在近期的一場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，全球IMAPS（國(guó)際微電子與封裝協(xié)會(huì)）英國(guó)分會(huì)及電子和微電子封裝工程師分享了關(guān)于PCB基板技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、研發(fā)及未來(lái)需求的寶貴知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。這次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)由英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的電子互連專家Martin Wickham代表IMAPS-UK（國(guó)際微電子與封裝協(xié)會(huì)英國(guó)分會(huì)）主持，Piers Tremlett和Jim Francey做了相關(guān)主題演講。

“誰(shuí)知道未來(lái)哪種基板會(huì)成功?”Microsemi公司的工程專家Piers Tremlett意識(shí)到，在預(yù)測(cè)時(shí)需要謹(jǐn)慎行事，他引用了古希臘的一個(gè)例子:“德?tīng)柛５纳裰I師知道如何防止自己對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)出錯(cuò)。其他人都錯(cuò)了，只是相差多少的問(wèn)題?！比欢?，他的演講仍清晰地描述了未來(lái)印制電路基板的前景，甚至探討了“無(wú)基板”電路的可能性。

在滿足用戶需求的驅(qū)動(dòng)下，基板技術(shù)旨在提高性能并消除浪費(fèi)，同時(shí)最大限度地降低成本。Tremlett討論了未來(lái)電路結(jié)構(gòu)的易變性，撓性基板的潛在增長(zhǎng)，可處理功率和熱量的基板的增加，以及從二維到三維電路組件的發(fā)展趨勢(shì)。 他專注于四個(gè)相關(guān)主題：移動(dòng)產(chǎn)品的小型化、熱和功率、打印電子產(chǎn)品和無(wú)基板電路。

移動(dòng)設(shè)備，尤其是智能手機(jī)，使用更少材料來(lái)節(jié)省成本是小型化的主要驅(qū)動(dòng)因素。例如，Tremlett展示了iPhone 7的橫截面，其中包括無(wú)芯10層500微米基板和小于20微米的密集布線及元器件，在很小的空間內(nèi)分布著大量互連。通過(guò)半加成法，在非常薄的基底銅上進(jìn)行圖形電鍍和閃蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)互連。隨著激光直接成像能力的提高和布線寬度趨向10微米，最好將它們嵌入基板表面以提高可靠性，正如Daisho Denshi超細(xì)間距焊盤中介層所顯示的那樣。在他的iPhone 7示例中，存儲(chǔ)器芯片安裝在非常薄的三層PCB上，其下面是沒(méi)有基板的處理器芯片——所有布線都放在自身的封裝材料上，性能得到了明顯的改善。他評(píng)論說(shuō)，扇出晶圓級(jí)封裝正在從硅晶圓技術(shù)轉(zhuǎn)向PCB技術(shù)，模制化合物內(nèi)有多個(gè)元件，這可以看作是FR-4和表面貼裝模式的轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)的組裝技術(shù)正在被嵌入式晶片技術(shù)和超薄芯片技術(shù)所取代，因此器件越來(lái)越小。但是，盡管過(guò)去的趨勢(shì)一直是將元器件從PCB推向硅，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種更昂貴的選擇，元器件被推回封裝制造領(lǐng)域，以繼續(xù)推動(dòng)集成化。封裝正在向完整的子系統(tǒng)發(fā)展，從層數(shù)和布線寬度來(lái)看更加強(qiáng)調(diào)基板的性能，對(duì)傳統(tǒng)的PCB概念提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

隨后，Tremlett的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了熱管理，更快的處理器、RF芯片、功率芯片和LED所產(chǎn)生的熱量不斷增加。由于成本、板的幾何形狀和高溫加工等問(wèn)題，除了特殊應(yīng)用之外，使用陶瓷基板已變得不太可行。那么，有機(jī)基板可以用作替代品嗎？他討論了散熱導(dǎo)通孔設(shè)計(jì)、幾種形式的集成金屬基板、金屬嵌件，甚至是水冷PCB，并通過(guò)熱消散方法比較了他們的效率。他總結(jié)了用于功率封裝的芯片嵌入技術(shù)，已經(jīng)證明了低功率和高功率模擬和數(shù)字RF（射頻）產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)述了SESUB（源自TDK的嵌入式硅基板）和aEASI等專有嵌入式封裝解決方案。EmPower項(xiàng)目是一個(gè)國(guó)際聯(lián)盟為電動(dòng)汽車應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備而開(kāi)發(fā)的嵌入式功率半導(dǎo)體項(xiàng)目，該模塊可在最短的熱傳導(dǎo)路徑上實(shí)現(xiàn)兩側(cè)散熱。

打印電子產(chǎn)品是Tremlett的第3個(gè)主題——全增材技術(shù)，而不是與傳統(tǒng)PCB制造相關(guān)的蝕刻工藝。導(dǎo)體、元器件和晶體管通常可以在撓性的薄基板上打印出來(lái)，甚至基板本身也可以通過(guò)增材工藝打印。AMOLED(有源矩陣有機(jī)LED)顯示屏是打印電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)很好范例——玻璃基板上有薄膜晶體管陣列和功能陰極，用液體溶液涂敷有機(jī)和陽(yáng)極層，采用傳統(tǒng)打印介質(zhì)工藝在低溫下打印金屬納米顆?！，F(xiàn)在有了3D打印機(jī)，能夠快速制作多層PCB和非平面電子產(chǎn)品；然而，目前只有銀漿可用，粗糙多孔的燒結(jié)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對(duì)于功率和射頻應(yīng)用并不理想。

超薄撓性集成電路的發(fā)展為將智能和交互性引入日常用品提供了機(jī)會(huì)，使智能包裝、標(biāo)簽和物品成為可能。這種專有的實(shí)用技術(shù)將薄膜金屬氧化物應(yīng)用于總厚度小于10微米的聚合物基板上，成本僅為等效硅器件的一小部分，而且制造工廠的投資成本遠(yuǎn)低于硅半導(dǎo)體。Fujikora的WABE混合晶片技術(shù)可以采用卷對(duì)卷工藝，大規(guī)模生產(chǎn)嵌入集成電路和小外形無(wú)源元件的多層聚酰亞胺PCB。WABE封裝薄而靈活的器件本體在醫(yī)療和可穿戴電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。

Tremlett最后通過(guò)汽車應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)要概述了“無(wú)基板”電路和模制互連器件，總結(jié)了他的演講。

其中電路可直接在現(xiàn)有基板上制造，并且在可穿戴應(yīng)用中，電路可直接沉積在一塊織物上。

Martin Wickham隨后介紹了Optiprint北歐銷售經(jīng)理Jim Francey，他以精通微波和射頻應(yīng)用中的低損耗材料專業(yè)知識(shí)而聞名，他討論了PCB的有機(jī)基板以及影響基板開(kāi)發(fā)和用戶選擇標(biāo)準(zhǔn)的因素。

Francey首先概述了現(xiàn)有的有機(jī)基板類型：紙、聚酯薄膜、FR-4環(huán)氧樹(shù)脂、高Tg環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺和聚四氟乙烯。雖然紙酚醛層壓板自20世紀(jì)60年代初就開(kāi)始使用，但人們對(duì)使用涂有生物降解聚酰亞胺的紙作為低成本PCB基板的興趣越來(lái)越大。聚酯，如聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)和聚乙烯環(huán)烷酸酯(PEN)，是公認(rèn)的撓性電路基板，特別是在大批量卷到卷的應(yīng)用中，并被用作帶有打印存儲(chǔ)器和打印傳感器的新興近場(chǎng)通信(NFC)智能標(biāo)簽的基板。

FR4玻璃纖維增強(qiáng)熱固性環(huán)氧樹(shù)脂層壓板和半固化片是多層PCB的首選基板，與雙馬來(lái)酰亞胺三嗪、氰酸酯、聚丙烯醚等樹(shù)脂混合后具有較好的電氣和機(jī)械性能。無(wú)鉛組裝要求推動(dòng)了雙功能環(huán)氧樹(shù)脂向多功能環(huán)氧樹(shù)脂的轉(zhuǎn)變，從而改善了溫度性能。導(dǎo)熱無(wú)機(jī)填料的加入使其具有良好的散熱特性。

玻璃纖維增強(qiáng)熱固性聚酰亞胺層壓板和半固化片已成為運(yùn)行溫度超過(guò)多功能環(huán)氧樹(shù)脂性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在許多軍事和航天應(yīng)用中，非增強(qiáng)聚酰亞胺薄膜被用作撓性和剛撓結(jié)合電路的基礎(chǔ)。此外，在需要降低厚度、增強(qiáng)熱穩(wěn)定性和改善高頻電氣性能的應(yīng)用中，越來(lái)越多地使用無(wú)黏合劑材料。

玻璃纖維增強(qiáng)和非增強(qiáng)聚四氟乙烯基板主要用于射頻和微波設(shè)計(jì)，目前越來(lái)越多地用于毫米波。這些材料在寬頻率范圍內(nèi)具有低耗散數(shù)和穩(wěn)定的介電常數(shù)。量產(chǎn)市場(chǎng)包括蜂窩基站功率放大器、基站天線，以及越來(lái)越多的汽車?yán)走_(dá)天線。無(wú)機(jī)填料可用于改進(jìn)介電常數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)。基于熱固性烴樹(shù)脂和無(wú)機(jī)填料的玻璃纖維增強(qiáng)層壓板廣泛用于微波和高速數(shù)字應(yīng)用，新型碳?xì)浠衔锉灰暈槠嚢踩娮邮袌?chǎng)中PTFE（聚四氟乙烯）的有效替代品。非增強(qiáng)液晶聚合物(LCP)是一種吸水率可忽略的熱塑性塑料，作為微波和毫米波應(yīng)用的基板越來(lái)越受歡迎。環(huán)烯烴共聚物是一種晶瑩剔透的塑料，常與添加劑技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。

介紹完現(xiàn)有和新興基板材料的綜合概況后，F(xiàn)rancey深入討論了滿足PCB傳輸要求的主題，首先從微型化的一些評(píng)論開(kāi)始。薄芯介質(zhì)提供了減少電鍍導(dǎo)通孔直徑和增加封裝密度的機(jī)會(huì)。目前，無(wú)粘合劑聚酰亞胺撓性基板厚度可達(dá)12.5微米，1017號(hào)超輕玻璃纖維只有15微米，使制造商可以生產(chǎn)出30微米的層壓板和半固化片。Francey展示了一個(gè)6層順序?qū)訅簞倱辖Y(jié)合板，由12微米單面聚酰亞胺芯和12微米粘合層及堆疊導(dǎo)通孔直徑為50微米并用銅填充的激光鉆孔組成。薄芯剛性有機(jī)基板與低膨脹系數(shù)的纖維玻璃及用銅填充的導(dǎo)通孔越來(lái)越多地用于替代半導(dǎo)體封裝的陶瓷基板。

Francey介紹了保持高速信號(hào)完整性的基本要求：在一定頻率范圍內(nèi)具有穩(wěn)定介電常數(shù)的低損耗聚合物，低輪廓銅箔和玻纖布開(kāi)纖，以盡量減少玻纖組織歪斜影響結(jié)構(gòu)。他還演示了良好的層與層對(duì)準(zhǔn)對(duì)最小化信號(hào)損耗的重要性。

30 GHz和300 Ghz之間的頻率被歸類為毫米波，在77GHz汽車?yán)走_(dá)、V波段和E波段電信等應(yīng)用中，雖然PCB的選擇和厚度以及PCB功能的位置精度是關(guān)鍵考慮因素，但在PTFE（聚四氟乙烯）和LCP基板上使用PCB技術(shù)，使用具有穩(wěn)定介電常數(shù)的低損耗材料變得越來(lái)越重要。微帶線、帶狀線和共面波導(dǎo)傳輸線原理都用于毫米波PCB設(shè)計(jì)，基板集成波導(dǎo)原理在功率分配器、信號(hào)耦合器、濾波器和天線中變得越來(lái)越普遍，與微帶和共面波導(dǎo)相比，具有低輻射泄漏和低干擾優(yōu)點(diǎn)。

Francey以波束交換Rotman透鏡天線為例說(shuō)明了典型的毫米波PCB結(jié)構(gòu)，并討論了PCB制造技術(shù)中必須滿足的定義特征和關(guān)鍵公差。最后，他引用了一位微波工程師的話作為總結(jié)：“當(dāng)頻率增加時(shí)，一切都必須縮小。”

在約20~30 GHz的頻率下，制造公差開(kāi)始成為問(wèn)題。在20~30 GHz以下，你可以設(shè)計(jì)出任何你想要的產(chǎn)品，生產(chǎn)不會(huì)失敗。在20-30 GHz以上時(shí)，可以毫不夸張地說(shuō)，一切都與制造公差和可生產(chǎn)性有關(guān)。作為一名微波設(shè)計(jì)師，77 GHz和1 GHz是完全不同的設(shè)計(jì)。

Francey在他的總結(jié)中指出，層壓板行業(yè)正在滿足系統(tǒng)小型化、信號(hào)完整性、組裝和可靠性的需求，采用更薄的芯和工程聚合物復(fù)合材料來(lái)滿足介電和熱機(jī)械要求。此外，PCB行業(yè)正在應(yīng)對(duì)更高封裝密度、信號(hào)完整性和在集成電路封裝中使用PCB技術(shù)的需求。不過(guò)，他強(qiáng)調(diào)，未來(lái)對(duì)電路小型化、特征公差和特征與特征定位的需求只有通過(guò)增材技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，這需要PCB制造能力和專有技術(shù)的逐步改變。

我發(fā)現(xiàn)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)很有啟發(fā)性，也很有趣。我從中學(xué)到了很多，非常感謝IMAPS-UK（國(guó)際微電子與封裝協(xié)會(huì)-英國(guó)分會(huì)）給我機(jī)會(huì)參加此次研討會(huì)。對(duì)Piers Tremlett和Jim Francey的演講質(zhì)量和內(nèi)容表示敬佩，并感謝他們慷慨地分享知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。還要感謝Martin Wickham擔(dān)任主持人，以及無(wú)處不在的Bob Willis對(duì)此次研討會(huì)的專業(yè)管理。