供应商力推HDI PCB新技术,满足小型化电子产品制造需求

上网时间: 2004年02月29日? 作者:倪兆明? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:高密度互连PCB? 积层式多层印制板? PCB设计?

电子产品小型化和复杂化的趋势正在推动PCB组装技术也正在进入一个突破性的发展时期。根据PCB行业调研公司Prismark的统计,1999年HDI/BUM PCB(高密度互连/积层式多层印制板)产值为32.1亿美元,占整个PCB市场的9%,而到2004年,这个数值将上升至122.6亿美元,约占PCB市场的22.5%,年均增长率超过30%。VSPACE=12 HSPACE=12 Title="IPC负责技术标准和国际合作的副总裁David W. Bergman:我们在HDI标准上将加强和亚洲及中国厂商的合作">

以手机为代表的高性能小型电子产品对HDI/BUM PCB的设计、组装和测试都提出了新的挑战,而许多新的技术也应运而生。例如,在基板中直接制作无源器件(EP)和采用COB(Chip On Board)技术把芯片直接封装在基板上,等等。

电子产品小型化驱动HDI PCB技术加速发展

行业里通常把HDI PCB定义为导电层厚度小于1mil、绝缘层厚度小于3mil、线宽/线距不大于4mil/4mil、通孔直径不大于6mil、而I/O数大于300的电路板。HDI PCB是继PC工业推动的多层板以后,PCB和PCB组装工业新的发展潮流。美国电子电路和电子互连行业协会(IPC)在其2002~2003年的PCB工业发展路线图中指出,驱动PCB工业继续向前发展的产业、技术和产品包括:电子游戏、消费电子、手持式无线产品、主机和服务器的海量存储器、射频及微波电子、以及极端环境下的航空及汽车电子产品等。

IPC负责技术标准和国际合作的副总裁David W. Bergman介绍说:“所有这些领域的发展都离不开HDI的技术和制造,当然其中手持式无线产品对HDI PCB和微通孔技术的需求要领先与其它产品领域,不过到2008年,我们预计上述所有领域的产品都将采用HDI和微通孔制造技术。”

安必昂有限公司亚太区商务总监Peter Bayes认为,小型化是这个市场领域的主要驱动力,愈来愈多的制造商正在开发多功能性技术,同时将这些技术置于小型电路板中。他表示:“HDI PCB正是顺应这个趋势。只需看看可拍照手机和便携式摄像机市场,就能看到在同样体积里加入更多功能的例子。根据我们的设备目前的应用量来看,这种趋势正在快速发展,我们预期该领域将在2004年加速发展。”

西门子德马泰克PCB及基板技术部中国区经理刘咸瑞称,近两年来其HDI PCB专用的激光加工设备销售量猛增,特别是受中国手机制造业的推动,该市场发展速度超乎想象。“自从2002年摩托罗拉全面采用HDI板来制造手机以后,目前市场上90%的手机底板已经采用HDI PCB,今年发展明显加块,市场供不应求。”他介绍说。VSPACE=12 HSPACE=12 Title="奥地利奥特斯(AT&S中国)公司总经理Patrick Ma:像小灵通这样产品的大量推出将会使HDI需求更加强烈">

HDI PCB供应商与手机制造商协手应对设计挑战

诚如刘咸瑞所言,手机产业可能是目前拉动HDI市场的火车头,而中国的手机制造业更在其中扮演了重要的角色。包括台湾地区、日本、欧洲和美国的主要HDI PCB供应商都已经集结中国,而中国本地规模相对较小的HDI PCB供应商也不甘示弱。

奥地利奥特斯(AT&S中国)公司总经理Patrick Ma说:“中国制造商在HDI/BUM PCB上还是有很多机会,但也不可否认,随着台商和国外厂商的进入,他们正面临很大的竞争压力。对我们来说,中国市场,特别是手机市场为我们提供了一个机会。”该公司在上海的工厂刚刚投产一年,目前已取得了实际赢利。其客户包括诺基亚,西门子,摩托罗拉,伟创力以及中国普天信息产业集团公司等。

据了解,奥特斯的一号厂房在年中建成以后,有望达到每月400万片手机底板的出货量,“我相信还有几家在中国的供应商也有可能达到甚至超过这样的产能,本地HDI PCB总的供应情况大致能满足当前的需求,但市场对HDI的需求很可能变得更为强劲,尤其在中国,像小灵通这样的产品的大量推出将会使需求更加强烈。”Patrick Ma说。

不过,Patrick Ma已经开始担心过度竞争将导致HDI PCB产业利润下滑。他说:“如果你注意到激烈的竞争和制造能力的迅速扩张导致了传统PCB制造业(例如PC主板)的利润空间被过度压缩,那么我想现在应该是PCB业界和相关的供应商需要共同协调产能,防止HDI过度、过快扩张的时候了。”

此外,针对手机设计的小型化给HDI PCB供应商提出的挑战,Patrick Ma的观点可能代表了一种普遍现象。他说:“(手机)系统设计厂商和OEM总是不断要求在更小的电路板空间内‘挤’进更多的功能。对于那些实力强大的OEM来说,这种要求可以通过设计和制造集成度更高的芯片组来实现,但对于缺乏强大芯片设计能力的多数OEM来说,则只有选择采用市场上现成的芯片组,把更多的功能压缩在PCB板上。”这实际要求HDI PCB供应商和这些比较缺乏芯片设计能力的OEM在产品设计阶段就进行紧密的“手拉手”式的协作,以实现双赢。

行业国际标准趋于成熟

一直以来,PCB工业中的很多重要标准都和IPC(美国电子电路和电子互连行业协会)有关,尽管日本、欧洲和中国的相应协会和厂商时常会提出自己的主张,但目前IPC的影响力还是最大。IPC的David W. Bergman介绍说:“和HDI PCB技术与制造有关的标准包括有IPC2315(HDI及微通孔设计设计指南)、IPC4105(HDI及微通孔规范)、IPC6016(HDI和多层板质量和性能规格)和IPC6801(表面积层工艺与HDI PCB的术语、测试方法和设计样本),等等。”他认为这些文件对整个业界非常重要,因为它们涵盖了有关HDI技术和制造的三个主要方面:即生产材料,HDI PCB的设计以及成品的性能要求。

Bergman特别强调,IPC6801的发布有重大意义,因为这一文件获得了IPC和日本印刷电路板协会的共同支持。“制定这些规范非常耗时,因为这要求相关的厂商自愿共享技术,同时专家们在诸多细节上还必须达成一致。这些文件的发布标志着HDI PCB制造技术趋于成熟,同时也将促使更多的用户和供应商采纳HDI技术和标准。”Bergman称。

他还表示,随着技术和制造工艺的进一步演化,IPC有必要不断搜集用户和制造商的反馈以维护这些标准。“我认为IPC有必要更多地从其在亚洲的合作伙伴,包括我们在中国的会员公司那里获得对标准的意见,这有助于使IPC的标准继续成为一个全球的标准,同时我们也将加强为中国的电子制造业提供服务,使得HDI技术得以在那里得到广泛采用。”他强调说。

对于HDI PCB标准的进一步完善和参与,中国印制电路行业协会(CPCA)秘书长王龙基表示,中国已经是这一领域的制造业大国,因此参与HDI国际标准的制定是合乎情理的。“CPCA和IPC的合作接洽正在进行当中,我们还在力争取得政府、学术界和CPCA成员公司的支持,使我们可以在一定的实力基础上参与国际合作。”王龙基表示。

HDI带动整个PCB产业链进行技术创新

与多层PCB的发展对整个产业的促进相同,HDI PCB也将要求整个PCB制造产业链的各方提升或进行技术创新。澳大利亚Altium有限公司(原Protel国际有限公司)首席执行官Kayvan Oboudiyat表示,随着HDI PCB日益成为市场的主流,在PCB的设计方面,信号的完整性已经成为一个最突出的问题。

“为此,业界发展出诸如阻抗约束的布线技术,加之优良的信号完整性算法引擎,使得OEM的设计师们可以应对这一问题。另外,新的IC封装技术、新的信号传送技术(如高速串行接口)又会不断提出新的挑战。”他说。

在HDI PCB的加工方面,西门子德马泰克的刘咸瑞介绍说:“目前主要有两大体系,一种是日系厂商采用的铜腐蚀加二氧化碳激光钻孔,而以美国厂商为代表的制造商则采用能量更容易被铜吸收的紫外(UV)激光技术。”据了解,采用二氧化碳的工艺流程相对复杂,需要9个工艺步骤,其优点是钻孔速度较快。与之相比,采用UV技术,整个工艺流程更加简单,只需2个工艺步骤,而且UV的钻孔精度更高,可以处理小到30微米的通孔。

“在中国市场上,目前比较普遍采用的是二氧化碳技术,UV技术更多用于(半导体)基板产品。但另一方面,由于UV技术工艺简单,尽管设备单价较高,钻孔速度也较慢,但整个工艺流程加起来却比二氧化碳在时间和成本上更有优势。”刘咸瑞评论说。他还表示,随着HDI PCB上的通孔进一步缩小,HDI PCB制造商、特别是中小规模的制造商将更倾向于采用UV技术,因为UV技术同时还非常容易上手。

在HDI PCB的组装方面,安必昂的Peter Bayes表示,作为飞利浦电子集团公司的成员,这使得安必昂能够领先一步了解最新的发展趋势。“安必昂设计理念的核心在于确保我们现有的设备能够满足未来组件发展的需求,无论是OEM或EMS用户。没有一家公司愿意丢弃最新购置的设备以应用新技术。安必昂的设备具有真正的模块化结构,我们能够插入相关的贴装单元,以应对HDI PCB技术发展的需求。”Bayes介绍说,“此外,我们的设备可以贴装更复杂的更小型的0201组件,我们正在研究高速贴装0101及相似组件,让未来的用户有机会构建复杂的电路板。”

在HDI PCB的测试方面,泰瑞达板测试部亚太区总经理唐锦荣表示,随着HDI PCB的发展,复杂PCB上约有50%的芯片引脚已经无法用在线测试或视觉方法来检查,而且这一数字还在以大约每年10%的速度在增加。另外,系统级芯片的应用使复杂IC的引脚数迅速增加,2003年大规模SoC的平均引脚数将达到1,600个。

“我们要和PCB组装厂的工程师一起了解每一道工艺可能引起的缺陷,掌握整个制造过程中的缺陷分布规律,然后根据不同测试/检测设备的特点和生产线上产品的类型来制定一个分布式、优化的检测策略,以期在减少重复检测的同时,提高分布式测试的总体覆盖率。”他表示。

芯片技术有望与HDI PCB融合发展

HDI/BUM未来发展的一个显著特色将是把一些芯片加工和封装技术及相关的新概念引入到PCB制造领域中,尽管还没有形成庞大的产业,但像摩托罗拉、西门子、英特尔这样的电子业巨头已经领先一步。

中国印制电路行业协会的王龙基说:“新技术可能会给PCB行业带来更加巨大的变革,如内部嵌入薄型无源元件的印制电路板已经在GSM移动电话中得到应用,预计近两年会出现内部嵌入IC元件的印制电路板和在柔性电路板中嵌入薄膜元件。利用一种类似喷墨打印原理的加工技术可以把导电层直接‘打印’在基板上,从而淘汰传统的铜腐蚀工艺;利用纳米材料制作布线的新一代PCB已在世界上首次露面,它的出现将会降低PCB的介电常数,提升产品的耐热性,并对PCB的环保等方面产生重大影响。”

奥特斯的Patrick Ma则表示,HDI/BUM技术的发展已经可以把很多无源器件直接“埋入”PCB的中间层。“我们在奥地利的总部已经有能力制作这样的产品,这是一种非常复杂的制造技术。尽管还没有这方面的大量需求,但我相信这一制造技术在不久的将来就可以实现大规模的产业化。”他说。

而西门子德马泰克的刘咸瑞补充说:“随着嵌入式无源器件技术在HDI PCB制造上逐渐流行,激光设备在HDI PCB制造工艺中的作用还将大大扩展,例如对嵌入式无源器件的参数进行激光修调等,西门子已经在这方面获有专利。”

作者:倪兆明

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