網上有種說法是:一個國家的半導體技術有多先進,往往體現的是該國的現代化工業水平有多高。半導體的電氣互聯與裝配則必須基于線路板上。而印刷電路板(印制電路板)作為一類重要的電子部件,是電子元件的支撐體(載體),于是人們將之形象地稱作“電子航母”。到目前為止,通信設備和計算機等幾乎所有的電子產品均用到了印刷電路板。印刷電路板的英文全稱為Printed Circuit Board,簡稱為PCB。
二十世紀30年代中期,奧地利有位名叫?!ぐK乖G的電氣工程師率先發明出了印刷電路工藝。?!ぐK乖G早年在維也納工程學院學的是電氣工程專業。1930年,保·埃斯訥從該校畢業后,又去學習并鉆研過印刷技術。保·埃斯訥在研究電子線路板的同時,常常會進圖書館里查閱有關印刷技術的書籍資料。再后來,保·埃斯訥在自己的腦子里就萌生出了一個大膽的想法。這個想法就是,如果人們能像印刷書籍和報紙那樣,把電子設備的電路也一次性地印刷在線路板上,那么人們便不用再通過手工的方式一塊一塊地制作出線路板,更不必在每塊線路板上一根一根地焊接線路了,人們生產電子產品的效率及電子產品的可靠性均可大幅度地提升。
當時,在書籍和報紙印刷行業中,人們通常運用照相制版技術來印制書籍和報紙,亦即人們通過照相的方式,把拍攝下來的圖片底版,蝕刻于銅版或者鋅版上,之后人們再用這種銅版或者鋅版印制出書籍和報紙。?!ぐK乖G在嘗試著研制電子線路板的過程中,也運用了與之類似的方法。保·埃斯訥先是畫出電子線路圖,后再把該電子線路圖蝕刻在覆蓋有一層銅箔的絕緣板之上(只留下導通的線路)。如此一來,電子元件之間,便通過該絕緣板上的銅箔所形成的電路相互連接了起來。
?!ぐK乖G發明了印刷電路工藝,使得人們后來大批量化生產電子產品的過程變得更簡便易行,為人們實現機械化和自動化生產電子產品奠定了堅實的工藝基礎。從二十世紀50年代至今,人們能在研制通信設備和計算機等電子產品的過程中持續取得進展,顯然與人們不斷改進并運用印刷電路工藝生產電路板有很大的關聯。一方面,隨著印刷電路工藝水平逐步提高,人們生產出的印刷電路板已經可以達到相當高的精度。另一方面,人們運用印刷電路工藝,已可制造出面積更小,線路更復雜,可靠性卻又很高的電子線路板,這即為人們開發出集成電路,是奠定了必要的技術基礎的。過往的事實向人們一而再、再而三地表明,如果人們沒有發明出印刷電路工藝,不能規?;慨a高精度、高可靠性和更復雜的電子線路板,那么網絡通信、計算機、航空航天、原子能和家電等行業(軟件行業+硬件行業)便不會有今天這般的發達和繁榮。
印刷電路板按結構可分為單面板、雙面板和多層板三種。單面板僅有一面印制電路,制造工藝較簡便,裝配起來較方便,適用于一般要求的電子產品,如收音機、電視機。雙面板的兩面都有印制電路。由于雙面板的布線密度比單面高,所以雙面板在電子產品中可占用更小的空間,如電子計算機、電子儀器、儀表。多層板指的是在絕緣基板上印制3層及其以上印制電路的線路板,多層板是由幾層較薄的單面板或者雙面板組成。多層板與集成電路配合使用,可使整機更小型化,并減少整機重量。多層板有助提高布線密度,縮小元件間距,縮短信號傳輸路徑。多層板有助減少元器件焊接點降低電子產品故障率。多層板因增設了屏蔽層,電路信號失真得以減少。多層板引入了接地散熱層,可減少局部過熱現象,進而提升電子產品在工作時的可靠性。
(注釋:單面板、雙面板與多層板。)
印刷電路板按基材的性質可分為剛性印制板和柔性印制板。剛性印制板有一定的機械強度,一般的電子產品中都有用到剛性印刷電路板。柔性印制電路板是以軟層狀塑料或者其他軟質絕緣材料作為基材。柔性印制板往往有著特別的用途,如手機的顯示屏和按鍵。柔性印制板的優勢是能夠彎曲、卷曲、折疊,能連接剛性印制板與活動部件,從而實現立體布線,三維空間互聯的效果。柔性印制板的體積小,重量輕,裝配方便,適用于內部空間小且組裝密度高的電子產品。
印刷電路板按適用的范圍可分為低頻印制板和高頻印制板。通信設備等電子產品高頻化是一大發展趨勢。當然,現今還出現了碳膜印制電路板、表面安裝印制電路板和金屬芯印制電路板等特殊印刷電路板。
PCB主要可分成五大類型
印制電路板(Printed Circuit Board,簡稱“PCB”),印刷電路板(PCB)是在電路中起固定各種元器件,提供各項元器件之間的連接電路,由絕緣隔熱、有一定強度的材質制作而成的板材。按照基材材質,PCB可以分成剛性板、柔性板、剛撓性結合板、HDI板和封裝基板。
中國本土PCB正蓬勃發展
根據Prismark的數據,2021年,中國印制電路板行業中產值排名位于全球前40的參與者有10家,分別是東山精密、深南電路、景旺電子、勝宏科技、崇達技術、建滔集團、安捷利美維、興森科技、奧士康和世運電路。眾多中國大陸PCB廠商進入排行榜,標志著中國大陸本土PCB在快速發展。
剛性板為目前主要產品類型
根據Prismark的數據,目前中國印制電路板主要產品類型為多層板、HDI板、柔性板、單面板和雙面板等。
綜合來看,剛性板為主要產品類型,單面板和雙面板及多層板屬于剛性板,其中多層板產品占比超過45%,單/雙面板占比在15%左右;而HDI板占比接近20%,柔性板占比約為15%,封裝基板占比接近5%。
因此,中國PCB行業中目前主要供給產品類型為剛性板,HDI板、柔性板和封裝基板產品供給量較少。
先進通訊和計算機是主要應用市場
根據WEEC(世界電子電路理事會)的數據,2021年中國大陸PCB下游應用領域主要為先進通訊、計算機、消費電子和汽車電子四大領域。其中,先進通訊領域市場規模占比最大,超過33%;其次是計算機領域應用領域,占比超過20%;消費電子和汽車電子應用領域占比均在15%左右。
綜合來看,2021年中國大陸印制電路板主要下游市場為先進通訊和計算機領域,消費電子和汽車電子領域具有較大發展潛力。
注:先進通訊包括:手機、有線基礎設施、無線基礎設施;計算機包括:PC、服務器/存儲器、其他計算機。
目前中國市場規模已超過430億美元
得益于全球PCB產能向中國轉移以及下游迅猛發展的電子終端產品制造行業,中國PCB行業整體呈現較快的發展趨勢。受通訊電子、計算機、消費電子、汽車電子、工業控制、醫療器械、國防及航空航天等下游領域強勁需求增長的刺激,中國印制電路板市場規模增長較快,2021年中國PCB行業市場規模超過430億美元,同比上升約24.5%。
隨著5G、大數據、云盤算、人工智能、物聯網等行業快速生長,以及工業配套、成本等優勢,中國PCB行業的市場規模將進一步成長。
—— 更多本行業研究分析詳見前瞻產業研究院《中國印制電路板(PCB)制造行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》
PCB,英文全稱為Printed Circuit Board,中文全稱為印制電路板,是現在電子產品的基礎,現在稍微復雜的電子產品都會用到PCB板,幾乎可以說只要是有電的地方就會有電路板。
手機、電視里綠色或藍色的板子就是PCB板,小到電阻電容,達到CPUGPU,都是焊接在PCB板上,可以說PCB板是電子產品的硬件載體。
如果細分的話,還可以分為PCB和PCBA,PCB就如上圖,只有線路和焊盤,是空板,而PCBA則是已經焊接好的板子。
PCB板是EDA工具設計出來的,現在主要設計工具有:99SE、AD、PADS和allegro,99SE和AD一般是元件較少的板子才用,而pin腳在2000以上的絕大部分都會使用爬到死(PADS)和阿里狗(allegro),現在阿里狗占據大部分的高端手機設計市場,現在手機PCB板幾乎都是用阿里狗畫的。
PCB板畫出來后,還要生成gerben等文件,交給板廠,板廠拿到生產資料后開始切割銅板或鋁板,腐蝕、拼板,這些都是機器自動化完成,板廠完成制作PCB板后,發給SMT廠貼片,按照位號來貼片,需要過爐,需要注意的是有些物料是塑料制品如耳機座子、USB座等是不可以過爐的,高溫會將其融化,這些需要后焊。