基本介紹
- 中文名：PCBA
- 外文名：Printed Circuit Board +Assembly
- 過程：PCB空板經SMT上件或DIP外掛程式
- 本質：製作流程
- 基材：電木板、玻璃纖維板
- 金屬塗層：銅 錫 金 鎳
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電路板
印刷電路板，又稱印製電路板，印刷線路板，常使用英文縮寫PCB（Printed circuit board），是重要的電子部件，是電子元件的支撐體，是電子元器件線路連線的提供者。由於它是採用電子印刷技術製作的，故被稱為“印刷”電路板。在印製電路板出現之前，電子元件之間的互連都是依靠電線直接連線而組成完整的線路。現在，電路面包板只是作為有效的實驗工具而存在，而印刷電路板在電子工業中已經成了占據了絕對統治的地位。20世紀初，人們為了簡化電子機器的製作，減少電子零件間的配線，降低製作成本等優點，於是開始鑽研以印刷的方式取代配線的方法。三十年間，不斷有工程師提出在絕緣的基板上加以金屬導體作配線。而最成功的是1925年，美國的Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線路圖案，再以電鍍的方式，成功建立導體作配線。[1]
直至1936年，奧地利人保羅·愛斯勒（Paul Eisler）在英國發表了箔膜技術[1]，他在一個收音機裝置內採用了印刷電路板；而在日本，宮本喜之助以噴附配線法“メタリコン法吹著配線方法(特許119384號)”成功申請專利。[2]而兩者中Paul Eisler 的方法與現今的印刷電路板最為相似，這類做法稱為減去法，是把不需要的金屬除去；而Charles Ducas、宮本喜之助的做法是只加上所需的配線，稱為加成法。雖然如此，但因為當時的電子零件發熱量大，兩者的基板也難以配合使用[1]，以致未有正式的實用作，不過也使印刷電路技術更進一步。
發展史
1941年，美國在滑石上漆上銅膏作配線，以製作近接信管。
1943年，美國人將該技術大量使用於軍用收音機內。
1947年，環氧樹脂開始用作製造基板。同時NBS開始研究以印刷電路技術形成線圈、電容器、電阻器等製造技術。
1948年，美國正式認可這個發明用於商業用途。
自20世紀50年代起，發熱量較低的電晶體大量取代了真空管的地位，印刷電路版技術才開始被廣泛採用。而當時以蝕刻箔膜技術為主流[1]。
1950年，日本使用玻璃基板上以銀漆作配線；和以酚醛樹脂制的紙質酚醛基板（CCL）上以銅箔作配線。[1]
1951年，聚醯亞胺的出現，使樹脂的耐熱性再進一步，也製造了聚醯亞胺基板。[1]
1953年，Motorola開發出電鍍貫穿孔法的雙面板。這方法也套用到後期的多層電路板上。[1]
印刷電路板廣泛被使用10年後的60年代，其技術也日益成熟。而自從Motorola的雙面板面世，多層印刷電路板開始出現，使配線與基板面積之比更為提高。
1960年，V. Dahlgreen以印有電路的金屬箔膜貼在熱可塑性的塑膠中，造出軟性印刷電路板。[1]
1961年，美國的Hazeltine Corporation參考了電鍍貫穿孔法，製作出多層板。[1]
1967年，發表了增層法之一的“Plated-up technology”。[1][3]
1969年，FD-R以聚醯亞胺製造了軟性印刷電路板。[1]
1979年，Pactel發表了增層法之一的“Pactel法”。[1]
1984年，NTT開發了薄膜迴路的“Copper Polyimide法”。[1]
1988年，西門子公司開發了Microwiring Substrate的增層印刷電路板。[1]
1990年，IBM開發了“表面增層線路”（Surface Laminar Circuit，SLC）的增層印刷電路板。[1]
1995年，松下電器開發了ALIVH的增層印刷電路板。[1]
1996年，東芝開發了B2it的增層印刷電路板。[1]
實用化
就在眾多的增層印刷電路板方案被提出的1990年代末期，增層印刷電路板也正式大量地被實用化，直至現在。為大型、高密度的印刷電路板裝配(PCBA, printed circuit board assembly)發展一個穩健的測試策略是重要的，以保證與設計的符合與功能。除了這些複雜裝配的建立與測試之外，單單投入在電子零件中的金錢可能是很高的 - 當一個單元到最後測試時可能達到25,000美元。由於這樣的高成本，查找與修理裝配的問題現在比其過去甚至是更為重要的步驟。今天更複雜的裝配大約18平方英寸，18層；在頂面和底面有2900多個元件；含有6000個電路節點；有超過20000個焊接點需要測試。
範圍
在朗訊加速的製造工廠(N. Andover, MA)，製造和測試藝術級的PCBA和完整的傳送系統。超過5000節點數的裝配對我們是一個關注，因為它們已經接近我們現有的線上測試(ICT, in circuit test)設備的資源極限(圖一)。我們現在製造大約800種不同的PCBA或“節點”。在這800種節點中，大約20種在5000~6000個節點範圍。可是，這個數迅速增長。
新項目
新的開發項目要求更加複雜、更大的PCBA和更緊密的包裝。這些要求挑戰我們建造和測試這些單元的能力。更進一步，具有更小元件和更高節點數的更大電路板可能將會繼續。例如，現在正在畫電路板圖的一個設計，有大約116000個節點、超過5100個元件和超過37800個要求測試或確認的焊接點。這個單元還有BGA在頂面與底面，BGA是緊接著的。使用傳統的針床測試這個尺寸和複雜性的板，ICT一種方法是不可能的。
在製造工藝，特別是在測試中，不斷增加的PCBA複雜性和密度不是一個新的問題。意識到的增加ICT測試夾具內的測試針數量不是要走的方向，我們開始觀察可代替的電路確認方法。看到每百萬探針不接觸的數量，我們發現在5000個節點時，許多發現的錯誤(少於31)可能是由於探針接觸問題而不是實際製造的缺陷(表一)。因此，我們著手將測試針的數量減少，而不是上升。儘管如此，我們製造工藝的品質還是評估到整個PCBA。我們決定使用傳統的ICT與X射線分層法相結合是一個可行的解決方案。
基材
基材普遍是以基板的絕緣部分作分類，常見的原料為電木板、玻璃纖維板，以及各式的塑膠板。而PCB的製造商普遍會以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹脂組成的絕緣部分，再以環氧樹脂和銅箔壓製成“黏合片”（prepreg）使用。
而常見的基材及主要成份有：
FR-1 ──酚醛棉紙，這基材通稱電木板（比FR-2較高經濟性）
FR-2 ──酚醛棉紙，
FR-3 ──棉紙（Cotton paper）、環氧樹脂
FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、環氧樹脂
FR-5 ──玻璃布、環氧樹脂
FR-6 ──毛面玻璃、聚酯
G-10 ──玻璃布、環氧樹脂
CEM-1 ──棉紙、環氧樹脂（阻燃）
CEM-2 ──棉紙、環氧樹脂（非阻燃）
CEM-3 ──玻璃布、環氧樹脂
CEM-4 ──玻璃布、環氧樹脂
CEM-5 ──玻璃布、多元酯
AIN ──氮化鋁
SIC ──碳化矽
金屬塗層
金屬塗層除了是基板上的配線外，也就是基板線路跟電子元件焊接的地方。此外，不同的金屬也有不同的價錢，不同的會直接影響生產的成本；不同的金屬也有不同的可焊性、接觸性，也有不同的電阻阻值，也會直接影響元件的效能。
常用的金屬塗層有：
銅
錫
厚度通常在5至15μm[4]
鉛錫合金（或錫銅合金）
即焊料，厚度通常在5至25μm，錫含量約在63%[4]
金
一般只會鍍在接口[4]
銀
一般只會鍍在接口，或以整體也是銀的合金
線路設計
印製電路板的設計是以電子電路圖為藍本，實現電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計，需要內部電子元件、金屬連線、通孔和外部連線的布局、電磁保護、熱耗散、串音等各種因素。優秀的線路設計可以節約生產成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現，但複雜的線路設計一般也需要藉助計算機輔助設計（CAD）實現，而著名的設計軟體有Protel、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。
基本製作
簡介
根據不同的技術可分為消除和增加兩大類過程。
減去法
減去法（Subtractive），是利用化學品或機械將空白的電路板（即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板）上不需要的地方除去，餘下的地方便是所需要的電路。
絲網印刷：把預先設計好的電路圖製成絲網遮罩，絲網上不需要的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋，然後把絲網遮罩放到空白線路板上面，再在絲網上油上不會被腐蝕的保護劑，把線路板放到腐蝕液中，沒有被保護劑遮住的部份便會被蝕走，最後把保護劑清理。
感光板：把預先設計好的電路圖制在透光的膠片遮罩上（最簡單的做法就是用印表機印出來的投影片），同理應把需要的部份印成不透明的顏色，再在空白線路板上塗上感光顏料，將預備好的膠片遮罩放在電路板上照射強光數分鐘，除去遮罩後用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來，最後如同用絲網印刷的方法一樣把電路腐蝕。
刻印：利用銑床或雷射鵰刻機直接把空白線路上不需要的部份除去。
加成法
加成法（Additive），現在普遍是在一塊預先鍍上薄銅的基板上，覆蓋光阻劑（D/F)，經紫外光曝光再顯影，把需要的地方露出，然後利用電鍍把線路板上正式線路銅厚增厚到所需要的規格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑－金屬薄錫，最後除去光阻劑（這製程稱為去膜），再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。
積層法
[1] 積層法是製作多層印刷電路板的方法之一。是在製作內層後才包上外層，再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重複積層法的動作，可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。
內層製作
積層編成（即黏合不同的層數的動作）
積層完成（減去法的外層含金屬箔膜；加成法）
鑽孔
減去法
Panel電鍍法
全塊PCB電鍍
在表面要保留的地方加上阻絕層（resist，防以被蝕刻）
蝕刻
去除阻絕層
Pattern電鍍法
在表面不要保留的地方加上阻絕層
電鍍所需表面至一定厚度
去除阻絕層
蝕刻至不需要的金屬箔膜消失
加成法
令表面粗糙化
完全加成法（full-additive）
在不要導體的地方加上阻絕層
以無電解銅組成線路
部分加成法（semi-additive）
以無電解銅覆蓋整塊PCB
在不要導體的地方加上阻絕層
電解鍍銅
去除阻絕層
蝕刻至原在阻絕層下無電解銅消失
增層法
增層法是製作多層印刷電路板的方法之一，顧名思義是把印刷電路板一層一層的加上。每加上一層就處理至所需的形狀。
ALIVH
[1]
ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole，Any Layer IVA）是日本松下電器開發的增層技術。這是使用芳香族聚醯胺（Aramid）纖維布料為基材。
把纖維布料浸在環氧樹脂成為“黏合片”（prepreg）
雷射鑽孔
鑽孔中填滿導電膏
在外層黏上銅箔
銅箔上以蝕刻的方法製作線路圖案
把完成第二步驟的半成品黏上在銅箔上
積層編成
再不停重複第五至七的步驟，直至完成
B2it
[1]
B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是東芝開發的增層技術。
先製作一塊雙面板或多層板
在銅箔上印刷圓錐銀膏
放黏合片在銀膏上，並使銀膏貫穿黏合片
把上一步的黏合片黏在第一步的板上
以蝕刻的方法把黏合片的銅箔製成線路圖案
再不停重複第二至四的步驟，直至完成
生產方式
簡介
SMT和DIP都是在PCB板上集成零件的方式，其主要區別是SMT不需要在PCB上鑽孔，在DIP需要將零件的PIN腳插入已經鑽好的孔中。
SMT(Surface Mounted Technology)
表面貼裝技術，主要利用貼裝機是將一些微小型的零件貼裝到PCB板上，其生產流程為：PCB板定位、印刷錫膏、貼裝機貼裝、過回焊爐和製成檢驗。隨著科技的發展，SMT也可以進行一些大尺寸零件的貼裝，例如主機板上可貼裝一些較大尺寸的機構零件。
SMT集成時對定位及零件的尺寸很敏感，此外錫膏的質量及印刷質量也起到關鍵作用。
DIP
DIP即“外掛程式”，也就是在PCB版上插入零件，由於零件尺寸較大而且不適用於貼裝或者生產商生產工藝不能使用SMT技術時採用外掛程式的形式集成零件。目前行業內有人工外掛程式和機器人外掛程式兩種實現方式，其主要生產流程為：貼背膠（防止錫鍍到不應有的地方）、外掛程式、檢驗、過波峰焊、刷版（去除在過爐過程中留下的污漬）和製成檢驗。
產業現狀
簡介
由於印製電路板的製作處於電子設備製造的後半程，因此被稱為電子工業的下游產業。幾乎所有的電子設備都需要印製電路板的支持，因此印製電路板是全球電子元件產品中市場份額占有率最高的產品。目前日本、中國大陸、中國台灣地區、西歐和美國為主要的印製電路板製造基地。
受益於終端新產品與新市場的輪番支持，全球 PCB 市場成功實現復甦及增長。香港線路板協會 (HKPCA) 數據統計，2011 年全球 PCB 市場將平穩發展，預計將增長 6-9%，中國則有望增長 9-12%。 台灣工研院 (IEK) 分析報告預測，2011 年全球 PCB 產值將增長 10.36%，規模達 416.15 億美元。
根據 Prismark 公司的分析數據與興業證券研發中心發布的報告表明，PCB 套用結構和產品結構的變化反映了行業未來的發展趨勢。近年來伴隨著單/雙面板、多層板產值的下降，HDI 板、封裝載板、軟板產值的增加，表明套用於電腦主機板、通信背板、汽車板等領域的增長比較緩慢，而套用於高端手機、筆記本電腦等“輕薄短小”電子產品的 HDI 板、封裝板和軟板還將保持快速增長。
北美
美國印刷電路板協會 (IPC) 公布，2011 年 2 月北美總體印刷電路板製造商接單出貨比 (book-to-bill ratio) 為 0.95，意味著當月每出貨 100 美元的產品，僅會接獲價值 95 美元的新訂單。B/B 值連續第 5 個月低於 1，北美地區行業景氣度未有實質性回升。
日本
· 日本地震短期影響部分 PCB 原材料供給，中長期有利於產能向台灣和大陸轉移
· 高端 PCB 廠商加速在大陸擴產，技術、產能和訂單向大陸轉移是大勢所趨
· 台灣中時電子報報導，日本供應鏈斷裂，中國、韓國 PCB 板廠將成大贏家
台灣
· 台灣工研院 (IEK) 分析師指出，受益於全球總體經濟復甦以及新興國家消費支撐，2011 年台灣 PCB 產業預計增長 29%
向中國轉移
中投顧問分析報告指出，中國印刷電路板業在內銷增長和全球產能持續轉移的形勢下，將步入高速成長期。到 2014 年，中國印刷電路板的產業規模占全球的比重將提高到 41.92%。
套用
簡介
電腦及相關產品、通訊類產品和消費電子等 3C 類產品是 PCB 主要的套用領域。根據美國消費性電子協會 (CEA) 發表的數據顯示，2011 年全球消費電子產品銷售額將達到 9,640 億美元，同比增長 10%。 2011 年的數據相當接近 1 兆美元。 CEA 表示，最大需求來自於智慧型手機與筆記本電腦，另外銷售十分顯著的產品還包括數位相機、液晶電視等產品。
智慧型手機
據 Markets and Markets 發布的最新市場研究報告顯示，全球手機市場規模將在2015 年增至 3,414 億美元，其中智慧型手機銷售收入將達到 2,589 億美元，占整個手機市場總收入的 76%；而蘋果將以 26% 的市場份額引領全球手機市場。
iPhone 4 PCB 採用 Any Layer HDI 板，任意層高密度連線板。iPhone 4 為了在極小 PCB 的面積內，正反兩面裝入所有的晶片，採用 Any Layer HDI 板可以避開機戒鑽孔所造成的空間浪費，以及做到任一層可以導通的目的。
觸控面板
隨著 iPhone、iPad 風靡全球，捧紅多點觸控套用，預測觸控風潮將成為軟板下一波成長驅動引擎。DisplaySearch 預計 2016 年平板電腦所需觸控螢幕出貨量將高達 2.6 億片，比 2011 年上升 333%。
電腦
Gartner 分析師指出，筆記本電腦在過去五年里是個人電腦市場的增長引擎，平均年增幅接近 40%。基於筆記本電腦需求減弱的預期，Gartner 預測，2011 年全球個人電腦出貨量將達到 3.878 億台，2012 年將為 4.406 億台，比 2011 年增長 13.6%。CEA 表示，2011 年，包括平板電腦在內的可移動電腦的銷售額將達到 2,200 億美元，桌上型電腦的銷售額將達到 960 億美元，使個人電腦的總銷售額達到 3,160 億美元。
iPad 2 於 2011 年 3 月 3 日正式發布，在 PCB 製程環節將採用 4 階 Any Layer HDI。蘋果 iPhone 4 和 iPad 2 採用的 Any Layer HDI 將引發行業熱潮，預計未來 Any Layer HDI 將在越來越多的高端手機、平板電腦中得到套用。
電子書
根據 DIGITIMES Research 預測，全球電子書出貨量有望在 2013 年達到 2,800 萬台，2008 年至 2013 年複合年增長率將為 386%。分析指出，到 2013 年，全球電子書市場規模將達到 30 億美元。電子書用 PCB 板設計趨勢：一是要求層數增多；二是要求採用盲埋孔工藝；三是要求採用適合高頻信號的 PCB 基材。
數位相機
iSuppli 公司稱，隨著市場趨於飽和，2014 年數位相機產量將開始停滯不前。預計 2014 年出貨量將下降 0.6% 至 1.354 億台，低端數位相機將遇到來自可拍照手機的強烈競爭。但該產業中的某些領域仍可實現增長，如混合型高清 (HD) 相機、未來的 3D 相機和數字單眼 (DSLR) 這種比較高檔的相機。數位相機的其它增長領域包括集成 GPS 和 Wi-Fi 等功能，提高其吸引力和日常使用潛力。促使軟板市場進一步提升，實際上任何輕薄短小的電子產品對軟板的需求都很旺盛。
液晶電視
市場研究公司 DisplaySearch 預計，2011 年全球液晶電視出貨量將達到 2.15 億台，同比增長 13%。2011 年，由於製造商逐步更換液晶電視的背光源，LED 背光模組將逐漸成為主流，給 LED 散熱基板帶來的技術趨勢：一高散熱性，精密尺寸的散熱基板；二嚴苛的線路對位精確度，優質的金屬線路附著性；三使用黃光微影製作薄膜陶瓷散熱基板，以提高 LED 高功率。
LED 照明
DIGITIMES Research 分析師指出應白熾燈於 2012 年禁產禁售的規範，2011 年 LED 燈泡出貨量將顯著成長，產值預估將高達約 80 億美元，再加上北美、日本、韓國等國家對於 LED 照明等綠色產品實施補貼政策，及賣場、商店及工場等有較高意願置換成為 LED 照明等因素驅動下，以產值而言全球 LED 照明市場滲透率有很大機會突破 10%。於 2011 年起飛的 LED 照明，必將帶動對鋁基板的大量需求。
未來趨勢
五大發展趨勢
· 大力發展高密度互連技術 (HDI) ─ HDI 集中體現當代 PCB 最先進技術，它給 PCB 帶來精細導線化、微小孔徑化。
· 具有強大生命力的組件埋嵌技術 ─ 組件埋嵌技術是 PCB 功能積體電路的巨大變革，PCB 廠商要在包括設計、設備、檢測、模擬在內的系統方面加大資源投入才能保持強大生命力。
· 符合國際標準的 PCB 材料 ─ 耐熱性高、高玻璃化轉變溫度 (Tg)、熱膨脹係數小、介質常數小。
· 光電 PCB 前景廣闊 ─ 它利用光路層和電路層傳輸信號，這種新技術關鍵是製造光路層 (光波導層)。是一種有機聚合物，利用平版影印、雷射燒蝕、反應離子蝕刻等方法來形成。
· 更新製造工藝、引入先進生產設備。
向無鹵化轉移
隨著全球環保意識的提高, 節能減排已成為國家和企業發展的當務之急。作為污染物高排放率的 PCB 企業，更應是節能減排工作的重要回響者和參與者。
· 在製造 PCB 預浸料胚時，發展微波技術來減少溶劑和能量的使用量
· 研發新型的樹脂系統，如基於水的環氧材料，減小溶劑的危害；從植物或微生物等可再生資源中提取樹脂，減少油基樹脂的使用
· 尋找可替代含鉛焊料的材料
· 研發新型、可重複使用的密封材料，來保證器件和封裝的可回收，保證可拆卸
廠商長線須投放資源以提升
· PCB 的精密度 ─ 減小 PCB 尺寸，寬度和空間軌道
· PCB 的耐用性 ─ 符合國際水平
· PCB 的高性能 ─ 降低阻抗和改善盲埋孔技術
· 先進生產設備 ─ 進囗日本、美國、台灣和歐洲的生產設備如自動電鍍線、鍍金線、機械和雷射打孔機，大型壓板機，自動光學檢測，雷射繪圖儀和線路測試設備等
· 人力資源素質 ─ 包括技術和管理人員
· 環保污染處理 ─ 符合保護環境和持續發展的要求
