PCB的技术动态分析以及市场动态分析.docx
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PCB的技术动态分析以及市场动态分析
1PCB的市场分析
进入2001年，由于美国经济出现增长减缓的趋势，使全球的经济发展蒙上了一层阴影，特别是电子工业首当其冲受到较大的影响。
美国C：
us缸Consll】血g‰up的W越tCus伦r先生主讲了美国的电子工业，尤其是nⅥ；业去年的发展情况及今年的发展趋势。
shipl叫公司R（）b眦“IlsdeⅡ先生对欧洲PCB业2000年的回顾及对2001年的展望。
他们对市场精辟的分析，充分而确凿的数据，使我们对PCB的市场有了进一步的了解。
图1—5表示出2000年PCB业的兴旺及2001年市场的低迷。
图1说明，二月份，与去年同期相比，北美刚性PCB定单下降了43．4％，柔性板下降了32．3％，P邙板材料下降了20．5％。
图12001年2月北美PCB增长情况由图2可知：
三月份，与去年同期相比北美刚性PCB定单下降了53．3％，这使得本月的Book／Bm的比值降到O．63。
因为分母（帐单或出货量）现在在减小，B（斌／Bill的比值可能会降到底而出现适度的提高。
图2北美刚性PCBBook徊II变化趋势由图3可知，目前P（强的增长低于设备的增长。
一旦大量的存货（尤其是电信和互连网
的基础设施设备）用完，可能要到2001年中或后期，P（璐定单的“矫枉过正”过程才会完成，
才会出现PCB的增长。
只要是电器增长速度下降，PCB定单就会直线下降。
31994—2001年美国电器与PCBs的定单增长情况图4、5可知，全球PCB业的分布情况及2000年全球前25家PCB企业的生产销售情况。
1999年全球P邙的市场分布为日本占有最大市场份额，约占30．8％，北美约占27．4％，整个欧洲仅占13．6％，中国台湾约占10．0％，中国大陆约占6．7％。
全球2000年Ⅸ强销售收人的前25家公司中，日本占9家，美国占了8家，台湾地区有4家，韩国有3家。
2000年，美国刚性P衄出货量增长了18％，由于电器和元件的订单太多，导致了目前的存货积累，P（强定单大幅下滑。
从目前的形势来看，2001年上半年将是很艰难的，下半年可能会出现部分的复苏。
美国利用降低利率来刺激经济，但对P（强业来说，到2002年以前低利率是没有太大作用的。
个人电脑的增长速度明显减缓，2000年圣诞节后出现了大量的存货。
手机的增长速度放慢。
半导体业融人了大量的投资，在2000年该行业有80％的增长，但现在也处于低迷时期，半导体制造和测试设备可能会持续下降，直到2002年。
汽车行业的需求不大，但却是稳定的。
医药和军工／宇航行业形势很好，但是它们的市场不大。
电讯和互连网的复苏需要更长的时间，大约有6—9个月的存货，其中主要的公司有，Nond，Lucmt孤dCisc0。
假设不出现全球性的经济萧条，可能要到2001年中或后期开始出现部分的转机。
可以预见2001年P（强业的形势将是非常的严峻。
2001年可能出现零增长，2002年可能有4—8％的增长。
2PCB技术的发展动态
本届博览会有关P∞技术的专题讲座主要围绕高密度互连（皿I）技术、埋人元件的P邙．技术、绿色环保型的P∞技术等专题展开。
2．1高密度互连《HDI）技术
高密度互连（卸DI）技术仍然是当今PCB业的热门话题。
自1992年出现该技术以来，得到了广泛的应用并且得到了不断地完善和提高，其应用范围也在日益扩大。
据报道，1998年瑚DI板占整个多层板的4％左右，预计到2002年将会增加到11％。
目前，该技术主要应用在便携式产品（如手提电话、手提电脑以及数码摄象机等）以及半导体封装方面。
过去的计算机及网络业蜘DI的应用不多，但是，随着它们功能的增多，元器件密度的增加，瑚DI的应用会日益受到重视，卸DI载板具有的细线路及较多的I／o数，使其在倒芯片封装方面具有显著的优点。
卸DI技术的应用可分为三类：
（1）小型化：
通过瑚DI技术设计制造出精细线路以及微孔来达到减小产品尺寸和重量的目的。
（2）高密度封装载板：
用于倒芯片封装或埘rebondab】e载板。
（3）高性能化：
用于具有高I／o数和精细线路的多元件的高层板。
电子产品的需求驱动了HDI技术的发展，微孔及精细线路的需求带来了激光技术在卸DI技术中的应用。
下面主要谈一谈微孑L技术及激光直接成像技术的发展动态。
2．1．1微孔技术
随着数码及无线设备的尺寸小型化、多功能化的发展，要求电路板向小尺寸及高密度的方向发展，微孔技术能节省板的空间，能允许单位面积上安装更多的元器件等特点，迎合了电器的这一发展趋势。
目前孔的形式方法有：
机械钻
孔、光致成孔、激光成孔等离子体蚀孔等方法。
机械钻孔的优点是能钻所有材料的孔，当孔径低于250um时，其钻孔的成本成指数级上升；当孔径低于15呻m时，其生产成本相当高，工艺难度大，不适合大批量的微孔生产。
光致法由于需要特别的生产设备、绝缘材料以及精心的生产控制步骤，因此其生产效率较低以及生产成本较高，如果能改善工艺条件，克服上述缺点，光致法将是一可行的选择。
等离子体蚀孔法能高效的制造70一15∞m的微孔，但其局限于聚酰亚胺铜箔材料，该方法生产能力较低及成本较高，目前主要应用在航空和医疗仪器方面。
激光成孑L法包括有co。
激光，UV激光及二者混合型等。
激光法主要用于制造盲孔及微孔，目前，80％以上的微孔是通过激光法形成的，其钻微孑L成本远低于机械钻孔。
CO。
激光钻孔速度快，每分钟可达到20000个10cIJm的孔，钻孔成本每1000个孔约$0．05，其缺点是只能钻孔径大于7鼬m的孔，不能穿过铜箔且钻孔精度不够高。
如果需要钻孔径更小及精度更高的孔，通常须使用UV激光或UV／cO：
混合型激光。
UV激光适合于钻孔径小于15CIJm的孔，当孔径较大时，其生产能力下降。
混合型激光法能同时解决孔的精度及生产能力的问题，当使用1／幻zFR一41080材料时，每钻1000个10叫m的孔的成本是$O．35，该生产成本是由激光系统的成本及生产能力所决定的。
对于需要高精度、微小孔、高机动f生的产品，混合型激光系统将是最佳的选择。
在微孔市场方面，日本抢占了先机，占有很大的市场，但是随着欧洲和亚洲对微孔技术的重视，日本所占的市场份额在逐年下降。
1998年日本占有大约86％的微孑L市场，而到2000年，日本只占了50．90／o，刺“和亚洲（除日本以外的地区）的市场份额分别为21．5％和21．7％，北美地区仅占5％。
亚洲的微孔生产商有台湾地区的C（Ⅱ11peq，韩国的Samslmg和LuckyGoldstar；欧洲市场主要有AT&S（Aus缸谢，Aspoc∞1p㈣n】and砌France），H】E（G锄any）等公司。
随着微孔技术的进一步完善，其应用将由目前的便携式设备，逐步扩展到大型的通讯、网络、工作站等领域，sunMi娜缸lS将微孔用在高端服务器上，CiscoSys缸11s将150IJmvias
和30呻mc叩眦pads的微孔板用在网络系统中。
据预测到2005年，微孔市场将会达到$8．6b锄叽，其中包括电路板和IC封装。
2．1．2激光直接成像技术（LDI）
激光直接成像成本（U）I）用于PCB业始于二十世纪八十年代中期，当时由于激光技术的不成熟，缺乏精确的对位系统，生产能力低下以及成本高等原因，使其未能被PCB生产商所接受。
自此以后，激光技术得到了很大的发展，对位系统及数字处理系统得以改善和提高，以及用于激光的高敏感的光致抗蚀剂的研制成功，使U）I技术再次被推到当今成像技术的最前沿。
驱使域技术用于PCB成像的一个最为重要的因素是由于电路板线路密度的增加，当今一些特定要求的皿I／ⅨⅡ讧板的nne／space的设计要求为a：
11il以下，在不久的将来将会继续下降到锄以下，尽管采用通常的成像技术能生产出满足这一要求的细线路，但由于生产
能力低下及高成本，使得人们不得不寻找新方法来达到高密度的设计，U）I技术正迎合了精细线路的要求。
U）I系统主要是由激光源、光学系统和对位系统组成的。
当今的第一代U）I系统在激光成像的一些方面有较大提高，但仍然存在曝光
时间长、生产能力低以及价格昂贵的激光和激光消费品。
第二代U）I系统的发展是使设备成本和操作成本降低到能满足实际生产的要求，具体的特点是：
（1）自动化；
（2）固态激光；（3）能双面同时曝光；（4）激光的使用效率；（5）多光柱光
学系统。
随着上下板及板面操作的自动化，将会大大地降低生产成本及提高产品的精确度及产量。
使用固态激光比气态激光无论是仪器成本，还是操作成本均有较大的下降，表1是两种激光
的使用成本比较。
U）I系统供应商主要有：
Creo，E眦svS．缸IlS，OIbo呶’h，‰xaIldAuto】瑚屺dl等，它们提供两种不同的技术，CI∞使用的是红外（810—90∞m）固态激光（二极管l技术，其它几
家使用的是连续气态UV激光（Sab北系列，水冷却心一10n）技术，只是Pb嗷使用的波长不
同。
第一代U）I系统的生产能力大约是40—60呻／11r（两面），第二代IJ）I系统采用了自动
系统、两面同时曝光及多光柱光学系统等技术，生产能力显著地提高，能超过100panels／
hr。
目前，该方法可以用于瑚DI板的内层及外层成像，如果能进一步提高快速UV光敏的
光致抗蚀剂，U）I技术亦可应用于阻焊掩膜的曝光成像。
随着对U）I系统的进一步完善，逐
步地提高生产能力，降低生产成本，PCB生产商将会很乐意于将此技术应用于皿I板的生
产。
2．2埋入元件PCB技术
在PCB或电子封装中埋入元件（电阻、电容、电感等）有许多优点，如能提高电器性能、增加封装密度、提高电器的可靠性和降低成本等。
具有高的电容和极低的电感的埋人元件电
路板表现出较好的信号完整性、低噪音、低电磁干扰（日Ⅲ），特别是在较高频时（～50暖Iz）表现出良好的性能。
埋入元件能节省板面空间、减少孔数和增加布线密度，这样就能缩减板面积或板的层数或系统中的板数；同时能减少焊接点和孔数，这样就能降低生产板的成本。
将无源元件集成到PCB中节省的空间能封装更多的有源元件，从而增加了电器的功能，正好迎合了当今电路发展的小型化、多功能化等特点，埋人元件PCB技术是当今如DI／BUM技术的发展方向。
埋人电阻的电阻材料要求具有高的电阻值，低的电阻温度系数及易于工艺操作等特点。
美国Q砌dE】ec吣lics公司使用一种Ni—Cr合金薄膜作为电阻材料，该材料具有高的电阻值，同时向该合金中加入Si和m来提高膜的热稳定性，使其具有低的电阻温度系数，该薄膜是置于铜箔和介质层材料中间，通过蚀刻来形成电阻和线路。
制造工艺流程为：
成像1一蚀刻铜l（Cua2蚀刻液）—蚀刻电阻层（43％HCl+46％甘油．140。
F）一褪膜—嘁像2—蚀刻铜2（氨蚀刻液）一褪膜通过控制合金薄膜的厚度，可得到电阻值为25—2500hm／sq，使用Ni—Cr合金薄膜得到
的埋入电阻PCB具有极好的性能。
美国Ⅱ】nle即Techonlo癣s，hlc．推出的平面电阻商品为‰鼯一时洲公司自九十年代中期就开始埋人电容材料的研究工作，使用C—Pb埋人电容材料制作了一些P（强，包括刚性和挠性板，到目前为止，共有12种不同的PCB设计。
用于PCB的埋人电容材料是在两层铜箔中间夹人一层介质层，该介质层是由环氧树脂或H树脂和具有高介质常数的陶瓷填料组成的。
介质层要尽可能的薄来增加电容，同时更重要的是降低电感。
下面是该材料的一些性能：
介质材料：
环氧树脂（不含Br），BaTDs颗粒；
介质层厚度：
0．15—1．00Ⅱ1il（4—25um）；
铜箔厚度：
0．7—2．8111ilS：
介质常数：
14—18（依赖于BaTio。
的装填量）；
电容：
5—3011F／甜（2粥，ⅨHz）；
电容均匀性：
5％；
损失因子：
O．005（2咒，蚍）；
频率：
at妇t舭；
操作温度：
一4∞～12∞
结合力：
大于4p伽nds／in出在P∞中埋人电容加工过程中，该材料能与矸t一4很好的地相容，并且不影响板的电性能，不产生板的其它缺陷。
2．3绿色环保型PCB技术
人们越来越关注生存环境，爱护环境，保护环境已经成为人们的共识。
在许多生产领域里，环境友好型过程不再被认为是不切实际的纸上谈兵，而在逐步得以实施，PCB业亦正在关注这一行动。
因为在PCB生产过程中，从材料到工艺生产过程，均涉及到化学药品，其中有一些是对环境有严重的危害或潜在的危害，这些影响是不容忽视的。
一些新的材料及新的工艺正在研究推出，如绿色无卤基板材料，无铅焊料，采用有机保护焊剂（osP）、浸锡过程代替含铅的热风整平（HAsI．），使用直接电镀替代化学沉铜等技术来减轻对环境的影响。
环境问题是面向21世纪的首要问题之一，是本届博览会的一个中心议题，下面主要就绿色无卤基材、无铅焊料及化学浸锡工艺的发展概况作简单的概述。
2．3。
1绿色无卤基材
欧洲家电制品协会（＆锄）最近列出“欧洲共同体材料黑名单”的危害物质有：
锑化合物、卤素化合物、a℃、DⅧ等；唧昭（H嘻血DeIls毋Packa寥User（k呷）最近通过了一项环保发展规划，内容涉及到对水银、铅、石棉、镉、氟里昂、含卤素类阻燃剂等的禁止使用问题。
该组织还通过了“电气电子产品废弃物指令案（WEEE）”，自2004年开始实施，其中以使用不含卤素类的阻燃剂和无铅材料为重
点。
一些研究表明，卤素类阻燃剂在500一700℃焚烧时会产生对人体有害的二口恶英，因此开展无卤基材的研究迫在眉睫，世界各国纷纷开展研究，推出了各自的产品，全世界可以工业化生产的厂家，有日本、美国、欧洲、中国台湾、韩国、中国大陆等二十多家公司。
产品的种类有许多种，除瓜一l、m一4、CEM一1、CEM一3外，还有高Tg无卤型的瓜～4，积层多层板用的附树脂铜箔（RGC）以及绿色型的有机封装载板等。
无卤基材必须具备以下要求：
（1）满足阻燃条件，1Ⅱ94V—O；
（2）基材性能与传统基材相似，如：
1X、抗
撕拉力、电性能；
（3）具有可靠的绝缘性和导电性；
（4）具有与传统基材相似的加工性能。
目前推出了几种体系的无卤基材，一些仅
仅添加无机阻燃填料，一些是加人有机阻燃剂，还有一些是同时加入无机和有机阻燃材料。
作为无卤阻燃剂必须满足：
无卤、无锑、无红P以及阻燃能力达到1J194V一0等要求。
HtacKCb锄ica】Co．推出一种代号为I的的树脂的绿色无卤基材，是将大量的N原子引入到热固化树脂分子的骨架中来替代Br原子，其具有很高的交联结构。
I的树脂中含有20％以上加热难分解的非柔性的芳香化合物，与Ⅸ）A型环氧树脂相比柔软性差。
I囝树脂的阻燃等级为IJ194V一1，比通常的BPA型环氧树脂差。
在Ro树脂中添加其它的阻燃化合物，能提高材料的阻燃性，可得到阻燃性能好的基材。
台湾南亚塑料公司推出的绿色无卤基材，使用的是含P阻燃剂，即是用P代替Br加入到环氧树脂的骨架中，来提高层压板的物理性能，同时在树脂中添加其它的热稳定填料来提高阻燃性。
绿色无卤PCB基材的发展给树脂、阻燃剂、层压板和生产商探索新的化学品提供了新的发展机会。
2．3．2无铅焊料
铅在人体内的积累会引起神经系统的紊乱，对血液系统和肾产生不良的影响，因此在食品罐、水管、石油和颜料等方面已经停止使用。
电子产品废弃物常常会污染水源、土壤和空气，目前电子行业还没有法律条文禁止铅的使用，但不久将会限制或禁止铅的使用，在日本、欧洲、美国已经有部分公司开始使用无铅焊料进行安装。
在美国N∞压S（d=Ie全h面naGm旧f．orManl】facn】dI】gscia赋）的领导下，开展了该项最大跨公司项目——“无铅焊料”，1997年提出了三种sIlPb焊料的替代品：
SI雌Bi，sn敏和sI溉，在经过0／10∞和一55／12淝的热循环实验，snBi表现出最佳的抗热疲劳陛能，其性能甚至超过sIlPb。
另一项Ni∞猖工程——抗高温疲劳焊料正在进行，主要是实验无铅焊料，参与单位有：
Fbrd，‰，舢ied，Si酬R（）cl【weⅡ等。
日本的电子工业较早开始研究和使用无铅焊料，1998年日本议会就通过了“家用电器的回收法律”，并且于2001年4月开始实施，要求零售商回收电视、冰箱、洗衣机和其它的电器，其目的在于建立适当的处理方法使铅不至于泄露到环境中。
几家日本公司发布了各自的
无铅计划，Matsusllita的目标是成为第一家使用无铅装配电子产品。
1998年推出了第一个无铅产品—郴0微型∞机；碰tau“计划在2001年底使用snBiAg合金替代srlPb；T0shiba使用无铅产品用于移动电话；So叫于2000年3月推出无铅产品，使用的是蝉．锄Cuo．5合金，还开发出蝴Bi4Cuo．5G翘．1，其可靠性比姗好。
欧洲共同体已经两次起草法令，目的在于在汽车业和电子产业限制或禁止使用铅，1998年第一次发布WⅡ强指令，2000年6月13日再次起草规定，2008年1月1日前停止使用铅、水银、Cd、cr6+、PBB和PBDE等。
选择替代的金属必须基于分析其潜在的对健康危害性，下面是欧洲和美国对一些金属
的分析结果：
·Pb：
高危害性，Pb具有毒性，一些研究表明其损害人体的复制机能；
·Cd：
高危害性，具有剧毒；
·sb：
中等危害性，有毒，不能作为合金的主要成分；
·Ag和Cu：
低危害性，在无铅合金中的浓度不宜太高；
·sn和乙：
低危害性，在人类食品中，含高浓度时会有危险；
·Bi：
低危害性，无害的金属，常用于药品中。
2．3．3化学浸锡工艺
电子产品的小型化、轻量化及多功能化给P邙生产工艺提出了更多的要求，满足理想封装需求的涂层需达到的要求是：
如多次可焊性、压接技术、黏结力和越／AuWh—bondiI】g等。
当今的大多数板并不要求满足上述的所有要求，通常涂层的要求是平整性、多次可焊性及焊接点完整性等，常用的技术有HAsI．和有
机保护焊剂（osP）等，近年osP的使用明显增加，但该技术还存在一定的缺陷，表现在暴露铜面和不断会发生腐蚀，多次焊接时会氧化铜面以及热对涂层的影响等。
HAsI。
技术应用已有很多年了，但随着线路的复杂化和元件的高密度化，使节距逐渐减小，而当节距低于0．融吼时，HAsI．就无法达到这一要求，此外
考虑到安全性和环境保护方面的因素，探索新的涂覆工艺显得尤为重要，化学浸锡工艺正是在这一时势下得以发展的表面涂覆工艺。
化学浸锡的基本原理是依据以下化学反应进行的：
Sh2++lj（h+O（砜CSC正玉+C喝HSQl=Sn+夏沁（a圄CSa嘎）6S0b+H+通常sn是不能置换Cu而在铜面上沉积下来，加入硫脲后能改变它们的化学位使该置换反应能进行。
该反应是自限制的反应，反应速度与表面的铜面积有关。
该反应体系中加入甲基碘酸的目的是提高铜盐的溶解度和溶液的稳定性。
其工艺流程如下：
酸洗一微蚀一预浸一浸锡化学浸锡可以得到精细、高密度、纯锡的沉积，使用不含卤素的浸液可以得到极低的离子残留，一定的沉积速度，较好的稳定性以及无不溶铜的干扰等特性保证了沉积的质量。
浸锡过程须克服二个主要的问题：
减少或阻止Cu／Sn金属互化物的形成，Cu3sn和Cu6sn5；消除sn生成过程的须状物。
化学浸锡过程与HAsI．相比减少了热应力对PWB的影响，而且可以用于水平和垂直生产线，从涂层性能及生产成本来看，可以取代HAsI．用于表面涂覆工艺。
一些实验结果表明，化学浸锡与无铅焊料具有好的配合性能。
工艺化的化学浸锡过程有H蒯aa黜公司推出的伽学浸锡工艺，C蹦Am吣推出的I懈ON化学浸锡工艺等。
参考文献
[1]口PCPr血cxiC缸血tsEXpo2001ProcIeed-
姆of妇Te删C（础珧I赋，2001，胁
h血，CA，UsA．
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