PCB技术发展综述_pcb技术前景分析

  21世纪人类进入了高度信息化社会,在信息产业中PCB是一个不可缺少的重要支柱。电子设备要求高性能化、高速化和轻薄短小化,而作为多学科行业——PCB是高端电子设备最关键技术。PCB产品中无论刚性、挠性、刚-挠结合多层板,以及用于IC封装基板的模组基板,为高端电子设备做出巨大贡献。本文首先分别介绍了中国、全球、日本、美国PCB的发展现状,其次阐述了PCB的技术变化及市场趋势,最后介绍了pcb技术前景分析,具体的跟随小编一起来了解一下。

  PCB的发展现状

  1、中国PCB发展现状

  目前,全球印制电路板的发展已经走上一个相对平稳的发展时期,已形成包括中国香港、日本、中国台湾、韩国、美国、德国和东南亚在内的七大主要生产中心,其中亚洲占到全球生产总值的79.7%。中国由于在产业分布、制造成本等多方面具备优势,已经成为全球最重要的印制电路板生产基地,2013年中国电路板产值已占据全球总产值的44. 2%以上,但中国单个企业的市场占有份额较小,对市场的主导能力不强。

  近二十年来,通过引进国外先进技术和设备,我国PCB产业的发展非常迅速。2002年,我国PCB产值超过台湾,成为全球第三大PCB产出国; 2003年,我国PCB产值和进出口额均超过60亿美元,成为全球第二大PCB产出国; 2006年,我国首次超过日本,一跃而成为全球第一大PCB制造基地,并在其后连续五年成为全球最大的PCB生产地。2010年中国PCB产值迅速增长至185亿美元,全球占比上升至39. 8%。2012年全球PCB产业受到全球经济疲软的影响,增幅有所下滑,中国PCB产值仍占据全球较高的市场份额。随着经济的复苏,2013年至2016年仍保持增长趋势。

  2、全球PCB发展现状

  自20世纪50年代中期起,PCB技术开始被广泛采用。目前,PCB已经成为“电子产品之母”,其应用几乎渗透于电子产业的各个终端领域中, 包括计算机、通信、消费电子、工业控制、汽车电子、LED、IPTV、数字电视等新兴电子产品不断涌现,PCB产品的用途和市场将不断扩展。

  近年来,全球PCB行业总体呈稳步增长态势。2009 年受全球金融危机影响,PCB 产值有所回落,2010 年随着全球宏观经济的逐步向好,PCB行业开始复苏,全年产值达524.68亿美元,2009年大幅面。上升27. 33%。

  2008年全球金融危机给PCB产业造成了巨大冲击,中国PCB产业也受到了一定的影响,全国PCB行业总产值由2008年的150.37亿美元下降至2009年的142.52亿美元,同比下降5.2%,2010年中国的PCB产业出现了全面复苏,全国PCB行业总产值高达199.71亿美元,同比上涨40.1%。2011~2012年,随着全球电子产业和PCB行业进入调整期,中国PCB的增长液有所放缓,全国PCB行业总产值分别为220.29亿美元、220.34亿美元,增长率分别为10.30%、0.02%。2013-2014年全国PCB行业总产值有所恢复,增长率分别为11.62%、6. 01%。2014-2019年中国PCB行业产值的年复合增长率为5.1%。2016年全球PCB行业的整体规模将达到720. 07亿美元,2011 年-2016年全球PCB产值年复合增长率5. 38%。

  3、美国PCB发展现状

  美国PCB产业结构亦偏向硬板生产,硬板比重占七成以上比重,在高层板生产比重相对日本及台湾较高,12到20层板占整体PCB产品21%,22层板以上占整体营收的13%,上述12层板以上产品共达三成以上的比重,4到10层板则占17%。软板及软硬板领域,美国主要生产业者为MulTI-Fineline Electroniz,并以软板组装为主,产品应用广泛,其中手机为最主要之应用,采用客户包括Apple、RIM、Motorola等。

  产品应用方面,美国PCB业者以手机用PCB为最主要应用产品,占26%,以Mult-Fineline为手机用软板的代表业者,Multek 生产手机用的HDI板。美国PCB业者次要产品为电信设备相关应用及计算机相关产品应用,分占19%及18%,TMTechnologies, Inc.即 为美国供应通信基础设备应用的主要业者,其PCB产品在航空及国防应用。上亦有很高的采用比重;此外,美国亦为服务器用PCB的主要供货商之一,全球提供服务器用PCB厂商中,前一、二名均为美国业者,且美国厂商全球市占达四成以上;另外美国 PCB业者在车用、医疗及军事用PCB板_上,亦有相当程度的投入。近年来美国PCB企业在数量占百强比例一直在缩小,但总产值保持稳定(约占全球总量的4.6%)、平均产值略有提高,主要在于企业间的合并;预计未来几年将保持不变或略有下降。

  4、日本PCB发展现状

  根据Prismark统计数据:日本印刷电路板产业产值占全球市场的比重近年来呈下降趋势,2014 年该区域市场产值为66.2亿美元,占同期全球市场总量的11.5%。日本PCB厂商专注生产高阶及高单价PCB产品,主要以软板及软硬板为主,二者共占其整体生产PCB约47%的比重,主要应用在手机及HDD,IC 载板占30%,前述两者就共占77%的比重,硬板产品仅占21%,且为技术]坎较高且热门的HDI板。在产品应用上,日本PCB产业应用最多为IC封装领域,占30%,这也是日商生产IC载板比例高的原因。此领域全球主要以日商Ibiden营收占比最高,产品为FCBGA及FCCSP应用,日商Shinko Electric也是此应用领域佼佼者,以Flip Chip、P-BGA及P-CSP基板为主。日本PCB板次要应用在手机领域,占整体生产的25%;排名第- -的Nippon,其产品组合的三成以上比重,皆为手机相关应用,其中又以手机用LCD软板为主; Ibiden 在手机上的应用主要为HDI及AnylayerHDI而日本PCB厂商在手机客户群方面,主要为Apple及Nokia等,因此智慧手机市场的持续成长,对日本PCB产业亦有所帮助。汽车相关应用占日本PCB产值的13%,虽比重不及其它应用,但日本PCB业者于车用PCB的产品供应已领先全球,如CMK、Meiko 等。

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  PCB的技术变化及市场趋势

  作为重要的电子连接件,PCB几乎用于所有的电子产品上,被认为是“电子系统产品之母”,它的技术变化及市场趋势成为众多业者关注重点。

  电子产品当前呈现两个明显的趋势,一是轻薄短小,二是高速高频,相应地带动下游PCB向高密度、高集成、封装化、细微化和多层化的方向发展,对高层板和HDI的需求日益提升。

  高层板配线长度短,电路阻抗低,可高频高速工作,性能稳定,可承担更复杂的功能,是电子技术向高速高频、多功能大容量发展的必然趋势。尤其是大规模集成电路的深入应用,将进一步驱动PCB迈向高精度、高层化。

  目前8层以下的PCB主要用于家用电器、PC、台式机等电子产品,而高性能多路服务器、航空航天等高端应用都要求PCB的层数在10层以上。以服务器为例,在单路、双路服务器上PCB板一般在4-8层之间,而4路、8路等高端服务器主板要求16层以上,背板要求则在20层以上。

  HDI布线密度相对普通多层板具有明显优势,成为当前智能手机主流的主板选择。智能手机功能日益复杂而体积又向轻薄化发展,留给主板的空间越来越少,要求有限的主板上承载更多的元器件,普通多层板已经难以满足需求。

  高密度互联线路板(HDI)采用积层法制板,以普通多层板为芯板叠加积层,利用钻孔,以及孔内金属化的制程,使得各层线路内部之间实现连结功能。相比仅有通孔的普通多层板,HDI精确设置盲孔和埋孔来减少通孔的数量,节约PCB可布线面积,大幅度提高元器件密度,因而在智能手机中迅速完成了对多层板的替代。

  HDI的技术差异体现在增层阶数,增层数量越多,技术难度越大。HDI按照阶数可分为一阶HDI、二阶HDI、高阶HDI等,其层数表示为C+N+C,其中N为普通芯板层数,C则为增层次数,即HDI的阶数。高阶HDI布线密度更高,但与此同时压合次数多,存在对位、打孔和镀铜等技术难点,对厂家的技术工艺和制程能力有较高要求。

  近年来高端智能机中流行的任意层HDI则为HDI之最高阶,要求任意相邻层之间都有盲孔连接,可在普通HDI的基础上节省近一半体积,从而腾出更大空间容纳电池等部件。

  任意层HDI需要用到镭射钻孔、电镀孔塞等先进技术,是生产难度最大、产品附加值最高的HDI类型,最能体现HDI的技术水平。当前由于技术和资金壁垒较厚,生产能力主要集中在日韩、台湾以及奥地利AT&S等大厂手中。

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  ADAS和新能源车双轮驱动,汽车电子成长趋势明确

  汽车行业当前两个重要的发展方向是智能化和电动化。ADAS(Advanced Driver Assistance System)作为实现完全智能驾驶前的过渡,已成为各大车厂和跨界而来的互联网巨头争相布局的新战略高地,其涉及到的电子装置几乎覆盖了全车所有驾驶和安全相关的系统,随着ADAS的快速渗透,汽车电子化水平将得到全面提升。

  而新能源车则代表着汽车电动化的方向,与传统汽车相比,其对电子化程度的要求更高,电子装置在传统高级轿车中的成本占比约为25%,在新能源车中则达到45%-65%,独特的动力控制系统(BMS、VCU和MCU)使得整车PCB用量较传统汽车更大,三大动力控制系统PCB用量平均在3-5平米左右,整车PCB用量在5-8平米之间,价值数千元。

  ADAS和新能源车成长迅猛,双轮驱动之下,汽车电子市场近年也维持着15%以上的年增长率。相应地带动车用PCB市场持续向上,据Prismark预测,2018年车用PCB产值将超过40亿美元,成长趋势非常明确,为PCB行业注入新增动能。汽车电子供应链相对封闭,产品要经过一系列的验证测试,认证周期较长。而一旦通过认证,则厂商一般不会轻易更换,供应商能够获得长期稳定的订单,利润率也相对更高。

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  智能手机驱动PCB加速成长,进入存量时代增速换挡

  智能手机过去一直是PCB行业的主要驱动力。移动互联网时代越来越多的用户由PC转向移动终端设备,PC计算平台的地位迅速被移动终端取代,自2008年开始,随着苹果引领的智能手机浪潮兴起,全球消费电子零组件企业快速发展,尤其是2012~2014年,智能手机进入快速渗透期,开启了一个千亿美金的市场。因此PCB上一轮的快速增长是以智能手机为代表的移动终端下游驱动的。

  根据Prismask数据,2010年到2014年间,PCB下游智能手机市场达到了24%的年均复合增长率,远超过其他下游行业,提供了PCB产业的主要增长动力。

  在高端PCB方面,以HDI为例,手机是HDI的传统市场,以2015年的数据为例,智能手机占到了过半的比例, 而从智能手机的视角来看,目前新产机型几乎所有的产品都采用HDI作为主板。

  无论是从PCB全品类角度还是高端HDI角度来看,都是智能手机的高速增长带来了下游的繁荣需求,从而支撑起全球PCB优势企业的业绩增长。

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  苹果引领全球PCB产业创新趋势

  苹果公司是手机乃至整个消费电子行业的技术引领者。苹果每一次技术革新,都会给产业链带来举足轻重的影响。对于上游供应商而言,苹果对产业链的带动作用体现在两方面,一是苹果自身巨大的订单需求,二是对非A厂商的示范效应。

  聚焦PCB行业,FPC和任意层互联HDI的爆发,都是由苹果坚定导入,吸引其他厂商跟进,由点辐射到面形成快速渗透的典范:

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  PCB技术的发展前景分析

  电子设备要求高性能化、高速化和轻薄短小化,而作为多学科行业--PCB是高端电子设备最关键技术。PCB产品中无论刚性、挠性、刚-挠结合多层板,以及用于IC封装基板的模组基板,为高端电子设备做出巨大贡献。PCB行业在电子互连技术中占有重要地位。21世纪人类进入了高度信息化社会,在信息产业中PCB是一个不可缺少的重要支柱。回忆中国PCB走过五十年的艰难历程,今天它已在世界PCB发展史上写下光辉一页。2006年中国PCB产值近130亿美元,称为全球PCB第一生产大国。就当前PCB技术发展趋势:

  一、沿着高密度互连技术(HDI)道路发展下去

  由于HDI集中体现当代PCB最先进技术,它给PCB带来精细导线化、微小孔径化。HDI多层板应用终端电子产品中——移动电话(手机)是HDI前沿发展技术典范。在手机中PCB主板微细导线(50μm~75μm/50μm~75μm,导线宽度/间距)已成为主流,此外导电层、板厚薄型化;导电图形微细化,带来电子设备高密度化、高性能化。

  二十多年HDI促使移动电话发展,带动信息处理和控制基本频率功能的LSI和CSP芯片(封装)、封装用模板基板的发展,同样也促进PCB的发展,因此要沿着HDI道路发展下去。

  二、元件埋嵌技术具有强大的生命力

  在PCB的内层形成半导体器件(称有源元件)、电子元件(称无源元件)或无源元件功能“元件埋嵌PCB”已开始量产化,元件埋嵌技术是PCB功能集成电路的巨大变革,但要发展必须解决模拟设计方法,生产技术以及检查品质、可靠性保证乃是当务之急。

  我们要在包括设计、设备、检测、模拟在内的系统方面加大资源投入才能保持强大生命力。

  三、PCB中材料开发要更上一层楼

  无论是刚性PCB或是挠性PCB材料,随着全球电子产品无铅化,要求必须使这些材料耐热性更高,因此新型高Tg、热膨胀系数小、介质常数小,介质损耗角正切优良材料不断涌现。

  四、光电PCB前景广阔

  它利用光路层和电路层传输信号,这种新技术关键是制造光路层(光波导层)。它是一种有机聚合物,利用平版影印、激光烧蚀、反应离子蚀刻等方法来形成。目前该技术在日本、美国等已产业化。

  五、制造工艺要更新、先进设备要引入

  1、制造工艺

  HDI制造已成熟并趋于完善,随着PCB技术发展,虽然过去常用的减成法制造方法仍占主导地位,但加成法和半加成法等低成本工艺开始兴起。利用纳米技术使孔金属化同时形成PCB导电图形新型制造挠性板工艺方法。高可靠性、高品质的印刷方法、喷墨PCB工艺。

  2、先进设备

  生产精细导线、新高解析度光致掩模和曝光装置以及激光直接曝光装置。均匀一致镀覆设备。生产元件埋嵌(无源有源元件)制造和安装设备以及设施。

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发布日期:2020年02月17日  所属分类:电子基础知识