2021年是继2020年全球新冠病毒（COVID-19）疫情蔓延后继续横行，然而全球经济逆行上升，出现了增长。在此大环境下，电子电路产业更是有两位数的增长，但在这可喜的数字背后是充满了艰辛不易，技术的进步是重要支撑力。在2021年中，以印制电路板（PCB）制造为中心的电子电路产业未见有惊人的里程碑式技术出现，而技术进步是不断的，以下仅凭个人之见整理一些这一年的技术热点。

　　1.1 PCB性能主要要求当今电子设备都进入互联网络数字化时代，电子产品追求高功能、低能耗且轻薄短小，特别是信号传输的高速高频化不断提升，这也不断提升PCB的性能要求。这些主要体现在以下几方面。1.1.1 强调信号完整性高频电路要维持信号完整性（SI）就得减少插入损耗。插入损耗是几种不同类型损耗的总和，包括导体损耗（来自金属导体）、介质损耗（来自基底材料）、辐射损耗（来自电路的辐射能量）和泄漏损耗（来自铜平面之间的能量泄漏）。影响PCB高频电路插入损耗的主要因素是导体损耗和介质损耗。高频电路的介质损耗主要决定于基材的介电常数（D

　　k）和介质损耗因子（Df），还有是绝缘介质层的厚度。导体损耗主要决定于导线宽度和导体铜表面的粗糙度，由于趋肤效应在粗糙的铜表面会产生更大的导体损耗。另外，电磁波的相位也是毫米波电路正常工作的一个关键电气参数，高的Dk和铜粗糙度会增加相位角，引起信号失真。

　　“趋肤效应”是信号衰减的一个重要因素。用二维场解算器测量证明，频率越高电流流过铜导体表面的深度越浅。如图1所示，传输线.66μm深的表层中，它们的中心部位成了电流空白区。导体铜的厚度对趋肤深度没有影响，而增加导线宽度会降低阻抗，频率越高和导线所示。

　　高速数据传输电路还得最大限度地减少电磁干扰和信号串扰，简单方法是增加线路间距，缩短路线，避免长的平行线GHz以上高频时，板面化学镀镍/金（ENIG）中镍会引起共振行为增加插入损耗，应避免使用镍；阻焊层也会影响高速信号完整性，阻焊层应厚薄一致。PCB设计时选用何种类型导通孔，如镀通孔、盲孔或埋孔不同结构，也会不同程度地影响到电气性能和信号完整性。

　　电子设备更高的配置密度和更快的传输速率带来更高发热量，有源和无源组件、机械连接器和散热元件所有这些都安装在PCB上，热管理是日益严峻的挑战。

　　热量如何从系统中散发/传递出去取决于环境条件。必须根据运行环境条件采取设计措施，以确保温度分布均匀和得到散发，有温度上升也在限值范围内。设计师应对整个系统的热传导、对流和辐射进行建模，可用精确的3D热解算器及一套集成的工具和流程，进行系统级热分析获得有效的热解决方案。

　　PCB的热管理设计，除了元件布局外，考虑到导体的截面积和载流量，可以使导体尽量宽厚，有条件时有意增加散热导体。为帮助散热，采用导热孔已是常识。进一步的PCB设计是釆用高耐热与导热性基材，采用含金属基底板或金属芯板的基板，采用埋置或嵌入金属块结构等。

　　PCB的热管理设计还得考虑装配过程，需要精确控制焊接温度和时间，这需要根据PCB基材和尺寸、厚度及焊料特性、组件类型设定焊接参数，避免PCB和元件受到热冲击受损，确保电子电路的安全可靠。

　　电子设备小型化势必是PCB和元器件小型化。元器件尺寸趋于微小化，如贴片式元器件（SMD）尺寸常规最小的是01005规格（0.4mm×0.2mm），现在又有008004规格（0.25mm×0.125mm），这相当于贴装占有面积比率减小了大约1/2，PCB的布线倍。电子设备给予PCB的空间缩小，而PCB的功能不减反增，PCB的发展是线更细、孔更小、层数更多、层间更薄。

　　高密度互连（HDI）板已从1阶或2阶积层互连提高到3阶或4阶积层及任意层积层互连。HDI板的线宽/线距和导通孔细小化接近于IC封装载板，称为类载板（SLP）。现有IPC标准工作组又提出超高密度互连（UHDI）新概念。UHDI板的导线μm、层间介质厚度小于50μm、微导通孔直径小于75μm，性能超过现有IPC 2226的HDI板C级；UHDI结构是趋同类载板（SLP）和IC封装载板，实现线μm，生产技术从减成法、改进半加成法（mSAP）转变为半加成法（SAP）。

　　元器件尺寸微小化， I /O节距0.8mm已成熟，节距0.4mm或更小的也已出现。在这寸土如金的PCB表面为了能安装更多元器件，PCB设计采取导通孔上覆盖连接盘（Pad on Via），或者称连接盘下设置导通孔（Via in Pad），这种PCB上导通孔进行电镀铜填孔或导电膏塞孔构成连接盘，现在也普遍采用。

　　现在的PCB设计不仅是达到电气与机械基本功能，而且要求卓越。卓越设计（DFX：Designfor Excellence）体现于许多方面，是从电子电路全局考虑的设计。PCB设计要做到卓越完美确非易事，首先要做到的是可解性设计（DFS：Designfor Solvability）、性能设计（DFP：Design for Performance）、可制造性设计（DFM：Design for Manufacturing）。DFS是设计师确定电路板的结构尺寸，解决X、Y和Z的布局、布线；DFP是设

　　计师确保电路板的电气、机械性能，尤其要满足所有SI、EMI和热性能指标；

　　当前若没有电子自动化设计（EAD）系统和计算机辅助设计（CAD）系统，PCB设计是无法完成的。CAD系统又按电气与机械分为ECAD和MCAD。在国际上有多家PCB设计专业公司不断推出新的PCB设计软件。

　　高级的PCB设计软件功能：直观地布局和布线；高速与高密度电路可实现准确的传播延迟控制和阻抗显示；ECAD工具能测定电气参数，自动布设线路轨迹及调整长度；MCAD工具能在3D环境中确定PCB结构尺寸，确认3D元件位置和装配外壳间距等，包括挠性板、刚挠结合板的机械方面要求。针对通讯、计算机或汽车产品的特殊性又有专用PCB设计软件，为客户提供3D范围的电气、电磁、电源和热、机械等全方位的系统分析，具有高效、高速解决方案；并实行全自动设计规则检查（DRC），从而大大缩短设计时间，正确完成PCB设计。对于高速电路需要采用设计软件工具以模拟仿真来分析验证设计效果。如启动信号完整性核准，经评估权衡提供正确的参数值，减少串扰、阻抗、延迟、耦合和时序约束等问题以减少失真。通过软件对所有设计系统进行精确建模分析，包括电分析和热分析结合起来。

　　PCB设计工具（硬件与软件）在不断推陈出新，可惜少见国产PCB设计软件问世！1.2.2 可制造性设计DFM目的是设计的PCB符合制造条件与能力，也兼带考虑装配、测试、成本（DFA、DFT、DFC）等因素。鉴于当前PCB新产品不断涌现，对设计工作中DFM更加重视。

　　首先，确保设计成功应遵循一些准则，如多层板选择偶数层，Z轴中心上下各层应平衡对称减少整板翘曲，外层电路两面导体分布尽可能均匀平衡，线路与连接盘转接使用圆角。RF多层板选择基材混压时兼顾电气性能、可靠性和成本。需阻抗控制的传输线设计应考虑到相应的制造误差，阻抗的允许误差放宽些；设置附连测试板供 一些重要性能检测和跟踪追溯。挠性电路板和刚挠结合板设计和制造具有特殊性，DFM方面也有特殊规则。

　　PCB设计师要了解影响PCB成本的因素。现在基材供应商以及规格型号众多，应选择合适的而不是性能最高的。拼版是影响PCB成本的重要因素，如何将一个或多个PCB单元放置在同一块在制板上，实现最大的材料利用率也是设计师需考虑的。拼版设计除了考虑PCB制造过程中辅助区域外，还有PCB装配的定位、测试和分板等需要。

　　设计师可以在产品开发过程中利用软件工具及时进行DFM分析，可以根据潜在制造商的能力，快速确定设计要求是否符合制造条件。如检测到导线最小间距和间距平行长度问题，导通孔残桩及外层不需要的导体等。DFM报告能给出PCB的一般信息，以及设计错误派生的统计信息，显示分析结果。

　　并且PCB设计全过程要具有DFM意识，使 PCB设计规则与制造和装配的能力保持一致。

　　设计全过程DFM是一种高价值的战略体现，在设计期间及时发现和纠正问题，使后续整个电子电路生产顺利进行节省了时间与成本。

　　随着PCB技术进步和PCB设计复杂化，PCB设计数据格式在演变发展，并且也在向智能化发展。目前行业内主要有Gerber、ODB++和IPC-2581三种数据格式分别被用于PCB生产，各自都有热情的支持者。

　　大多数PCB设计仍然以Gerber格式输出，它已有60年历史。它最初是一种用于光电绘图仪的纯图像格式，经过多次扩展Gerber变成了一种简单明了的CAD至CAM数据传输格式。Gerber X2在Gerber文件中添加了额外的信息，又有Gerber X3添加了组件信息。Gerber作业文件是包含表面涂饰、材料规格尺寸、产品性能等的独立文件。在当前状态下，Gerber格式是完整的，它包含了制造所需的一切。ODB++起源于1995年，在业界已经有26年了。以前ODB++是一种单一设计格式，现在ODB++形成了系列，分解为ODB++设计、ODB++过程和 ODB++制造。ODB++设计是用于传递PCB从设计到制造的完整产品模型的格式；ODB++过程是提供从CAM系统获取数据驱动SMT设备进行PCB组装的通用通讯格式；ODB++制造是有一个通用的标准进行从各种自动化机器和手动过程中收集和聚合数据。ODB++家族在扩展，每年都在获得新用户，在智能格式中仅次于Gerber，位居第二。

　　CAD系统数据转换尽管已经有Gerber，ODB格式相当普遍，IPC为了有自己认可的标准格式，从2011年开始制订IPC-2581标准，到2020年底发布C版了。IPC-2581格式添加越来越多智能数据的能力，创建了外形、钻孔和表面涂层和BOM表信息，包含了刚挠电路的完整构建意图，以及可以添加更多特定的数据。它还集成了IPC的连接工厂设备数据交换（CFX）格式，基于IPC-2581中的数据引入了一种标准格式，可用于制造商和设 计中心之间的通信。

　　上述三种从CAD到CAM之间传输数据格式各有优势和欠缺，用户用什么工具和格式最适合由自己选择。总之，这些数据格式都能实现PCB的CAD与CAM系统衔接，进行自动化文档编制，快速生成全面的电子图纸，阐明PCB制造要义，成为一份电子文档指示PCB制造、组装和检查过程。

　　1.4 设计与制造间的合作传统的PCB制造企业是接单生产、按图加工。如今PCB制造商是提供解决方案、一站式服务。复杂的PCB若仍“按图加工”可能无法满足设计师的原有构思功效，其原因在于PCB设计师不知道PCB制造工艺能力，在于PCB制造工程师不明白PCB性能要点，两者的脱节会产生“误解” 与“失误”。因此完全有必要将PCB设计师和制造工程师整合到同一前端工程团队中，成为密切合作伙伴关系。设计师和制造工程师双方各有不同的技术知识，开放沟通对设计目标的理解，能使设计的产品符合最大利益, 包括优化功能、降低材料与制造成本，防止错误减少浪费，达到最快上市时间。PCB设计和制造之间合作的做法是在设计PCB之前，与制造商建立业务关系；让设计团队与制造技术的所有成员都参与进来；设计与制造关联的专业技术资源交流共享；全过程经常沟通，融洽和简化设计流程，一旦完成PCB设计就可快速投入制造。

　　例如PCB制造工程师要让设计师了解PCB的工艺与技术能力，如减成法与半加成法工艺的区别，产品不同的结构和工艺路线会带来不同的制造能力和生产成本，以及有关板厚孔径比、孔径与连接盘环宽、线路蚀刻精度、导通孔填充、阻抗控制等因素；PCB设计师要介绍该PCB的关键尺寸和性能参数，把控的重点，而不是简单地说按行业标准2级或3级要求就完事。双方经过沟通协商，一些超出常规标准的设计或制造难题是完全可以解决的。

　　尤其是一些新产品和特种PCB的设计与制造更需要合作。如有些特种PCB对高频基材混压的选择，采用埋嵌铜块或金属基板的散热方式的选择，以及刚挠结合的互联结构的选择等，这一切都需要PCB的设计者与制造者的合作。

　　PCB设计是丰富多彩世界，完美的PCB设计应是科学与艺术的结合。科学是根基，确保必须有功能；艺术是充分发挥想象力，使产品更趋完美；设计者与制造者的合作更能发挥科学与艺术的结合。技术在发展，知识需要不断扩充，双方的互学互帮、互助互利应持续不断。

　　不利的客观环境首先是原材料涨价，PCB主要原材料覆铜板、铜箔和半固化片多次涨价，这是最直接的因素，其他化工材料也在涨价。还有是人工成本、运输费用、水电费用等都在上涨。反之，PCB售价因客户拒绝涨价而不能提价，或者提价幅度远小于原材料上涨幅度，这就造成了PCB企业利润率下降、经营困难。当然，行业内也有产量、利润同步双增长的PCB企业，分析其原因在于PCB产品技术含量高、竞争性少、做到高售价高利率。

　　涨价是社会现象，从生产资料到生活用品都在涨价，谁不涨价恐怕就难以为继。至于PCB难以涨价，我认为可从市场常识“物以稀为贵”及反之“物以泛为贱”这句话就可以去解释了。

　　另外，由于国际上贸易争端，加上新冠疫情存在，这些不确定因素造成供应链不畅、订单风 险、汇率波动等经营方面的不利。

　　PCB制造企业即使经营艰难，而各企业决不 “束手待毙”，仍在“披荆斩棘”前进！在技术 上虽然没有大改革，而点点滴滴的技术改进为增产增效做出了贡献。

　　降低印制板成本的几个方面，首先是基板材料的选择，设计师在选定PCB基材时不要把所用基材规格型号定得过细过死，允许采用同类等效基材，这可避免制造商为采购基材而成本过高或影响交货期。高速、高频和高热需求的推动下，标准FR-4层压板不再适用，使用高端原材料不可避免地会更加昂贵，釆用合理的基材混压结构是节省基材成本的好方法，混压结构形式又有多种，可做更佳选择。

　　线宽/线距的细线路，为保证蚀刻控制良好，需要较薄的铜厚度和全板铜厚均匀。当铜厚度保持在不大于20μm，并且整批板铜的厚度均匀，以及使用适当的抗蚀剂，则蚀刻可以达到2

　　PCB表面涂饰有许多种类可供选择，所有涂饰层都有优点，也有一定的局限性。若装配合适则选用OSP、HASL或ImAg、ImSn，它们的成本较低；ENIG、ENEPIG等因金属材料涨价而成本更高。另外，面对PTH等化学品涨价，可设法采用效率高成本低的直接金属化孔电镀，减少化学品用量和工艺步骤。

　　2.3 向精益管理要效益面对成本上升、经营困难，更需要重视科学管理，管理中蕴含技术，实施向管理要效益。市场竞争制胜的立足点是满足客户要求，客户关心的重点为产品质量和交货期。因此首先是抓质量，减少缺陷和提高产品合格率，这是最直接的见效方式。PCB制造技术变得越来越复杂，提高质量重要的是过程控制，开展过程控制的重要工具是统计技术（SPC）。如在生产实践中，钻孔不佳孔壁非常粗糙，必须控制钻头的钻孔数；电镀过程需测定镀液中有机添加剂含量，应设置自动分析和补充添加系统，并配置恰当的溶液过滤、搅拌装置；水清洗要考虑水质、水量和水温，这与清洗效果大有关系。通常工厂会把SPC图表贴在墙上以示在监控生产过程，但如果没有如实记录或执行，那就仅是骗人的摆设。

　　做好质量控制需要有解决技术问题的团队，掌握解决问题的思维技能和工具，包括把握6西格玛和PDCA规则，应用SPC统计过程控制技术。经过培训使技术人员们掌握帕累托图、直方图、鱼骨图、散点图、过程能力指数、控制图和检查表，及DOE实验设计电子元件电路新闻动态、FMEA失效模式分析等技能，把这些工具深入应用就会取得质量控制成效。制造作业优化是一个广泛的课题，需要技术和业务管理结合。现在PCB生产越来越依赖设备电子元件电路新闻动态，当然新设备有其优势，但老设备并非无能为力，培训操作员能够了解每台机器的所有特性发挥最佳作用，加强维护和改进仍然可以制造优质产品而体现价值。PCB生产工艺方法通常是通用性的，具有较宽的操作范围，可以优化条件而降低物耗。还有根据产品的等级和复杂性不同，可设定个性化的工艺流程，在技术支撑下勇于走捷径。以个性化的工艺生产个性化的产品，当然也要配以个性化管理，定会有显著的品质和效益。

　　开展提高产量和减少废品的标杆管理对于生产产量和质量的提升有积极作用。在一个集团企业中各个工厂之间有很多类同工序可测定作业基准，进行比较竞赛；在同一工厂内有不同工序区域与班组，可树立管理标杆进行比较竞赛；在同行业内了解竞争对手的质量、成本、交货期情况，可以取长补短、设定目标改善自身管理水平。同时，与合作伙伴及供应商之间交换信息，确定改进计划。把标杆管理视作为一项措施，可以实现技术、质量和产量的进步。

　　由于PCB复杂性，从原材料准备到产品交付流程多、周期长。有些企业现在正以数字化推动精益制造，工厂建立制造运营管理（MOM）的信息系统实现数字化管理控制，有各种可用的制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）软件解决方案。新一代管理平台帮助企业合理调配资源和控制时间进度，达到缩短生产与交货时间。进一步的是全数字制造解决方案，从原材料到成品的每个生产阶段提供详细、完整和准确的实时数据，数据将允许机器、生产线和软件以交互方式进行改进，可以立即解决问题并最大限度地提高机器利用率、产量和质量，其结果也可提供追溯性报告。

　　数字化与自动化融合，能从AGV传送系统到机器人操作，使机器能够在无人环境中运行，向智能工厂和工业4.0迈进。

　　高密度化是PCB技术永恒的主题，线路图形继续向精细化发展。为摆脱减成法（铜箔刻蚀）制作线路图形的局限性，PCB制造技术正在向半加成法、加成法发展。

　　在半加成法（SAP）技术中，目前衍生的有改进型半加成法（mSAP），是通过减薄铜层进行快速蚀刻形成线路图形，该技术已成熟，代替减成法在HDI板制造中大量应用。现在又有由Averatek公司开发的A-SAP™技术, 用于精细线路PCB制造。

　　A-SAP的优点最明显的可以得到25μm以下的细线层板的设计，可以重新设计为4层板，它大大简化了结构和制造成本；形成的线条侧面是直的，不是梯形的，有利于传输线阻抗控制和改善信号完整性。现在正在做大量的建模和分析帮助PCB设计师对A-SAP技术理解，以便更好地实现A-SAP工艺应用。A-SAP技术满足了当今对超高密度、高性能PCB、封装载板和内插板的需求。

　　美国印制电路工程协会（PCEA）最近介绍有关PCB细线所示，PCB最小线宽/线μm ，采用mSAP工艺25μm，A-SAP可获得小于15μm，下一代可获得小于5μm。同时PCB的导通孔无论采取树脂塞孔或镀铜填孔，增加表面布线面积，都能提高可靠性和改善互连电性能。

　　3D喷墨打印PCB是典型的加成法，其优势在设计灵活性，缩短工艺链、减少材料消耗，并有助IC封装微型化。在PCB制造中有用催化介质基板化学镀铜，或直接打印导电油墨的不同方法，对于超精细线条图案有一种喷墨打印机能够达到1μm的分辨率。目前喷墨打印加成法工艺制造宽25μm的导线μm宽的线μm的厚度，线D打印技术将改变PCB业务，不久将看到真正的三维电路板。

　　采用喷墨打印制作阻焊图形和文字标记图形已经实用，并且更趋完全。新的喷墨打印装置打印头有多个喷嘴，附有紫外线固化，打印出皮升级微滴，微米级分辨率；有形成50μm（2 mil）线条，打印装置附有加热、墨水循环和定位补偿机构的设计，使得打印图形完美。从一个CAM站直接到喷墨系统，减少了大量的过程成本。

　　喷墨打印初期设备与油墨成本较高，随着大量使用显现出降低成本、绿色生产的优势。如有一种四头喷墨打印机，2个头白色字符，2 个头绿色阻焊kaiyun全站人口，三个CCD相机实施快速校准定位，面板不需换位，所覆盖的打印基板面积可以580mm×430mm。做到极其精确的打印，仅在需要的线路区域上掩盖阻焊，并且减少了阻焊剂用量（厚7μm）；在喷印字符时兼带条形码标签，减少了添加追溯条形码标签的成本。该过程消除了曝光、显影等传统的LPI阻焊加工工序。

　　有公司釆用DragonFly喷墨打印机，有两个喷墨打印头，同时沉积导体和绝缘体于基板，形成导电层和介质层，并兼有导通孔，也可以完成阻 焊层和标记文字图形。该设备可生产高达50层的复杂多层PCB，数字化制造数据以Gerber输入。这种加成制造电子（AME）技术特别适合于制造射频天线和放大器，并且能够在三维空间完成复杂的三维天线 产品技术向更高端迈进

　　尽管整个经济因新冠病毒疫情受到限制，电子信息产业仍然生气蓬勃，5G通讯、人工智能、新能源汽车和车载系统都需要高速高频PCB；同时需要PCB高密度小型化，特别是在移动终端和可穿戴电子装置。PCB制造企业都在为迎合新市场开发新技术。

　　、低Df、低CTE、低CAF、高耐热等特性的基材不断开发推出，但未有止境，因为通讯速度、频率在不断升高。如300MHz以上就称高频了，5G基站用PCB的高频是几GHz与二十几GHz，汽车雷达毫米波用高频在77GHz以上，有的在100GHz以上了。因此“高频基材”是有不同档次的，Dk和Df值有高、中、低区别外，Dk和Df值还有低、甚低、超低之区分。高速高频PCB技术除了基材因素外，制造过程同样重要。多层板的介质层厚度、导体厚度与粗糙度、导线精度都要严格控制。有一种采用半导体技术制造的小型玻璃基材PCB，应用高频140GHz，要求导线截面趋于矩形，导线μm。有以军事、航空航天和医疗市场客户为目标的PCB公司，将生产PCB线 mil）的技术能力为目标，配置机器、人员、材料、工艺等。其中购买了LDI曝光机和定制了显影、蚀刻和去膜系统，实现20μm精细线条。

　　高频PCB应用面广、需求量大，现在的智能 手表也有射频雷达单元PCB。PCB超薄化也是一种快速发展的技术，利用非常薄的黏结片生产多层板，如手机内的超薄多层板8层厚度在0.5mm以下。另外有快速发展的技术是在PCB内部埋置更多的元件，以及厚铜和埋嵌铜块PCB。当今高速度传输系统的需求又在开发光电电路，光子学在更高速率的数据传输方面发挥作用，光电PCB纳 入下一个微电子组装中。近来，IC封装载板是PCB的一个热门领域。由于一切都在变得越来越小，芯片的I/O密度更高，于是在进行微电子组装中有了一个新的参与者内插板（Interposer），其用于芯片模块与载板之间承担不同节距路径间连接。采用内插板这个平台，IC缩小尺寸同时保持功能，实现更小的封装，如图3所示的3D-IC封装可容纳多个异构芯片。内插板是比现有IC封装载板更高密度的PCB，超细线µm。

　　PCB设计表面看仍是外形尺寸和孔线布设，而其内在是看不见的电与热等性能要求，PCB设计将决定整个电子电路系统功能。重视设计、重视设计软件工具、重视设计与制造的结合，这是电子电路技术的热点之一。

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