三阶HDI成3G手机PCB未来主流

　　3G时代的来临丰富了手机的功能，也给PCB的制造技术带来了巨大的挑战。对于PCB厂家来说，准确判断产品的走势，在设备、材料以及技术上做足储备，才能够更好地去应对3G的变革。

　　2008年4月，中国正式启动TD-SCDMA社会化业务测试，由TD-SCDMA这个经历了长达10年技术成熟过程的国产第三代通信技术(3G)拉开中国3G手机的大幕。

　　3G的最大亮点在于共享式2M带宽的数据业务，它可以使全球范围内的任何用户使用小型廉价移动平台，实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证全球漫游用户在任何地方、任何时候与任何人进行通信，并能提供有线电话的语音质量及智能网、多媒体、分组无线电、娱乐及宽带等一系列业务。对于PCB印制电路板产业而言，3G技术的快速增长也使HDI（高密度印制电路板）向新的技术发展，以适应3G的需求。

　　3G手机影响PCB技术方向

　　随着手机功能增强和产品尺寸缩小，必然使得印制电路板的设计越来越多地向二阶、三阶甚至更多的高密度互连积层发展。手机功能不断增加，在手机印制板面积基本不变的前提下，手机用HDI板有以下几个趋势：一是基本为二阶HDI结构，部分甚至需要三阶的HDI结构；二是线宽间距基本在75μm左右，更小的为50μm，最小的 BGA孔均达到0.5mm，不久将达到0.4mm；三是堆叠设计的盲孔/埋孔需要电镀铜填孔或树脂塞孔，确保互连可靠性及板面平整度；四是微盲孔/埋孔的直径和焊盘的直径越来越小。随着3G手机成为“个人多媒体中心”，三阶HDI必然成为3G手机未来采用的主流。

　　新的趋势出现必然影响PCB产业下一步的发展方向，在3G之前的2G、2.5G时代这一相当长的时间内，为了节约成本，PCB的层数被努力压缩，布线密度不断提高，使得普通手机用HDI板的加工难度在不断增加的同时，层数和阶数的增长却一度比较迟缓。3G手机的出现和日趋成熟，或许可以让这种情形有所改观。这就出现了两种可能：

　　首先，在低层、低阶PCB上整合诸多功能的同时，又要保证数据传输速度的极大提高，势必会造成布线密度的继续增加以及对于阻抗等特性控制更加精确。手机“轻、薄、短、小”的理念在3G手机上仍会延续，目前相较于普通手机，体积庞大的3G手机要缩水到同等体积或者更小，无疑会继续推动PCB往低层、低阶、高密度的方向发展。

　　其次，在布线密度、特性控制难以满足更进一步的需求的时候，必然会带来PCB的层数、阶数的提高。高层、高阶对于提高PCB容量的作用无疑是明显的，而且目前看来也不是很困难的事情。但由于3G手机的使用范围及特性———“轻、薄、短、小”的要求依然存在，其体积就不可能无限制增大，那么层数的增多就必然造成层间距的不断缩小。

 
3G手机对PCB基材要求更高

　　我们认为，3G对于PCB基材的选择提出了更高的要求。目前对于2.5G和GSM（全球移动通信系统）手机板PCB企业已经使用传统FR-4系列材料应用于HDI技术大量生产，但对于3G手机板来说，依靠高频传输技术和数字无线处理技术实现优于2G手机性能和功能的产品对其主板PCB材料使用方面有很高的要求。这些要求如下：

　　第一，高频信号传输要求。影响手机主板PCB信号传输的关键因素是PCB非导电材料的介电常数(Dk)、介质损耗因子(Df)和导电材料的趋肤效应。传输速度是3G手机区别于2G手机的一个重要特征，它与PCB介质材料的Dk值有关。对于3G来说低Dk值是选择材料的基础和前提。所以在3G手机主板选材上，信号层所在介质层至少要使用RCC（树脂涂布铜皮）积层，或者使用含胶量较高的LDP（激光直接图形）材料，其他介质层则可以选择FR-4。

　　导电材料的趋肤效应对高频或高速数字化信号在PCB导线中的传输影响颇大，信号传输频率越高趋肤效应愈加显著，相应的PCB导线表面处理就更加精细。数字传输信号高频化使信号越来越集中于导线表面传输，但表面粗糙度大时，必然产生严重的信号驻波和反射等，造成严重失真。为了减小这种失真，需要更加严格控制导线的表面平整度、特性阻抗值等，但是导体表面粗糙度是提高导体与介质层和表面镀覆层结合力的重要保证，这对于PCB生产工艺是一个彻底的颠覆。

　　第二，CTE（热稳定性）匹配的要求。HDI技术作为3G手机板的生产技术得到了迅速发展，产品结构和性能都在不断提高，积层向高阶方向发展，这对PCB基材热稳定性匹配的挑战。用于高阶的HDI3G手机板的材料，应该选择X-Y-Z三维方向CTE低的材料。然而PCB的基材是复合型材料，对于三维尺寸稳定性的控制就需要解决复合材料中单一材料CTE匹配问题。

　　在金属铜、环氧树脂、玻璃纤维中关键是要解决环氧树脂的热稳定性，目前在环氧树脂中填充无机填料的方法有效抑制了基材的热膨胀(包括X-Y-Z三个方向)。

　　第三，低介质损耗(Df)要求。具体到手机的PCB，微带传输线损耗由3个因素决定：半开放性引起的辐射(这种损耗很小)；介质热损耗(板材原因)；高频趋肤效应引起的导体损耗。高阶的HDI3G手机板要选择成本较低、介质屏蔽要求高而且介电常数稳定度、损耗因子的要求更高的材料，建议选用性能类似PTFE(美国/欧洲等多用)的板材，或FR-4和高频板组合粘接组成低成本、高性能层压板。

　　第四，耐CAF（导电阳极丝）要求。3G手机多功能高性能的要求势必会对手机板微孔布孔密度有所增大，随之而来的微孔间CAF效应予以关注。手机的使用环境虽不算苛刻，但是不同地域不同使用条件都可能对手机板耐CAF提出更高的要求。所以在PCB生产上除了有效抑制芯吸之外还要提高PCB基材中树脂与玻璃纤维的结合力，主要表现在以下几个方面：提高玻璃纤维的亲胶性；改善树脂固化后的物性，降低树脂固化后的吸水性；选择亲胶的树脂体系，也就是选择树脂耦合剂；满足热性能要求。PCB产品的无铅化问题，实质上是一个“耐热”问题。采用无铅焊料所带来的低共熔(晶)点高、焊接时的表面张力大和残留内应力高等一系列问题，如CCL（覆铜板）应具有更高耐热性能(主要是树脂的分解温度、CTE等)、PCB的耐热性能(主要是CCL的选择与制造工艺等)、元(组)件的耐热性能(包含引脚的表面涂覆材料)和焊料选择以及焊接工艺技术等密切相关。

3G带来的不仅是对PCB常规材料性能、规格的变革，也对PCB制造工艺以及PCB装配提出了更高的要求。PCB生产厂家应从材料、技术、设备上寻找一个能够体现产品竞争力的平衡点。

　　PCB制造技术相应提高

　　3G对于PCB行业产生影响的另外一个主要方面就是制造技术的提高。

　　PCB向高密度发展必然离不开制造技术的革新，这为PCB行业的制造技术提出了更高的挑战：

　　第一，表面平整度。过高的表面封装密度增加了焊接的难度，由此要求PCB表面的平整度以及总体厚度应有较高的一致性，因此塞孔技术、塞孔电镀技术以及电镀填孔技术将更多地被应用于3G手机PCB领域。

　　第二，细密线路。目前的3mil/3mil线宽间距的布线密度已经无法满足3G时代的要求，而普通的减成法及半加成法（SAP）制作线路的工艺并不能同时满足线路形状的完整性以及高精度阻抗的要求。SAP技术以及差分蚀刻工艺的应用也就在所难免。

　　第三，小孔加工。孔径的减小带来了加工技术的不断发展，由最初的机械钻孔技术，经历二氧化碳的红外激光钻孔技术，直至后来的紫外激光钻孔技术，孔径由8mil递减到了2mil的水平。

　　第四，孔堆叠结构。布线密度的提高不仅仅依赖于二维平面的线路缩减，利用三维所有可以利用的空间，自由进行布线更加依赖于孔堆叠技术的应用，包括交错孔、叠孔、跳孔加工技术等。

　　第五，线路表面处理。随着信号传输频率的提高，“趋肤效应”也越加明显，因此对于线路表面的粗糙度控制将越来越严格。但是传统的线路处理，不论是内层的棕化(或黑化)处理，以及图转前处理还是阻焊前处理都要求表面具有一定的粗糙度保证足够的附着力。因此低微蚀量低粗糙度的前处理技术必然成为3G时代PCB表面处理的关键。

　　总之，3G时代的来临丰富了手机的功能，也给PCB的制造技术带来了巨大的挑战，技术的革新来源于思想的革新，来源于PCB行业对于传统的制造技术和认识理念上的改变。传统的思维方式需要被打破，知识资源需要重新被整合，更多的创造性理念需要进行实践。对于PCB厂家来说，准确判断产品的走势，在设备、材料以及技术上做足储备，方能够更好地去应对3G的变革。