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50年印制电路板的经过,印刷板的升高简史

印制板的发展简史

印制线路板技术50年间发展以作者的见解分为6个时期,介绍如下:
1、PWB诞生期:1936年~
作者最初知道印制板是在1948年,当时是进入东京芝浦电气株式会社刚2年的新员工,受课长指示开始调查印制板。到允许日本人阅览的美国驻军图书室查阅,偶然发现了印制电路技术为题的技术论文。当时没有复印机,需要的文献只能用笔抄写,论文全部约有200页,详细叙述了涂抹法、喷射法、真空沉积法、蒸发法、化学沉积法、涂敷法等各种工艺,所介绍的都是绝缘板表面添加导电性材料形成导体图形,称为加成法工艺。使用这类生产专利的印制板曾在1936年底时应用于无线电接收机中。
2、PWB试产期:1950年~
作者在进入冲电气工业公司1年后,在1953年起通信设备业对PWB开始重视,制造方法是使用覆铜箔纸基酚醛树脂层压板,用化学药品溶解除去不需要的铜箔,留下的铜箔成为电路,称为减成法工艺。在一些标牌制造工厂内用此工艺试做PWB,以手工操作为主,腐蚀液是三氯化铁,溅上衣服就会变黄。当时应用PWB的代表性产品是索屁制造的手提式晶体管收音机,应和PP基材的单面PWB。在1958年日本出版了书名为印制电路的最早的有关PWB启蒙书藉。
3、PWB实用期:1960年~
1955年冲电气公司与美国Raytheon进行技术合作,制造海洋雷达。Raytheon公司指定PWB要应用覆铜箔玻璃布环氧树脂层压板。于是日本开发GE基材新材料并完成国产化,实现国产海洋雷达批量生产。1960年起冲电气公司开始在批量生产电气传输装置的PWB大量用到GE基板材料。
1962年日本印制电路工业会成立。1964年美国光电路公司开发出沉厚铜化学镀铜液,开始了新的加成法制造PWB工艺。日立化成公司引进了CC4技术。用于PWB的国产GE基板在初期有加热翘曲变形、铜箔剥离等问题,材料制造商逐渐改进而提高,1965年起日本有好几家材料制造商开始批量生产GE基板,工业用电子设备用GE基板,民用电子设备用PP基板,已成为常识。
4、PWB跌进期:1970~
冲电气公司等通信设备制造企业各自设立PWB生产工厂,同时PWB专业制造公司也快速崛起。这时,开始采用电镀贯通孔实现PWB的层间互连。在1972~1981年的10年间,日本PWB生产金额约增长6倍,是大跃进的纪录。
1970年起电讯公司的电子交换机用PWB用到3层印制板,此后大型计算机用到多层印制板,由此MLB得到重用而急速发展,超过20层的MLB用聚酰亚胺树脂层压板作为绝缘基板。这个时期的PWB从4层向6、8、10、20、40、50层,更多层发展,同时实行高密度化,线路宽度与间距从0.5mm向0.35、0.2、0.1mm发展,PWB单位面积上布线密度大幅提高。
PWB上元件安装方式开始了革命性变化,原来的插入式安装技术改变为表面安装技术。引线插入式安装方法在PWB上应用有20年以上了,并都依靠手工操作的,这时也开发出自动元件插入机,实现自动装配线。SMT更是采用自动装配线,并实现PWB两面贴装元件。
5、MLB跃进期:1980年~
在1982年~1991年的10年间,日本PWB产值约增长3倍。MLB的产值1986年时1468亿日元,追上单面板产值;到1989年时2784亿日元,接近双面板产值,以后就MLB占主要地位了。
1980年后PCB高密度化明显提高,有生产62层玻璃陶瓷基MLB,MLB高密度化推动移动电话和计算机开发竞争。
6、迈向21世纪的助跑期:1990年~
1991年后日本泡沫经济破灭,电子设备和PWB受影响下降,到1994年后才开始恢复,MLB和挠性板有大增长,而单面板与双面板产量却开始一直下跌。1998年起积层法MLB进入实用期,产量急速增加,IC元件封装形式进入面阵列端接型的BGA和CSP,走向小型化、超高密度化安装。
今后的展望
50多年来PWB发展变化巨大。自1947的发明半导体晶体管以来,电子设备的形态发生大变样,半导体由IC、ISI、VLSI、向高集成度发展,开发出了MCM、BGA、CSP等更高集成化的IC。21世纪初期的技术趋向就是为设备的高密度化、小型化和轻量化努力,主导21世纪的创新技术将是纳米技术,会带动电子元件的研究开发。

自 20
世纪初(1903年),德国人汉森(A.Hanson)提出“印制电路”这个概念以来,印制电路的发展已有上百年的历史。
虽然当时汉森制造的不是真正意义上的“印制电路”,但是确实在绝缘基板上制作了按某种几何图形排列的导体阵列,
满足了电话交换机的需求。 此后又有爱迪生、贝里、Max Schoop,Charles
Ducas等人先后发明了多种印制电路的加工方法,并提出了电路图形转移的基本概念。
到第二次世界大战前印制电路技术有了突破性的发展,奥地利人Paul Eisler
利用蚀刻法制造了印制电路并成功地应用到盟军的高可靠武器近爆炸引信中,发挥了重要作用。
第二次世界大战后印制电路技术得到了快速发展,1947
年美国航空委员会和国家标准局发起印制电路的研讨会,将此前的印制电路制造方法归纳为六类,即金属浆料涂覆法、
喷涂法、 真空沉积法、 化学沉积法、模压法、粉末涂撒法,
但是这些方法都未能实现大规模工业化生产。

关键词:印刷电路板

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直到20世纪50年代初期,
由于覆铜箔层压板的铜箔和层压板的黏合强度和耐焊性问题得到解决,性能稳定可靠,并实现了工业化大生产,铜箔蚀刻法成为印制板制造技术的主流。
开始是单面印制板,到了
20世纪60年代有镀覆孔的双面印制板也实现了大规模生产,20 世纪 70
年代多层印制板得到迅速的发展,并不断向高精度、
高密度、细导线、小孔径、高可靠性、低成本和自动化、连续生产方向发展。20
世纪 80
年代,表面安装印制板(SMB)逐渐替代插装式(THT)印制板,成为生产的主流。20世纪90年代以来表面安装技术进一步从四边扁平封装(QFP)向球栅阵列封装(BGA)发展,高密度的
BGA 印制板得到了很快的发展。
同时芯片级封装(CSP)印制板和以有机层压板材料为基板的多芯片模块封装技术(MCM-L)用印制板也迅速发展。

以1990年日本IBM公司开发的表面积层电路技术(Surface Laminar
Circuit,SLC)为代表,新一代的印制板是具有埋孔,盲孔,孔径为0.15mm以下,导线宽度和间距在0.1mm以下的高密度积层式薄型多层板,即高密度互连(HDI)板.在日本更多地称HDI板为积层式文层(BUM)板,并已开发出一二十种个同时制造万法,其中较有名的除SLC外,还有日木松下电子部品的ALIVH法,东之公司时B-it法,CMK公司的CLLAVIS法等

美国本1994年成立丁互连技术研究协会(HTRI),1997年出版一份评估报告,正式提uHD-高密度互连这个新械心.HDI
印制板的特点是具有微导通孔,其孔径小于等于0.15mm,且大部分是盲孔和埋孔;
孔环径宽小于等于 0.25mm;
线宽和间距小于等于0.075mm;接点密度130点in布线密度大于等于117条线/in。

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根据实际应用和工艺成熟的程度,美国 IPC 将HDI板归纳为六种类型。21
世纪的印制板技术方向就是HDI
新技术,即BUM新技术.据Prismark资料,1999年HDI/BUM的产值为32 亿美元,占PCB
市场的9%;2004年产值达122.6亿美元,占PCB市场的22.5%。HDI/BUM
的年增长率超过
30%,目前已广泛应用于移动通信设备、声像电子产品等小型化、多功能的电子产品中。

我国从20
世纪50年代中期就开始了单面印制板的研制。1956年由王铁中等人首先研制成功了第一块印制板,应用于半导体收音机中。20
世纪 60
年代中期我国自力更生地开发了覆铜板层压板基材的批量生产,使铜箔蚀刻法成为我国印制板生产的主导工艺。
在20世纪60年代已能大批量地生产单面板,小批量地生产双面板。
在20世纪60年代末我国研制的“东方红”一号卫星系统已成功地大量采用了有金属化孔的双面印制板,并且有少数单位已开始研制多层板。20世纪70年代国内推广过图形电镀-蚀刻法工艺,但由于受到当时条件的限制,印制电路专用材料和专用设备的研制开发和商品化进展不快,整个生产技术水平落后于国外先进水平。进入20世纪80年代,由于改革开放,不仅引进了大量具有当时国外先进水平的各类印制板生产线,而且经过学习、消化、吸收,较快地提高了我国印制板生产技术水平。
20 世纪 90
年代中,我国香港和台湾地区以及日本、澳大利亚等印制电路板生产厂商纷纷来到我国内地合资或独资设厂,使我国印制板产量猛增。2000年后又有了迅猛的发展,据世界电子电路理事会(WECC)的统计资料表明,2006年中国印制板的产值达到
121 亿美元,已经超过日本成为世界第一印制板生产大国。
整个行业的大多数企业通过了 ISO 9000质量体系认证。
在生产技术上,由于引进了国外先进生产设备和先进生产技术,包括先进的生产管理,已大大缩短了和国外先进水平的差距,取得了巨大的进步。

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目前,我国正处于以QFP、BGA封装为主的表面安装印制板量产化阶段,并向芯片级封装用的积层式多层板和刚挠结合印制板量产化方向发展,主要应用于汽车电子、3G手机、通信,计算机和航空,航天电子产品等高科技产品上。

近年来,有不少印制板企业已可将导线宽度做到
0.075~0.125mm,制作多层板的内层细导线工艺已由网印湿膜代替干膜,
使用了辊轮涂覆液体感光胶工艺,可以成功地制作线宽和间距为0.1mm的内层板,
并从完成光成像全过程后,连接到酸性蚀刻、退膜,直至到水平式黑氧化线等过程,实现了制作细线内层板的全自动化生产。孔径已可做到小于等于0.20mm,并开始使用激光钻孔技术生产带有埋孔、盲孔的薄型多层印制板和开始制造高密度互连印制板(HDI板)。

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我国虽然已是印制板生产的大国,但并不是印制板技术强国,在技术上与世界先进水平相比仍有很大差距。
在我国生产的印制板基本是大量的中低档产品。
技术含量较高的3G手机用的刚挠结合印制板、HDI
板、芯片载板及高性能的基材还需要大量进口。
我国印制板工业的现状是缺乏研究开发力量,靠引进购买获得新技术和新设备,缺少自己的创新技术。加强高端印制板及其基材的研制和量产,努力创新开发自主生产的高档印制板及其生产设备是我国印制电路业界共同努力和奋斗的方向。
我们不仅要做印制板的生产大国,更要做印制电路板的强国。

推动印制电路板技术进步的是电子元器件的高集成化和组装技术的高密度和微小型化。展望21世纪,印制电路新技术将围绕芯片级封装(CSP,MCM)用的积层式多层印制板(BUM)和为BGA,CSP
等封装器件的表面安装印制板和高密度互连印制板(HDI)以及适应各类高速、微波电路需要的制板方向发展
。有此工作我国目前还刚在起步,有待投资开发、研制和批量生产,尽快赶上世界先进水平。