02.中国印制电路行业技术现状与存在的问题

中国印制电路行业技术现状与存在的问题

陈长生

中国电子学会印制电路专委会主任

一、中国印制电路产业的现状

中国印制电路制造业经过

50

多年的发展，

从产业规模看，

已成为世界印制板生产大国

。

从

2006

年开始超过日本成为世界第一，

2008

年由于金融危机的影响中国印制板行业增幅由

以前年均增幅

25％急速下降为

1%-2%，2009

年有部分印制板企业由于订单不足开始缩减工

作班次，

有的关停并转。

2009

年中国印制板产值仍达

171

亿美元,居世界第一，

已占全球

PCB

产量近

33％，预计

2010

年印制板企业生产有所回升，整体增幅将达到

10%，其中多层印制

板产量预计至少上升

15%，达到

9900

万平方米，HDI（高密度互连印制板）和挠性印制板也

会大幅增加。由于价格的过度竞争，企业效益增幅不大。

目前印制板的制造厂商主要集中在珠江三角洲、长江三角洲和环渤海的大连天津等地，

随内地部分地区印制电路产业园的建立，

沿海部分印制板企业内迁，

内地印制板产值占比将

会增大。目前我国印制板制造企业已经超过

1200

家,其中包括：国营企业、民营个体企业、

股份制企业和外资企业。

除少数规模较大的印制板企业外，

大多数国营企业、

民营个体企业、

股份制企业规模较小，

但他们总体数量占中国

PCB

企业

90％，

而其产值只占

30％多，

其

PCB

产品水平大部分处于中低档，

只有少数生产高端产品，

已有部分有实力的企业在香港或国内

上市（10

多家）

。而其他

60％多的产值是由数量不足

10％的境外企业在中国境内生产创造

的。从厂地、厂房和设备看国内企业大体已与国际先进水平接轨，有不少还优于国外企业。

但生产管理水平、

技术档次、

经济效益和环保意识等与国外企业相比仍存在不小差距。

企业

研发投入少，科研人员缺乏，横向未能有效形成产学研为一体的产业发展格局。

中国

PCB

企业大多注重扩大自身的生产规模，企业原创性技术创新能力弱，技术的积累

不足以支撑技术创新的要求，

导致高水平产品产能不足，

低水平产品产能严重过剩，

部分企

业生产不饱满，

低技术层面的产品过度竞争，

竞相压价，

从而影响印制板行业有序良性发展。

目前国内印制板企业面临来自多方的压力。

原材料价格上涨，

设备投入增大，

加上国家相关

环保、税法、劳动合同法等陆续出台，PCB

企业抵御市场风险的能力下降。

其次国内印制

板行业还面临

PCB

产业链不完善，

相当一部分高端设备仪器、

精细电子化学品、

专用物料仍

是国外一些知名品牌的天下，给国内

PCB

企业的发展带来较大的成本压力。

二、印制电路制造技术中存在主要问题目前中国印制板制造技术中存在的主要问题表现在以下几方面：

1、

常规印制板制造可靠

性控制技术；2、新型印制板制造工艺技术；3、清洁生产技术；4、与印制板制造配套相关

标准、材料及设备。

1、常规印制板制造可靠性控制技术问题

印制板的主要功能是要实现自身电气互连与信号传输，还要保证与后续元器件良好焊接

性，

焊接后的印制板组装件能经受严酷的各种环境试验，

特别是高温焊接和高低温的温度冲

击试验等。

常规印制板可靠性失效的案例屡见不鲜，

保证印制板长期使用的可靠性至关重要

作用，影响印制板可靠性因素表现在以下方面：

1）印制板镀铜层的厚度不均匀性问题

其中包括

板面电镀均匀性和金属化孔镀层厚度均匀性。

随印制板线宽线间距越来越小（0.075mm）

，由于受设备和工艺条件的限制印制板板面镀

铜厚度均匀问题成为制造难点之一，

目前国内大多印制板厂多采用垂直电镀的方式，

大板面

印制板的镀铜层厚度不均匀达到

0.010

㎜

以上。

它会造成细线条蚀刻困难，

在图形电镀过程

中为了保证印制板上最薄处的镀铜厚度达到

25um,板面上最厚处可能镀到

40um

以上，导致

镀铜层厚度超过膜厚产生压膜现象，

严重时出现镀层突沿，

造成线宽增加间距减小，

从而影

响电气性能。

同时镀铜层厚度不均匀会造成印制板导线厚度不均匀，在高速电路中，印制板中导线本

身又是信号传输线对其特性阻抗有匹配性要求，

导线上电镀铜层的厚度对导线本身的特性阻

抗值有明显影响（见图

1），所以电镀铜厚度均匀性对高速电路用印制板尤其重要。

图

1

导线铜层厚度与特性阻抗对应关系图

如何提高印制板金属化孔镀铜层厚度均匀性是长期困扰印制板工程师的难题，印制板金

属化孔失效是印制板常见质量缺陷之一。目前航天系统对高可靠印制板要求对板上的Φ

0.5mm

以下导通孔全部进行微孔电阻检测。印制板上金属化导通孔可以是通孔，也可以设计是盲孔或埋孔，而且孔径大小不一，位置各异。随设计密度的提高孔径越来越小，板厚与孔

径比越来越大，

给孔金属化难度加大。

通常印制板板厚孔径比超过

6

:

1

时会出现孔口处镀铜

层厚而孔中心处镀铜层薄现象。

解决上述问题需要根据不同情况综合处理如电镀槽、阴阳极距离大小、电镀电源、印制

板夹持方式等硬件条件和电镀药水成分配比、添加剂种类、溶液搅拌方式等方面进行改善。

例如水平电镀时，

工件在镀液中水平放置并随传送装置传送，

镀液通过泵加压后经喷嘴垂直

喷出促使其在板面和孔内流动并在孔内形成涡流，

加快了孔内镀液的交换，

减小了板面与孔

内的电流密度差别。

使用该电镀系统并配合脉冲电镀微孔的效果非常好，

但其成本较高，

目

前很多中小企业无力采购。其对厚板效果也不明显。

为了改善镀层的质量，

人们在印制电路电镀铜时引入超声波技术。

超声波的主要作用有：

（1）超声波产生的强大冲击波能渗透到电极表面和空隙，达到彻底清洗的作用；

（2）超声

波产生的“空化”作用，加快了氢的析出；

（3）超声波的空化作用产生的微射流强化对溶液

的搅拌，加快了传质过程，降低了浓差极化，增加了极限电流密度，优化了操作条件。

随印制板制造难度加大，传统的电镀铜技术难以满足生产的要求。需要国内电镀工作者

加大对印制板电镀铜设备、电镀配方及工艺的研究。

2）镀铜层机械性能问题

随印制板高密度化精细化和刚挠结合板大量采用以及无铅焊接工艺普及对电镀铜层机械

性能的要求越来越高，

由于印制导线越来越细，

如其抗拉强度低在后续焊接或各种环境试验

中易出现印制导线断裂；

印制板金属化孔也经常出现由于镀铜层延伸率低出现微裂纹，

特别

是刚挠结合板中间采用丙烯酸膜其

Z

向热膨胀系数大对其金属化孔电镀铜层冲击大易产生

金属化孔失效。

同时无铅焊接被广泛采用，其要求有更高焊接温度和较长焊接时间以及快速冷却速度，

要求导通孔的铜镀层不仅有更好的延伸率，

而且与孔壁基材应有良好的结合力。

以防止印制

板层间互连失效。高可靠性产品需要进行互连应力测试超过

10%互联电阻变化率产品不合

格。

PCB

板的

X、Y

方向受玻璃布影响，CTE

较小，约在

12-15ppm/℃左右，但在

Z

向将扩大

至

55-60ppm/℃,在采用

TMA

测量时，板材

Tg

以内的热膨胀系数(α1-CTE

目前上限为

60ppm/℃)。而

Tg

以上的

CTE(为α2-CTE,上限为

300ppm/℃),其中α2-CTE

更受重视，由于

铜的

CTE

为

16-18ppm/℃,与α2-CTE

差距过大，容易造成金属化孔孔壁镀层断裂。

孔化的前处理应保证化铜与孔壁结合力良好。电镀铜的延伸率应在

12%以上，以减少热冲击对孔壁镀铜层的影响。

3）CAF

效应问题

随印制板布线密度的增加和孔密度提高，

CAF

效应有明显增加趋势，

CAF

效应发生主要与

基板材料多层压制工艺、

钻孔工艺、

蚀刻工艺和印制板清洗储存工艺等都有密切联系，

需要

印制板制造企业加强印制板生产过程控制严防

CAF

效应的发生。

4）

、印制板可制造性设计（DFM）问题

DFM

问题早在

90

年代就已经被整机制造商所认识，但到目前仍然解决的不理想，其中主

要问题是产品设计和工艺设计之间的相互隔阂，

以及缺少全才型跨领域人才。

解决问题需要

产品设计人员主动了解印制板生产工艺问题，

同时印制板工艺工程师也应该了解印制板在产

品中要实现的功能，

双方共同找出既能满足印制板功能要求同时又能规避印制板生产过程中

工艺缺陷的较为完善的工艺设计方案。

DFM

并不仅是工艺工程师从制造技术角度对印制板

设计提出限制条件，

更重要的是在满足产品功能的前提下提出合理的工艺解决方案，

这就需

要在设计与工艺之间达起一座桥梁，

把产品功能性需求和

DFM

要求有机结合起来，

从而把工

艺设计和产品设计融合起来，在产品设计中解决

DFM

问题，提高印制板和产品可靠性。

5）人才问题

印制板生产所涉及技术门类较多，

需要技术人员综合素质较高，

目前国内高校中极少有针对

印制板制造技术培养专门高级人才的科系和专业，

企业自身也很难有精力和能力进行较全面

的培养。企业很难得到所需要的人才，使技术的提升成为无源之水、无本之木。中国印制板

制造的市场份额已经是世界第一，但并没有改变以低端产品和代工为主的局面，在新工艺、

新材料、

新设备的研发仍依赖欧美和日本等国家和地区。

高端技能人才的匮乏已经并将继续

制约中国电子制造竞争力的提升。

2、新型印制板制造工艺技术问题

印制板是电子信息产业发展的重要支撑基础产品之一，从电子产品的发展趋势看，下一

代电子产品对

PCB

的要求突出表现在更加高密度化和精细化，

很多电子信息产品的更新换代

(如手机、数码相机)依靠印制电路制造技术的进步。

HDI

板、IC

封装基板、刚挠结合多层

印制板、埋置元件印制板、铝基印制板、光电结合印制板、特种基材印制板等是当前最具代

表性新型印制板发展方向。

制造

HDI

板的工艺技术较多，HDI

的结构也多种多样，典型结构是以刚性多层板为芯板，

在刚性芯板的上下两面再增加一个或多个微孔积层，目前国内印制板企业能批量生产

HDI

板的为数不多，主要制约因素有制造设备、工艺技术和生产过程环境工艺控制技术等。