝缘层（要留出连接盘）经UV烘干，并在连接盘是喷印导电油墨经烧结形成导通孔（柱），然后在上面又喷印需要的导体图形、低温烧结形成第二层导电图形（超精细导线和连接盘），接着再喷印绝缘层（要留出连接盘）经UV烘干，并在连接盘是喷印导电油墨经烧结形成导通孔（柱），依此类推，形成多层板。
很显然，这种制造工艺的核心技术：
（1）喷印设备，特别是能够喷印3-5&皮升(pl)&级的喷头，或能够稳定生产3 m ~ 10 m&超精细导线&的喷头；
（2）稳定提供&纳米金属颗粒&等的功能性油墨（含高绝缘性能油墨），特别是要研发出低烧结温度（&150 ℃）和低电阻率的纳米金属（最好是Cu）颗粒的导电油墨。
&&&& 全印制电子技术是PCB制造工艺技术的革命，不仅完全改变了传统的PCB制造工艺技术，而且带来了一系列巨大优点。这些优点是：（1）极大地缩短了加工过程（至少可减少80%）；（2）极大地提高了资源利用率（实现真正的&全加成法&&&）；
（3）极大地提高高密度化水平；
（4）极大地达到了&节能减排&和&绿色生产& （基本上消除了&三废&产生&&）；（5）极大地减少了生产成本（投资极大减少&&）。因此，全印制电子技术是超高密度精细化PCB产品十分理想的制造方法，相信不久的将来会成为PCB主导制造技术。
表1 IC集成电度与PCB密度化的关系
[注1] 导通孔尺寸也随着导线精细化而缩小，一般为导线的线宽2~3倍。
[注2] 日《无锡日报》报道了&无锡海力士&恒忆半导体有限公司&增资实施44纳米技术升级和量产化，达到世界领先水平。
[注3] 日无锡《江南晚报》报导了&天河一号&计算机的计算速度世界领先，其每秒峰值性能达到4700万亿次，而实测性能为2507万亿次，与目前最快的美国&美洲虎&超级计算机相比，&天河一号&计算机的实测性能是它的1.425倍。
[注4] 日《无锡日报》报道了海力士半导体（中国）有限公司第四期：投资20亿美圆；启动38纳米规模化生产DRAM（动态随机存储器）和20纳米产品试产。
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一种制造印制电路板的加成法新工艺
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印制电子：PCB制造从减成法走向加成法
印制电子：PCB制造从减成法走向加成法
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印制电子：PCB制造从减成法走向加成法新一代的印制电子电路是包含了电子连接线路和元件的组件，会替代传统的印制电路板再安装元器件的功能。喷墨打印技术和喷印材料将成为印制电子技术的基础课题。清洁生产是印制电路版(PCB)行业实现可持续发展的必由之路。为应对环保与成本乃至效率的多重压力，印制电子技术作为一种高效、低耗、节能、环保的工艺技术成为业内人士关注的焦点。印制电子技术让PCB“绿”起来目前PCB行业的环境和资源
印制电子：PCB制造从减成法走向加成法新一代的印制电子电路是包含了电子连接线路和元件的组件，会替代传统的印制电路板再安装元器件的功能。喷墨打印技术和喷印材料将成为印制电子技术的基础课题。 &&& 清洁生产是印制电路版(PCB)行业实现可持续发展的必由之路。为应对环保与成本乃至效率的多重压力，印制电子技术作为一种高效、低耗、节能、环保的工艺技术成为业内人士关注的焦点。& &&& 印制电子技术让PCB“绿”起来 &&& 目前PCB行业的环境和资源问题以及可持续发展问题被摆到了前所未有的战略高度。中国PCB工业的发展必须加强治理，使之走上清洁生产的循环经济轨道，PCB行业才能成为资源节约型、环境友好型的行业。因此，PCB企业必须积极面对这个形势，加速对传统PCB生产进行技术创新和产业革命，真正实现节能减排，甚至无污染生产。中国印制电路行业协会(CPCA)顾问林金堵表示，印制电子(数字喷墨打印)技术将引领PCB工业走上“绿色生产”的康庄大道。目前，世界上一些发达的国家已经投入巨资来研究和开发这项技术。 &&& 上海美维科技有限公司高级工程师龚永林对印制电子做了进一步解释，他介绍说，印制电路板常规制造工艺是铜箔蚀刻法，也称减成法。它是用覆铜箔层压板为基板，经网版印刷或光致成像形成抗蚀线路图形，由化学蚀刻得到电路；若是双面或多层PCB还要进行孔金属化与电镀，实现层间电路互连。因此，PCB制造过程复杂、工序多，势必耗用大量的水与电，也会耗用许多铜与化学品材料，产生大量的废水和污染物。电子设备的发展趋势是多功能、小型化、环保型和低成本，这就相应要求为其配套的PCB高密度、轻薄化、环保型和低成本，传统的PCB工艺和产品显然难以达到新一代要求。目前欧美、日本、韩国以及我国台湾等地正在兴起一项PCB技术革命———印制电子(PrintedElec-tronic)或印制电子电路(PEC：PrintedElectronicCircuit)，也称为加成法。此项革命性的新技术是采用功能性油墨直接在绝缘基材上印制出电子电路，如在挠性有机薄膜上印刷导电油墨得到导电线路，印刷半导体油墨得到晶体管或存储器元件等。这种新一代的印制电子电路是包含了电子连接线路和元件的组件，会替代传统的印制电路板再安装元器件的功能。 &&& 不能再跟在别人后面 &&& 中国印制电路行业协会秘书长王龙基表示，自从印制电路板诞生之日起，半个多世纪以来，大家梦寐以求的就是能够把工艺制造中的减成法，用加成法取代。目前该技术在工艺、材料和设备方面都取得了进展。面对这一情况，我们是坐等欧美、日、韩做出成果以后再引进，还是自己加紧研发、迎头赶上？这是一个原则问题。他表示，国内很多企业都期盼着能够早日采取加成法工艺，尤其是挠性印制电路板的企业，他们希望用喷墨打印的技术来替代字符印刷及阻焊印刷，然后再进行线路形成。这不仅可以大大减少用硬板工艺对挠性板加工中产生的废料，而且可以极大地减少工序，缩短生产周期。“加成法工艺的实现，将是我们行业的一场工艺大革命。”王龙基表示。 &&& 目前，中国的PCB企业从规模和资金等各方面来看与国际大的集团公司相比还有一定的差距，不可能由一个企业单独承担起加成法工艺中的浆料、设备和试制的全部工作。　　因此，采用强强联手、分工合作、共同研制是一种好的方法和形式。王龙基告诉记者，中国印制电路行业协会最近在珠海召开了“印制电子研讨会”，成立了“印制电子产学研联盟”，并分成设备组、材料组、工艺组、信息组和规划组等几个小组。这个联盟首要的目标是攻克喷墨打印技术，将喷墨打印技术首先应用在挠性板的字符和阻焊上。“中国PCB行业绝对不能再依赖引进设备、材料、工艺以及技术求发展，绝对不能总跟在别人后面，用高价购买别人的成果，这样我们将永远落后、永远被动、永远软弱。我们必须大力开展具有自主知识产权的研发、试制、创新，迎头赶上日本、欧美。”王龙基说，“我们应该动员更多的大专院校和企业，组成更多的‘产学研’联盟，提升中国PCB行业的技术水平，拥有更多自己的专利、自己的技术、自己研制的材料和设备。使中国的PCB工业尽快跻身世界最先进行列。” &&& 对设备和材料提出新要求 &&& 印制电子技术的取向是多元化的，目前这种技术还主要是对喷印技术和可以喷印的纳米材料的研究。按照产业化的发展轨迹看，喷墨打印技术将成为印制电子的核心工艺技术，因此喷墨打印技术和喷印材料将成为印制电子技术的基础课题。 &&& 天津普林研发中心陈永生介绍说，目前喷墨打印技术可以支持的分辨率已经由之前的200dpi-300dpi发展到1000dpi。这样的能力就可以实现10um的导电通道，这种能力如应用于HDI(高密度线路板)产品，其可搭载的线路将不到0.1um，也就是说传统的印制电子技术与集成电路的要求已经有上百倍的技术需求差异。那么喷印技术所面临的首要问题就是如何提高其分辨率，达到与集成电路相近的解析度。另外，与三维电路技术相比较，目前的喷印还只是二维的平面，要想扩大喷印技术的应用范围，三维喷印解决方案也必不可少。所以，印制电子技术的突破首先是喷墨打印技术的突破，是设备功能的突破。 &&& 印制电子技术的材料也是一个几近全新的领域，不管是导体材料、绝缘材料还是半导体材料，最基本的要求就是可以用喷印的方式形成一定物理特性的导体或绝缘及半导体层。据了解，喷印材料整体上必须具备以下几个特性：UV固化和低温烧结，低体积收缩，高附着力，高可高性，低电阻率和低Dk、Df，环保、低成本。所有这些要求对传统的电子材料制造商是机遇也是很大的挑战。 &&&& 非导电的绝缘和半导体材料是属于UV固化的，能够在操作环境中保持其稳定性(主要是黏度和表面张力以及触变性)来保证精确的喷印效果。陈永生介绍说，目前以环氧树脂为基础主要材料的研究取得了一些成果，但在产业化的路上还没有很成功的案例。作为电阻、电容、电感的石墨、BaTiO3及Fe3O4等半导体材料的喷印能够取代无源元件的埋嵌，可以在很大程度上降低可埋元件的技术成本和生产投入。喷印的导电材料必须具备纳米级的金属颗粒、不在喷印前沉积和低温烧结的特性。现有的喷印技术可形成10um左右厚度的银导电层，其他的导电金属材料纳米化喷印油墨的研究成果披露还比较少。&
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&&& 目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟频率。绝大多数的集成电路 （IC） 设计都基于同