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  • 印刷电路板安装技术(PCB Assembly)的相关课题
    发布时间:2010-5-14

        为实现电子设备的高速、高频、高功能化,印制板安装技术(PCB Assembly)不断创新。为加强这方面的研究开发,由相关研究机构和企业的专家们建立了“NPO电路网络”组织,现有会员约70人,是印制板与安装技术的交流中心。NPO的专家们在《电子技术》上发表了印制板与安装技术的最新课题与关键词,现摘要供借鉴。

     

        课题1:高速大容量传输与印制板的高频特性  互联网要适应高速大容量信号传输,如带宽12MHz的ADSL具有通常电话线路1000倍以上的高速大容量通信能力。现在计算机的CPU内实现2GHz~3GHz高速信号运行,输出到印制板线路也高达450MHz。因此,印制板上导线不再是单纯电流流通,作为高速信号传输线,导线尺寸和布设位置对高频信号损耗有很大影响。传输线的特征是要求阻抗控制,设计者需要周密考虑基材特性、传输线的结构和图形配置。 在高频电路中存在高频电流集中于导线表面流动的现象,称为集肤效应,频率越高集肤效应越严重,如1MHz集肤效应在60μm厚层面,500MHz集肤效应在3.0μm厚层面,1GHz集肤效应在2.1μm厚层面,10GHz集肤效应在0.7μm厚层面。信号沿着导线表面(包括四侧面)流动,希望导线表面平滑,因粗糙表面会延迟信号传输时间。现在印制板用铜箔粗化面是2μm~3μm,凹凸轮廓还显大,要求更低轮廓铜箔以满足高频电流流通。

     

      课题2:一次积层全板微通孔互连多层板   印制板高密度化逐年提高,线宽0.1mm以下和小孔0.15mm以下的印制板用量飞速上升。上世纪90年代发展了积层法技术,适应了高密度印制板生产要求,这是以逐层积层为主达到多层化,生产周期长和成本高。采取一次积层全板微通孔互连技术克服了逐层积层的缺点,具有更大优点。最近,该技术除了用于刚性多层板外,还开发用于挠性多层板制造。更进一步,在分别制作的内层中包含半导体芯片和无源元件,一次压合成埋置元件多层板,成为有系统功能的载板以满足系统封装(SiP)的需要。

     

        课题3:埋置电子元件印制板  印制板内埋置电子元件既能提高印制板上元件安装密度,又可以缩短元件连接线而减少信号损耗及提高安装连接可靠性,还可降低元器件安装总成本。初期埋置元件印制板是采用陶瓷基板,开始于上世纪70年代的低温烧结陶瓷多层板,内部埋置厚膜电阻、电容;上世纪80年代采用钛酸钡、铁氧体等材料出现复合元件;到上世纪90年代扩大为埋置IC芯片,成为嵌入式多芯片模块和BGA/CSP板;现今发展为有机树脂基板埋置元件印制板,可加工性比陶瓷基板好,成本也很低,如树脂内混和钛酸钡、铁氧体等构成电容材料,有纳米级粉末体气相化学沉积形成无源元件,现有IC芯片埋入树脂基多层板内,贴片元件埋置多层板内,这些结构中要注意热膨胀系数、元件散热性与连接可靠性。

     

      课题4:高密度封装技术  印制板的厚度在插件安装时标准为1.6mm,表面安装时平均为0.8mm,而第3代手机用8层积层板板厚在0.8mm以下。印制板向轻薄发展,芯片封装同样小型化,从四边引线式封装,到面阵列插入式封装、球栅阵列封装(BGA),上世纪90年代中期起发展了芯片规模封装(CSP),以后又有晶圆级CSP,半导体芯片直接装载于印制板上,称为板上芯片(COB)和膜上芯片COF,COF是融合了原有的带式自动接合(TAB)技术和新的倒芯片贴装(FCA)技术。

     

      课题5:封装载板材料  封装载板的轻薄化是采取挠性膜上封装芯片(COF),COF用的是2层挠性印制板为载板。通常挠性印制板材料是3层结构,即铜箔+粘合剂(环氧或丙烯酸树脂)+基膜(聚酰亚胺),称为3层FCCL。这种材料在COF工艺中受热受压性能变差,因此要使用2层FCCL。2层FCCL由铜箔与聚酰亚胺膜构成,制造方法有浇铸法、喷镀法和层压法等,正在开发的有液晶聚合物膜(LCP)2层FCCL。无粘合剂的2层FCCL可采用压延铜箔或电解铜箔,最小厚度9μm,适应细线条加工。若采用喷镀法的铜箔可以任意薄,平滑表面更适宜今后的细线条和高频高速电路要求。

     

      课题6:电子电气设备废弃物和危险物品限制  为了减少电子电气设备废弃物对环境的污染,以及降低资源的消耗,欧共体发布了WEEE指令,以法律形式规定电子电气设备制造者有责任对废弃的电子电气设备进行回收和处理,要求建立与一般废弃物不一样的回收系统。同时欧共体发布了RoHs指令,为保护人体健康和环境限制危险物品的使用,到2006年7月1日起限制使用的六种物质是铅、汞、镉、6价铬、聚溴化联苯(PBB)、聚溴化苯基(PBDE)。 现有印制板产品中含有溴化物阻燃剂和铅锡焊料,这是被禁用的有毒害物品,溴化物阻燃剂属于PBB和PBDE物质,含有溴化物阻燃剂的废弃印制板在燃烧时会产生二恶英致癌物。日本从1995起就推出无卤素纸质覆铜板,现在无卤素复合覆铜板和环氧玻璃布覆铜板已全面使用,电子电气设备也将全面地使用无铅、无卤素印制板。产品采购选择除了品质和价格外,还有“环境”,要求构成产品元件和材料的有利环境,产品生产和服务取得ISO14000认证。

     

      课题7:印制板电气检查的边界扫描法和自测试设置  印制板的通断路电气检查通常是用探针接触,在一定电压电流下测定。印制板上节距变小及表面不能有触针印,于是采用印制板自身设置检查电路的不用探针的测试方法,这种代表性方法是边界扫描法(Boundary Scan)和自测试设置(BIST:Built in SelfTest)。边界扫描法是在印制板上附加专用测试电路,成为原电路的旁路电路,在附加测试电路上输入测试数据,在输出端会显示原电路的同步信号,由输出测试数据判定原电路的连通性。边界扫描法和自测试设置检测技术正在快速普及。

     

      课题8:回收与再利用  对待废弃物处理首先是充分使用限制废弃,其次是再利用,再是回收再生利用,然后是作燃料回收热能。电子设备回收和再利用要从设计开始,考虑到零部件的分离和回收。印制板的回收和再利用处理是层压板与装载元件分离。层压板粉碎,金属与塑料分离及分别回收,金属提炼再利用,塑料物作燃料或建材填料。在印制板制造过程中有20~40种排出物,应分别处置提高回收率,如废液中铜与其他金属应能回收再利用。

     

      课题9:CAD/CAM技术及模拟技术  电子产品多功能化、高密度化必然使开发设计复杂化,同时市场又要求产品缩短开发设计周期,尽快投产占领市场,这样就只能借助计算机这一工具,计算机辅助设计(CAD)/计算机辅助制造(CAM)/模拟技术不可缺少。CAD/CAM系统在印制板设计和制造中已成为主流。电子设计自动化(EDA)是包含了CAD/CAM/模拟技术,再加上计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助测试(CAT)。现代化的印制板设计、制造和安装需要完整的计算机辅助技术。

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