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1对未来覆铜板技术发展趋势的探讨（上）中国电子材料行业协会经济技术管理部祝大同摘要：电子安装、印制电路板、覆铜板的高性价比是驱动世界覆铜板技术发展的三个重要驱动力。本文从此三方面加以阐述、分析，探讨未来世界覆铜板技术的发展趋势。关键词：覆铜板、印制电路板、电子安装、技术发展作为目前印制电路板（PCB）制造的重要原材料——覆铜板（CCL），已经走过了六十多年的发展历程。CCL技术的进步，给予这个产业发展不断地注入了新活力，甚至对这个产业的结构、市场的变化都不断带来巨大的影响。当前世界正兴起一项很时兴的、前沿探索性的工作——“技术预见”(TechnologyForesight)。它已经成为把握一类工业经济产业的技术发展趋势和选择优先科学技术发展领域的重要支撑平台。它是追求技术创新、产品结构升级的CCL生产厂家“塑造”或“创造”本企业未来的有力武器。本文以CCL产业的“技术预见”为主题，从驱动CCL技术发展的三个方面（电子安装、印制电路板、覆铜板的高性价比），讨论未来CCL技术的发展趋势。1.电子安装技术发展对覆铜板技术进步的驱动1.1两次深刻的电子安装技术革命近四十年来，世界电子安装技术由于追求实现安装的高密度化，而引发了两次深刻的安装技术革命。1968年美国GE公司首创了表面安装元件（SurfaceMountedDevices，SMD）。1975年世界上四边引线扁平封装（QuadFlatPackage，QFP）问世。这类表面安装元器件的工业化生产，很快地推动了新一代的表面安装技术的普及。在安装技术上，针对安装效率及受到局限的插孔安装，引发了安装技术的革命，迈入了一般表面安装技术（（SurfaceMountTechnology，SMT）发展的新阶段。它取代了原来占为主导安装形式的、约经历20年发展历史的插孔安装技术（ThroughHoleMountTechnology），成为了那个时期（20世纪80年代末期至20世纪90年代中期）的主流电子安装技术。1989年，摩托罗拉公司和西铁成公司共同在世界上率先开发成功塑料封装技术。促进了球栅阵列封装（BallGridArray，BGA）的发展与应用。1991年，世界出现了最早开发出的有机封装基板作为承载体的PBGA（PlasticBallGridArray，PBGA，塑料球栅阵列）。它开始用在无线电收发报机、微机、ROM和SRAM之中。1993年PBGA投放市场并且得到迅速的应用。随着这种以BGA／CSP为主的球栅阵列封装的发展，应运而生了在电2子安装技术上的第二次革命——高密度互连表面安装技术的革命。电子安装技术的进步总是通过半导体封装的结构形式、引线的形态（包括接合方式、引线数量、引线间距等）、电子安装中PCB承载连接的方式等来体现。有一代IC就会有一代IC封装技术，就会随之出现一代与它相适应的封装基板及搭载、连接安装的印制电路及其基板材料的新技术。电子安装技术的两次革命，不但使电子整机产品在安装设计和制造技术方面向着更加轻薄短小、多功能化方面快速迈进，也使作为电子整机产品骨架和电子线路互连、载体的印制电路板，在图形设计、层数、布线密度、幅面大小、导通孔结构、绝缘层特性以及制造工艺技术等方面，产生了极为深刻的变化。1.2一般表面安装技术对PCB及其基板材料技术进步的驱动20世纪80年代末大规模发展起来的电子安装史上第一次革命——一般表面安装（又称表面贴装）技术，是以解决安装中高密度化为核心开展的。因此表面安装在解决高密度化问题上是利用板面上焊垫（又称为连接盘），附着锡膏与“暂贴”元器件引脚之后，再经热风或红外线的高温熔融焊接（通称为再流焊或回流焊，ReflowSoldering）成为连接焊点（引脚数小的小元件还可采用点胶定位），以代替元器件引脚全部插入到全贯通导通孔中，利用波峰焊完成连接焊点的插孔安装方式。由于在表面安装中，表面安装的元件引脚（或球焊点）与基板，是通过连接盘相互连接。这种连接与插孔安装的连接方式相比，不但元器件引脚的节距、引线（或球焊点）的直径可以大大地缩小。而且可大大节省了PCB的空间（原先这些空间是被插孔用全贯通孔所占用），使得布线密度有很大的提高。一般表面安装技术的问世，向PCB基板材料首次提出了适应高密度化的问题。为了适应一般表面安装对PCB基板材料的性能需求，在那个时期的世界覆铜板业界在表面安装用覆铜板制造技术上有了明显的进步。它主要表现在覆铜板在耐热性（高Tg）、平整度、尺寸稳定性等性能上的提高。1.3高密度表面安装技术对PCB及其基板材料技术进步的驱动20世纪90年代中期又兴起了以采用BGA、CSP等新型半导体封装器件为典型代表的高密度互连表面安装。它是在一般表面安装基础上的一次电子安装技术飞跃，它使PCB在设计、制造、结构上有了全新的进步。高密度互连安装技术的发展，推进了PCB生产技术全面地走向微小通孔、微细线路、薄型化。它要求PCB在信号高速传输，电磁兼容、安装可靠性等方面有新的变革；它推动了PCB的微小导通孔制造技术（如：激光钻孔、等离子蚀孔等）的进步，创造出多种多样的微孔化的埋孔、盲孔、叠加孔；它带动了化学镀和脉冲镀技术、超薄及低轮廓度铜箔、超薄抗蚀剂、平行光（或准平光）曝光、激光直接成像等技术的发展，以达到微细线路的要求。高密度表面安装技术对PCB基板材料技术进步的驱动，主要表现在以下几方面：（1）高密度互连安装技术的创立与发展，使原IC封装基板所用的陶瓷基PCB已经很难适应（如微孔制作、做更多层的线路、大面积PCB等）。于是产生了新一代的封装基板，即有机树脂类封装基板（包括有机树脂-玻纤布基封装基板、以COF为典型代表的聚酰亚胺薄膜基挠性封装基板等）。有机树脂类封装基板问世不仅给有机树脂基材类PCB开辟了一个巨大的新市场，而且更深层次意义在于，为PCB在设计、制造中与半导体技术融合成为一3个系统开创了先河。由此，在1999年日本印制电路工业协会（JPCA）将沿袭采用了几十年的“印制电路板”改称为“电子电路基板”。这一称谓的改变意味着，由于有机封装基板的问世，PCB产业已迈入了直接参与半导体制造的、高密度互连的新时代。2010年JPCA的电子电路产业结构改革委员会成立，他们力图将这个产业现称的“电子电路基板”，在近期再改为“电子电路”的称谓。它预示着这个产业将在“大电子”发展中更大地发挥其重要作用。图1表达了在日本PCB产业三次称谓演变的概念。图1日本PCB产业三次称谓演变的概念有机树脂类IC封装基板在半导体封装制造中的应用，标志着一大类与半导体制造技术更融合为“系统一体化”的PCB产品的出现。到目前为，这些工业化的、有代表性的PCB品种有：有机树脂类封装基板、有机树脂类挠性封装基板（COF等）、内埋元器件多层板、高功率LED散热基板、光-电复合印制线路板等。它们相对应的基板材料也是近年CCL业前沿技术开发中的新成果。PCB及其基板材料制造技术与半导体技术构成系统一体化的安装技术的观念，对PCB及其基板材料新品开发思想的建立，带来十分重要的影响。在这一新观念指导下，近十几年来CCL技术出现了飞跃性进步。（2）高密度表面安装技术发展带动了具有高频特性（低Dk、低Df）、高耐热性（高Tg等）、低热膨胀系数（CTE）性、耐CAF性等基板材料制造技术的不断发展，以达到更高的基板可靠性。（3）高密度表面安装技术发展驱动封装基板的基板材料的薄型化进展，特别是在近几年表现得更为明显。由于近年来封装基板在高密度化发展中配线间距微细化已接近到极限，加之封装基板上安装的电子元器件数量在不断增加，也使得基板能够提供所需要的安装面积也成为一个有待解决的重要问题。在这样的背景下，近年新登场了适应上述要求的、新型三元立体IC封装的构造形式（SiP、PoP、CoC等）。由于这些新型三元立体IC封装的芯片或封装，为积层叠加的构造，因此为了降低整个封装的高度，对这种封装的基板材料的薄形化是很必要的。IC封装（特别是三元IC封装）用PCB基板材料的薄形化，已成为走在世界CCL技术发展前列的许多CCL企业当前开发的重要课题。攻克这项课题，他们需要解决一个共同面临的难题，即采用极薄玻纤布所制出的薄形基板材料，造成的刚性减弱，容易发生板翘曲的问题。随着此研发课题开发工作的深入开展，对整个覆铜板技术提升起着促进作用更为凸显。1.4绿色化电子安装技术发展对PCB基板材料技术进步的驱动4受到2006年7月起欧盟开始实施RoHS（RestrictionofHazardousSubstancesinelectricalandelectronicequipment）指令的驱动，国内外覆铜板业在2004年～2007年掀起了无铅兼容型CCL和无卤化型CCL研发、开拓市场的热潮。而在这几年内CCL技术发展变革速度也是表现突出迅速的时期。世界范围的CCL应对电子安装“无铅化”、“无卤化”的技术推进，几乎贯穿了整个过去的近十年中。无铅兼容性CCL和无卤化型CCL的产生与应用，驱动了整个CCL技术发生了深刻变化。这一技术进步其中主要表现在三个重要方面：更加追求CCL性能的均衡性（包括关键性能与加工性、特殊应用性、成本性等的均衡）；开启了CCL“多样化”发展的之门（更明确地对应不同应用领域、不同应用档次、不同应用特点，开发并提供多样化的树脂组成、结构、形式的CCL）；酚醛树脂等新型固化剂、无机填料在FR-4型覆铜板等产品中得到更加广泛的运用，其应用技术跃升为新型CCL开发的非常重要的手段。可以相信，今后随着终端电子产品及HDI多层板对高性能、高功能PCB基板材料性能要求的不断提高，在近十年中得到快速发展的这三大CCL技术（即实现均衡性技术、多样化CCL的开发技术、新型固化剂与无机填料应用技术），将会在未来多年中得到继续地延伸和扩展新的内涵。1.5未来电子安装技术发展的趋势及对PCB基板材料性能提出的新要求以携带型电子产品为典型代表的电子信息产品，它的小型化发展需求在第2阶层电子安装中，去实现封装基板的更加小型化。而IC封装基板实现其小型化在目前及今后多年中主要有两方面有效途径：其一，LSI（大规模集成电路）端子间距的窄小化，以达到封装基板尺寸的小型化；其二，IC实现高度集成化。如采用多个集成电路集成的SiP（System-in-Package）等三元立体的电子安装，以减少在一个整机电子产品用基板上所搭载的LSI封装的数量。1.5.1IC封装端子间距微细化及其对PCB基板材料的新要求表1了各种典型整机电子产品中采用LSI封装数量的统计及预测。由此表中统计、预测内容看出，半导体封装向着高度集成的方向发展，整机电子产品中采用的LSI封装数量在逐渐减少的趋势。表1同类别整机电子产品搭载LSI封装的数量预测单位：个电子产品类别2006年2010年2016年移动电话9-157-127-10DVC12-2510-205-15DSC4-104-64-6WW产品42-41-2计算机外设产品内存32-32-3HDD543-4数字电视（DTV）6-255-203-10大型游戏机（MMS）10-4015-3010-20笔记本计算机薄、轻型20-2517-2313-20普及低价格型25-3520-2816-265汽车导航仪minmax2025-3515205-1015-20发动机箱体外ECU产品minmax28210210发动机箱体内ECU产品minmax2-5152-320-30230移动电话是使用半导体封装数量较多的一类整机电子产品。目前在移动电话中普遍使用的F-BGA（Fine-PitchBallGridArray，微细间距球栅阵列），是一种很适宜终端电子产品实现小型化、高密度化的封装。它的外形厚度由2007年为0.9～1.4mm,发展到2010年时将达到0.8～1.2mm,预测2014年时达到0.5～0.8mm厚。对不同类别整机电子产品采用的F-BGA最小焊球间距参数的统计与预测，见表2所示。对移动电话用半导体封装接合凸点间距的微细化的未来变化、预测，见表3所示。移动电话所用F-BGA封装，目前已实现工业化生产出