高密度印制電路板

近十幾年來，我國印制電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB)制造行業(yè)發(fā)展迅速，總產(chǎn)值、總產(chǎn)量雙雙位居世界第一。由于電子產(chǎn)品日新月異，價(jià)格戰(zhàn)改變了供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)，中國兼具產(chǎn)業(yè)分布、成本和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為全球最重要的印制電路板生產(chǎn)基地。

印制電路板從單層發(fā)展到雙面板、多層板和撓性板，并不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展。不斷縮小體積、減少成本、提高性能，使得印制電路板在未來電子產(chǎn)品的發(fā)展過程中，仍然保持強(qiáng)大的生命力。

未來印制電路板生產(chǎn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是在性能上向高密度、高精度、細(xì)孔徑、細(xì)導(dǎo)線、小間距、高可靠、多層化、高速傳輸、輕量、薄型方向發(fā)展。

據(jù)前瞻網(wǎng)《中國印制電路板制造行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資機(jī)會(huì)分析報(bào)告前瞻》調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2010 年中國規(guī)模以上印制電路板生產(chǎn)企業(yè)共計(jì)908 家，資產(chǎn)總計(jì)2161.76 億元;實(shí)現(xiàn)銷售收入2257.96 億元，同比增長(zhǎng)29.16%;獲得利潤總額94.03 億元，同比增長(zhǎng)50.08%。

以印制電路板為安裝基板，在其上安裝電子和機(jī)電元件、器件或其他印制電路板部件，并借板上的印制線路(也可做成電阻、電容、電感等無源電子元件)實(shí)現(xiàn)電氣互連的部件。在小型電子設(shè)備中，如電子手表、單板微處理機(jī)和小型半導(dǎo)體收音機(jī)等，所有元件、器件都裝在一塊印制線路板上。而大型設(shè)備(如大型計(jì)算機(jī))則由幾十塊到幾千塊印制電路板構(gòu)成的插件和相應(yīng)的印制線路底板構(gòu)成。各種印制電路板部件見圖1。每塊印制電路板部件通常都是一個(gè)功能單元。

早期的電子設(shè)備、電子和機(jī)電元件、器件裝在金屬薄板制成的底盤上，用導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電氣互連。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著印制線路技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備特別是電子計(jì)算機(jī)，逐漸形成了以印制電路板部件為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)體系。其優(yōu)點(diǎn)是電性能好，可靠性高，體積小，成本低，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

印制電路板部件屬于第二、第三級(jí)組裝(見電子組裝級(jí)),其組裝方式有兩種。①平面組裝或二維組裝:元件、器件安裝在一個(gè)平面上(圖1)，用印制電路板進(jìn)行互連。為了提高組裝密度，在印制電路板正、反兩面均可安裝元件、器件，或在印制電路板中間夾一層金屬板，以提高冷卻能力等。②模塊式組裝或三維組裝:為了提高組裝密度，一般用相互平行的兩塊印制電路板部件組成一個(gè)空間，在空間內(nèi)安裝元件、器件，或在印制板的正、反兩面安裝元件、器件，板間用線纜或連接器互連;也可像架橋一樣,元件、器件的腿分別架在兩塊印制電路板上,稱夾心式模塊(圖2)。印制電路板部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮電路區(qū)劃與標(biāo)準(zhǔn)化、組裝型式、元件和器件的合理布局、組裝結(jié)構(gòu)、冷卻方式、機(jī)械動(dòng)態(tài)特性等問題。 電路區(qū)劃與標(biāo)準(zhǔn)化 在系統(tǒng)框圖上進(jìn)行合理劃分，并規(guī)定在一塊印制線路板上安裝電路和元件、器件的數(shù)量。這就是電路區(qū)劃。簡(jiǎn)單的電子設(shè)備不存在這一問題，有一塊或幾塊印制線路板就可以解決。但是，在復(fù)雜的電子設(shè)備中，如在大型計(jì)算機(jī)，僅中央處理器的器件就達(dá)十萬塊以上。第四代大型計(jì)算機(jī)，雖然已采用大規(guī)模集成電路，但器件數(shù)一般也有幾千塊。因此，選擇最優(yōu)區(qū)劃方案是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)首先要滿足對(duì)電氣性能的要求，包括功能化與可測(cè)試性、走線長(zhǎng)度和復(fù)雜性、電磁兼容性、故障定位性能和可維修性。其次是外連引線數(shù)及其優(yōu)化。集成電路已發(fā)展到大規(guī)模和超大規(guī)模的集成度,印制線路外連引線數(shù)量急劇增加,嚴(yán)重限制著組裝密度的提高和大規(guī)模集成電路潛力的充分發(fā)揮。因此，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)著重研究門針比(即部件中線路數(shù)或門數(shù)與外連引線之比)的規(guī)律，以及如何提高門針比的問題。此外，還要考慮有關(guān)可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化、品種數(shù)，以及組裝效率等問題。

組裝型式 根據(jù)功能、元件和器件的數(shù)量、組裝密度、環(huán)境要求、冷卻、外連引出線數(shù)目以及工藝和材料的要求選擇組裝型式。

元件和器件的合理布局 必須符合電氣性能、工藝、散熱和機(jī)械要求。

組裝結(jié)構(gòu) 根據(jù)需要，在印制線路部件上增加不同的附加結(jié)構(gòu)，如骨架、加強(qiáng)筋、各種結(jié)構(gòu)件、面板、手把、插拔附件、屏蔽及連接器等。

冷卻方式 常用的冷卻方法有:自然冷卻、強(qiáng)迎通風(fēng)冷卻、液體冷卻、蒸發(fā)冷卻及半導(dǎo)體致冷等(見電子設(shè)備熱控制)。

機(jī)械動(dòng)態(tài)特性 要適應(yīng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下工作和運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

除上述要求外，在設(shè)計(jì)中還必須考慮人-機(jī)聯(lián)系和可靠性問題。

印制電路板部件組裝，從元件、器件準(zhǔn)備到部件檢驗(yàn)，均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。印制電路板部件組裝的設(shè)備有元件、器件老化和自動(dòng)檢測(cè)分類，元件、器件引線整形,清洗,浸錫等設(shè)備,元件、器件自動(dòng)插裝機(jī)(圖3)，自動(dòng)和半自動(dòng)繞接機(jī)以及各種自動(dòng)錫焊設(shè)備等。電子元件、器件一般都是插入式安裝。為提高組裝密度，直接用芯片或芯片載體組裝。