PCBA是什么？

2019-06-10 15:14:26

PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称，也就是说 PCB空板经过SMT上件，再经过 DIP插件的整个制程，简称PCBA .这是国内常用的一种写法，而在欧美的标准写法是PCB'A，加了“'”，这被称之为官方习惯用语。

中文名

PCBA

外文名

Printed Circuit Board +Assembly

过程

PCB空板经SMT上件，然后DIP插件

本质

制作流程

基材

电木板、玻璃纤维板

金属涂层

铜锡

电路板

印刷电路板，又称印制电路板，印刷线路板，常使用英文缩写 PCB（Printed circuit board），是重要的电子部件，是电子元件的支撑体，是电子元器件线路连接的提供者。由于它是采用电子印刷技术制作的，故被称为“印刷”电路板。

在印制电路板出现之前，电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。现在，电路面包板只是作为有效的实验工具而存在，而印刷电路板在电子工业中已经成了占据了绝对统治的地位。20世纪初，人们为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本等优点，于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。三十年间，不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年，美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。[1]

直至1936年，奥地利人保罗·爱斯勒（Paul Eisler）在英国发表了箔膜技术[1]，他在一个收音机装置内采用了印刷电路板；而在日本，宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线方法(特许119384号)”成功申请专利。[2]而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板最为相似，这类做法称为减去法，是把不需要的金属除去；而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线，称为加成法。虽然如此，但因为当时的电子零件发热量大，两者的基板也难以配合使用[1]，以致未有正式的实用作，不过也使印刷电路技术更进一步。

发展史

1941年，美国在滑石上漆上铜膏作配线，以制作近接信管。

1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。

1947年，环氧树脂开始用作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术。

1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。

自20世纪50年代起，发热量较低的晶体管大量取代了真空管的地位，印刷电路版技术才开始被广泛采用。而当时以蚀刻箔膜技术为主流[1]。

1950年，日本使用玻璃基板上以银漆作配线；和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板（CCL）上以铜箔作配线。[1]

1951年，聚酰亚胺的出现，使树脂的耐热性再进一步，也制造了聚酰亚胺基板。[1]

1953年，Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板。这方法也应用到后期的多层电路板上。[1]

印刷电路板广泛被使用10年后的60年代，其技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板面世，多层印刷电路板开始出现，使配线与基板面积之比更为提高。

1960年，V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在热可塑性的塑胶中，造出软性印刷电路板。[1]

1961年，美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法，制作出多层板。[1]

1967年，发表了增层法之一的“Plated-up technology”。[1][3]

1969年，FD-R以聚酰亚胺制造了软性印刷电路板。[1]

1979年，Pactel发表了增层法之一的“Pactel法”。[1]

1984年，NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]

1988年，西门子公司开发了Microwiring Substrate的增层印刷电路板。[1]

1990年，IBM开发了“表面增层线路”（Surface Laminar Circuit，SLC）的增层印刷电路板。[1]

1995年，松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。[1]

1996年，东芝开发了B2it的增层印刷电路板。[1]

实用化

就在众多的增层印刷电路板方案被提出的1990年代末期，增层印刷电路板也正式大量地被实用化，直至现在。为大型、高密度的印刷电路板装配(PCBA, printed circuit board assembly)发展一个稳健的测试策略是重要的，以保证与设计的符合与功能。除了这些复杂装配的建立与测试之外，单单投入在电子零件中的金钱可能是很高的 - 当一个单元到最后测试时可能达到25,000美元。由于这样的高成本，查找与修理装配的问题现在比其过去甚至是更为重要的步骤。今天更复杂的装配大约18平方英寸，18层；在顶面和底面有2900多个元件；含有6000个电路节点；有超过20000个焊接点需要测试。

范围

在朗讯加速的制造工厂(N. Andover, MA)，制造和测试艺术级的PCBA和完整的传送系统。超过5000节点数的装配对我们是一个关注，因为它们已经接近我们现有的在线测试(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。我们现在制造大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中，大约20种在5000~6000个节点范围。可是，这个数迅速增长。

新项目

新的开发项目要求更加复杂、更大的PCBA和更紧密的包装。这些要求挑战我们建造和测试这些单元的能力。更进一步，具有更小元件和更高节点数的更大电路板可能将会继续。例如，现在正在画电路板图的一个设计，有大约116000个节点、超过5100个元件和超过37800个要求测试或确认的焊接点。这个单元还有BGA在顶面与底面，BGA是紧接着的。使用传统的针床测试这个尺寸和复杂性的板，ICT一种方法是不可能的。

在制造工艺，特别是在测试中，不断增加的PCBA复杂性和密度不是一个新的问题。意识到的增加ICT测试夹具内的测试针数量不是要走的方向，我们开始观察可代替的电路确认方法。看到每百万探针不接触的数量，我们发现在5000个节点时，许多发现的错误(少于31)可能是由于探针接触问题而不是实际制造的缺陷(表一)。因此，我们着手将测试针的数量减少，而不是上升。尽管如此，我们制造工艺的品质还是评估到整个PCBA。我们决定使用传统的ICT与X射线分层法相结合是一个可行的解决方案。

基材

基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”（prepreg）使用。

而常见的基材及主要成份有：

FR-1 ──酚醛棉纸，这基材通称电木板（比FR-2较高经济性）

FR-2 ──酚醛棉纸，

FR-3 ──棉纸（Cotton paper）、环氧树脂

FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、环氧树脂

FR-5 ──玻璃布、环氧树脂

FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

G-10 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-1 ──棉纸、环氧树脂（阻燃）

CEM-2 ──棉纸、环氧树脂（非阻燃）

CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-5 ──玻璃布、多元酯

AIN ──氮化铝

SIC ──碳化硅

金属涂层

金属涂层除了是基板上的配线外，也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外，不同的金属也有不同的价钱，不同的会直接影响生产的成本；不同的金属也有不同的可焊性、接触性，也有不同的电阻阻值，也会直接影响元件的效能。

常用的金属涂层有：

铜

锡

厚度通常在5至15μm[4]

铅锡合金（或锡铜合金）

即焊料，厚度通常在5至25μm，锡含量约在63%[4]

金

一般只会镀在接口[4]

银

一般只会镀在接口，或以整体也是银的合金

线路设计

印制电路板的设计是以电子电路图为蓝本，实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，但复杂的线路设计一般也需要借助计算机辅助设计（CAD）实现，而著名的设计软件有Protel、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。

基本制作

简介

根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。

减去法

减去法（Subtractive），是利用化学品或机械将空白的电路板（即铺有完整一块的金属箔的电路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的电路。

丝网印刷：把预先设计好的电路图制成丝网遮罩，丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖，然后把丝网遮罩放到空白线路板上面，再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂，把线路板放到腐蚀液中，没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走，最后把保护剂清理。

感光板：把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上（最简单的做法就是用打印机印出来的投影片），同理应把需要的部份印成不透明的颜色，再在空白线路板上涂上感光颜料，将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟，除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来，最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。

刻印：利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。

加成法

加成法（Additive），现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上，覆盖光阻剂（D/F)，经紫外光曝光再显影，把需要的地方露出，然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂－金属薄锡，最后除去光阻剂（这制程称为去膜），再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。

积层法

[1] 积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层，再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作，可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。

内层制作

积层编成（即黏合不同的层数的动作）

积层完成（减去法的外层含金属箔膜；加成法）

钻孔

减去法

Panel电镀法

全块PCB电镀

在表面要保留的地方加上阻绝层（resist，防以被蚀刻）

蚀刻

去除阻绝层

Pattern电镀法

在表面不要保留的地方加上阻绝层

电镀所需表面至一定厚度

去除阻绝层

蚀刻至不需要的金属箔膜消失

加成法

令表面粗糙化

完全加成法（full-additive）

在不要导体的地方加上阻绝层

以无电解铜组成线路

部分加成法（semi-additive）

以无电解铜覆盖整块PCB

在不要导体的地方加上阻绝层

电解镀铜

去除阻绝层

蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失

增层法

增层法是制作多层印刷电路板的方法之一，顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。

ALIVH

[1]

ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole，Any Layer IVA）是日本松下电器开发的增层技术。这是使用芳香族聚酰胺（Aramid）纤维布料为基材。

把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”（prepreg）

雷射钻孔

钻孔中填满导电膏

在外层黏上铜箔

铜箔上以蚀刻的方法制作线路图案

把完成第二步骤的半成品黏上在铜箔上

积层编成

再不停重复第五至七的步骤，直至完成

B2it

[1]

B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是东芝开发的增层技术。

先制作一块双面板或多层板

在铜箔上印刷圆锥银膏

放黏合片在银膏上，并使银膏贯穿黏合片

把上一步的黏合片黏在第一步的板上

以蚀刻的方法把黏合片的铜箔制成线路图案

再不停重复第二至四的步骤，直至完成

生产方式

简介

SMT和DIP都是在PCB板上集成零件的方式，其主要区别是SMT不需要在PCB上钻孔，在DIP需要将零件的PIN脚插入已经钻好的孔中。

SMT(Surface Mounted Technology)

表面贴装技术，主要利用贴装机是将一些微小型的零件贴装到PCB板上，其生产流程为：PCB板定位、印刷锡膏、贴装机贴装、过回焊炉和制成检验。随着科技的发展，SMT也可以进行一些大尺寸零件的贴装，例如主机板上可贴装一些较大尺寸的机构零件。

SMT集成时对定位及零件的尺寸很敏感，此外锡膏的质量及印刷质量也起到关键作用。

DIP

DIP即“插件”，也就是在PCB版上插入零件，由于零件尺寸较大而且不适用于贴装或者生产商生产工艺不能使用SMT技术时采用插件的形式集成零件。目前行业内有人工插件和机器人插件两种实现方式，其主要生产流程为：贴背胶（防止锡镀到不应有的地方）、插件、检验、过波峰焊、刷版（去除在过炉过程中留下的污渍）和制成检验。

产业现状

简介

由于印制电路板的制作处于电子设备制造的后半程，因此被称为电子工业的下游产业。几乎所有的电子设备都需要印制电路板的支持，因此印制电路板是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。目前日本、中国大陆、中国台湾地区、西欧和美国为主要的印制电路板制造基地。

受益于终端新产品与新市场的轮番支持，全球 PCB 市场成功实现复苏及增长。香港线路板协会 (HKPCA) 数据统计，2011 年全球 PCB 市场将平稳发展，预计将增长 6-9%，中国则有望增长 9-12%。台湾工研院 (IEK) 分析报告预测，2011 年全球 PCB 产值将增长 10.36%，规模达 416.15 亿美元。

根据 Prismark 公司的分析数据与兴业证券研发中心发布的报告表明，PCB 应用结构和产品结构的变化反映了行业未来的发展趋势。近年来伴随着单/双面板、多层板产值的下降，HDI 板、封装载板、软板产值的增加，表明应用于电脑主板、通信背板、汽车板等领域的增长比较缓慢，而应用于高端手机、笔记本电脑等“轻薄短小”电子产品的 HDI 板、封装板和软板还将保持快速增长。

北美

美国印刷电路板协会 (IPC) 公布，2011 年 2 月北美总体印刷电路板制造商接单出货比 (book-to-bill ratio) 为 0.95，意味着当月每出货 100 美元的产品，仅会接获价值 95 美元的新订单。B/B 值连续第 5 个月低于 1，北美地区行业景气度未有实质性回升。

日本

· 日本地震短期影响部分 PCB 原材料供给，中长期有利于产能向台湾和大陆转移

· 高端 PCB 厂商加速在大陆扩产，技术、产能和订单向大陆转移是大势所趋

· 台湾中时电子报报道，日本供应链断裂，中国、韩国 PCB 板厂将成大赢家

台湾

· 台湾工研院 (IEK) 分析师指出，受益于全球总体经济复苏以及新兴国家消费支撑，2011 年台湾 PCB 产业预计增长 29%

向中国转移

中投顾问分析报告指出，中国印刷电路板业在内销增长和全球产能持续转移的形势下，将步入高速成长期。到 2014 年，中国印刷电路板的产业规模占全球的比重将提高到 41.92%。

应用

简介

电脑及相关产品、通讯类产品和消费电子等 3C 类产品是 PCB 主要的应用领域。根据美国消费性电子协会 (CEA) 发表的数据显示，2011 年全球消费电子产品销售额将达到 9,640 亿美元，同比增长 10%。 2011 年的数据相当接近 1 兆美元。 CEA 表示，最大需求来自于智能手机与笔记本电脑，另外销售十分显著的产品还包括数码相机、液晶电视等产品。

智能手机

据 Markets and Markets 发布的最新市场研究报告显示，全球手机市场规模将在2015 年增至 3,414 亿美元，其中智能手机销售收入将达到 2,589 亿美元，占整个手机市场总收入的 76%；而苹果将以 26% 的市场份额引领全球手机市场。

iPhone 4 PCB 采用 Any Layer HDI 板，任意层高密度连接板。iPhone 4 为了在极小 PCB 的面积内，正反两面装入所有的晶片，采用 Any Layer HDI 板可以避开机戒钻孔所造成的空间浪费，以及做到任一层可以导通的目的。

触控面板

随着 iPhone、iPad 风靡全球，捧红多点触控应用，预测触控风潮将成为软板下一波成长驱动引擎。DisplaySearch 预计 2016 年平板电脑所需触摸屏出货量将高达 2.6 亿片，比 2011 年上升 333%。

电脑

Gartner 分析师指出，笔记本电脑在过去五年里是个人电脑市场的增长引擎，平均年增幅接近 40%。基于笔记本电脑需求减弱的预期，Gartner 预测，2011 年全球个人电脑出货量将达到 3.878 亿台，2012 年将为 4.406 亿台，比 2011 年增长 13.6%。CEA 表示，2011 年，包括平板电脑在内的可移动电脑的销售额将达到 2,200 亿美元，台式电脑的销售额将达到 960 亿美元，使个人电脑的总销售额达到 3,160 亿美元。

iPad 2 于 2011 年 3 月 3 日正式发布，在 PCB 制程环节将采用 4 阶 Any Layer HDI。苹果 iPhone 4 和 iPad 2 采用的 Any Layer HDI 将引发行业热潮，预计未来 Any Layer HDI 将在越来越多的高端手机、平板电脑中得到应用。

电子书

根据 DIGITIMES Research 预测，全球电子书出货量有望在 2013 年达到 2,800 万台，2008 年至 2013 年复合年增长率将为 386%。分析指出，到 2013 年，全球电子书市场规模将达到 30 亿美元。电子书用 PCB 板设计趋势：一是要求层数增多；二是要求采用盲埋孔工艺；三是要求采用适合高频信号的 PCB 基材。

数码相机

iSuppli 公司称，随着市场趋于饱和，2014 年数码相机产量将开始停滞不前。预计 2014 年出货量将下降 0.6% 至 1.354 亿台，低端数码相机将遇到来自可拍照手机的强烈竞争。但该产业中的某些领域仍可实现增长，如混合型高清 (HD) 相机、未来的 3D 相机和数字单反 (DSLR) 这种比较高档的相机。数码相机的其它增长领域包括集成 GPS 和 Wi-Fi 等功能，提高其吸引力和日常使用潜力。促使软板市场进一步提升，实际上任何轻薄短小的电子产品对软板的需求都很旺盛。

液晶电视

市场研究公司 DisplaySearch 预计，2011 年全球液晶电视出货量将达到 2.15 亿台，同比增长 13%。2011 年，由于制造商逐步更换液晶电视的背光源，LED 背光模块将逐渐成为主流，给 LED 散热基板带来的技术趋势：一高散热性，精密尺寸的散热基板；二严苛的线路对位精确度，优质的金属线路附着性；三使用黄光微影制作薄膜陶瓷散热基板，以提高 LED 高功率。

LED 照明

DIGITIMES Research 分析师指出应白炽灯于 2012 年禁产禁售的规范，2011 年 LED 灯泡出货量将显著成长，产值预估将高达约 80 亿美元，再加上北美、日本、韩国等国家对于 LED 照明等绿色产品实施补贴政策，及卖场、商店及工场等有较高意愿置换成为 LED 照明等因素驱动下，以产值而言全球 LED 照明市场渗透率有很大机会突破 10%。于 2011 年起飞的 LED 照明，必将带动对铝基板的大量需求。

未来趋势

五大发展趋势

· 大力发展高密度互连技术 (HDI) ─ 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。

· 具有强大生命力的组件埋嵌技术 ─ 组件埋嵌技术是 PCB 功能集成电路的巨大变革，PCB 厂商要在包括设计、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。

· 符合国际标准的 PCB 材料 ─ 耐热性高、高玻璃化转变温度 (Tg)、热膨胀系数小、介质常数小。

· 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)。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。

· 更新制造工艺、引入先进生产设备。

向无卤化转移

随着全球环保意识的提高, 节能减排已成为国家和企业发展的当务之急。作为污染物高排放率的 PCB 企业，更应是节能减排工作的重要响应者和参与者。

· 在制造 PCB 预浸料胚时，发展微波技术来减少溶剂和能量的使用量

· 研发新型的树脂系统，如基于水的环氧材料，减小溶剂的危害；从植物或微生物等可再生资源中提取树脂，减少油基树脂的使用

· 寻找可替代含铅焊料的材料

· 研发新型、可重复使用的密封材料，来保证器件和封装的可回收，保证可拆卸

厂商长线须投放资源以提升

· PCB 的精密度 ─ 减小 PCB 尺寸，宽度和空间轨道

· PCB 的耐用性 ─ 符合国际水平

· PCB 的高性能 ─ 降低阻抗和改善盲埋孔技术

· 先进生产设备 ─ 进囗日本、美国、台湾和欧洲的生产设备如自动电镀线、镀金线、机械和激光打孔机，大型压板机，自动光学检测，激光绘图仪和线路测试设备等

· 人力资源素质 ─ 包括技术和管理人员

· 环保污染处理 ─ 符合保护环境和持续发展的要求

PCBA是什么？

目录

电路板

发展史

实用化

范围

新项目

基材

金属涂层

线路设计

基本制作

简介

减去法

加成法

积层法

ALIVH

生产方式

简介

DIP

产业现状

简介

北美

日本

台湾

向中国转移

应用

简介

智能手机

触控面板

电脑

电子书

数码相机

液晶电视

LED 照明

未来趋势