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印制電路產(chǎn)業(yè)的命脈掌握在誰(shuí)的手里？

發(fā)布日期：2018-11-16 發(fā)布者：廣東合通建業(yè)科技股份有限公司瀏覽量：(848)次瀏覽

近來(lái)，美國(guó)挑起了與中國(guó)的貿(mào)易戰(zhàn)，大幅提高從中國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品關(guān)稅，并禁止向中國(guó)出口高技術(shù)產(chǎn)品，中國(guó)中興通訊公司遭禁就是一例。

本文引用地址：http://xueduep.cn/xingyezixun/30-182.html

2018年4月美國(guó)商務(wù)部發(fā)布對(duì)中興通訊出口權(quán)限禁令，禁止美國(guó)公司向中興通訊出售零部件、商品、軟件和技術(shù)，期限為7年，禁令一出立即使中興公司進(jìn)入休克狀態(tài)。6月美國(guó)商務(wù)部以中興公司支付巨額罰款、更換董事會(huì)與管理層、購(gòu)買(mǎi)更多美國(guó)產(chǎn)品為條件，才同意解除這項(xiàng)禁令。中興通訊公司是世界通訊設(shè)備制造巨頭之一，命脈卻被美國(guó)政府卡住，原因是缺少核心技術(shù)，缺少核心零部件集成電路。

中美貿(mào)易中的中興事件，對(duì)我國(guó)制造業(yè)敲響警鐘，觸動(dòng)深刻。我們印制電路制造業(yè)也需深思，我們是否因缺少核心技術(shù)而會(huì)被國(guó)外要挾、卡住?印制電路產(chǎn)業(yè)的命脈是否把握在自己手中?

　　1 印制電路板基材是印制電路板命脈

　　中國(guó)是世界印制電路制造大國(guó)，但不是強(qiáng)國(guó)，有不少技術(shù)還落后于美日歐這些發(fā)達(dá)國(guó)家。印制電路板(PCB)制造的關(guān)鍵首先是原材料——基材，沒(méi)有基材就無(wú)法制造PCB，此等于“巧媳婦難為無(wú)米之炊”。

　　PCB基材包括基板(覆銅箔層壓板)、預(yù)浸材料(半固化片)和銅箔等， PCB的許多主要性能是由基材決定的，如機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性和耐燃燒性等。如機(jī)械強(qiáng)度差、電氣性能低的酚醛紙基覆銅箔層壓板制成的PCB，只能用于普通的消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備中或高性能高可靠電子設(shè)備中，PCB必須用高性能的環(huán)氧玻璃布基覆銅箔層壓板或者聚四氟乙烯與液晶聚合物等樹(shù)脂的基板，只有門(mén)當(dāng)戶(hù)對(duì)好的基因才有好的結(jié)果。因此，應(yīng)把基材視作PCB的命脈?，F(xiàn)在，就產(chǎn)量而言中國(guó)已是PCB基材世界第一生產(chǎn)大國(guó)，但有些高性能基材還缺乏國(guó)產(chǎn)，依賴(lài)進(jìn)口。

　　PCB制造工藝技術(shù)在中國(guó)并不弱，憑中國(guó)人的聰明與勤勞，只要具備相應(yīng)材料和設(shè)備條件，再?gòu)?fù)雜的PCB產(chǎn)品都能制造出來(lái)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)企業(yè)制造出各種高性能特種PCB，包括埋置元件、埋嵌銅塊、金屬基散熱、高頻混壓等類(lèi)型PCB都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在中國(guó)PCB制造企業(yè)能工巧匠倍出。然而，新一代高性能PCB所用高性能基材卻還依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口，突出的是高頻高速用基材與高導(dǎo)熱性基材。國(guó)內(nèi)多家PCB制造企業(yè)制造出了多種特種PCB，如“適用于5G通訊的56 Gbps超高速印制電路板”、“5G車(chē)聯(lián)網(wǎng)高密度互聯(lián)模塊”等，經(jīng)專(zhuān)家鑒定當(dāng)屬?lài)?guó)際先進(jìn)水平的PCB產(chǎn)品成果，但他們所用基材是國(guó)外產(chǎn)品。

　　5G時(shí)代即將來(lái)臨，5G意味著第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，并不局限于手機(jī)通訊，從物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市到無(wú)人駕駛汽車(chē)，都需要5G。5G商用服務(wù)將于2018年開(kāi)始使用固定無(wú)線(xiàn)，通常為高頻(例如28 GHz或39 GHz)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署將從2020年起逐步展開(kāi)，事實(shí)上，幾家通訊公司正在計(jì)劃今年晚些時(shí)候發(fā)布5 G網(wǎng)絡(luò)。

　　5G分為兩個(gè)領(lǐng)域;最初是小于6 GHz的市場(chǎng)，小于6 GHz的技術(shù)可以和現(xiàn)在使用的材料兼容;另一個(gè)領(lǐng)域是毫米波，頻率是28 GHz。由于毫米波的頻率非常高，所以對(duì)材料的要求有了很大改變，要求材料必須是低損耗。影響微帶電路上產(chǎn)生插入損耗的因素除絕緣體外，銅導(dǎo)體也變得更加關(guān)鍵。這主要由銅的光滑程度決定，因?yàn)樵陬l率非常高的環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)集膚效應(yīng)，所以銅箔的粗糙程度等因素就變得更加重要。電子設(shè)備不同頻率有不同的設(shè)計(jì)要求，為適合不同頻率的電路就需要具有不同特性的電路材料支持。通常損耗會(huì)隨著頻率的增加而增加，而根據(jù)電路材料的類(lèi)型，插入損耗或損耗因子會(huì)或大或小。對(duì)于微波頻率，電路材料關(guān)鍵參數(shù)(介電常數(shù)Dk)的要求有很大不同，例如用于5G系統(tǒng)的6 GHz及以下的微波頻率，以及用于5 G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的短距離回傳鏈路的30 GHz及以上毫米波頻率，其設(shè)計(jì)要求就為每個(gè)頻段選擇最佳電路材料以最好地支持不同頻率范圍。

　　在尋找適用于5G應(yīng)用的微波和毫米波功率放大器的電路材料時(shí)，除了介電性能Dk、Df外，還需能夠進(jìn)行有效熱管理的電路材料，因?yàn)槠渥陨淼挠性雌骷?huì)導(dǎo)致熱量增加。評(píng)估材料的熱性能有通常認(rèn)為基材熱導(dǎo)率需在0.5 W / m·K兩項(xiàng)參數(shù)導(dǎo)熱率和介電常數(shù)溫度系數(shù)(TCDk)。或更高?；牡腡CDk理想為0 ppm /℃，即Dk不會(huì)隨溫度的改變而改變，但實(shí)際基材的Dk值會(huì)隨著溫度的變化而變化，通常認(rèn)為T(mén)CDk不大于0.005%/℃是很好。對(duì)于5G系統(tǒng)中的放大器和其他電路，要求電路基材具有低Dk、Df和低TCDk值，以及高導(dǎo)熱率，以制造出優(yōu)質(zhì)、高性能、高頻率的功率放大器。

　　新一代PCB重點(diǎn)著眼于5G通訊和汽車(chē)電子領(lǐng)域，使PCB體現(xiàn)出高頻高速特性和高散熱特性。要達(dá)到高頻高速和高散熱性能要求，除了設(shè)計(jì)和制造因素外，特別重要的是基材。因此，應(yīng)該把基材視作PCB的核心技術(shù)，尤其高性能基材是高性能PCB之命脈。

　　2 高性能基材之差距

　　為滿(mǎn)足5G傳輸速率提升的需求，高頻通信、大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)和有源天線(xiàn)(AAU)技術(shù)將廣泛應(yīng)用，許多不同類(lèi)型的高頻電路，包括功率放大器(PA)，需要適當(dāng)?shù)碾娐凡牧?。直接推?dòng)基站射頻前端高頻CCL材料(PTFE和碳?xì)浠衔飿?shù)脂)需求提高至4G的15~20倍。高頻材料的核心要求是低介電常數(shù)(Dk)和低介電損耗因子(Df)，目前主流高頻產(chǎn)品是通過(guò)使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳?xì)浠衔飿?shù)脂材料實(shí)現(xiàn)，美日廠(chǎng)商羅杰斯(55%)Park/Nelco(22%)、Isola(9%)和中興化成(5%)等占據(jù)全球主要市場(chǎng)份額，其中羅杰斯PTFE市場(chǎng)份額在90%以上。目前，羅杰斯等公司的高性能CCL占據(jù)了我國(guó)高性能PCB市場(chǎng)，當(dāng)前的高頻高速PCB用基材幾乎都用國(guó)外公司的規(guī)格號(hào)。

　　2.1 國(guó)外的高性能基材例

　　查閱一些覆銅箔層壓板(CCL) 等PCB基材制造企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)信息，國(guó)際先進(jìn)的CCL制造商有羅杰斯(Roger s)、依索拉(Isola)、派克電化學(xué)(Park Electrochemica)、泰康尼克(Taconic)、騰輝(ventec)、松下(Panasonic)等。現(xiàn)以松下、騰輝、羅杰斯的一些典型產(chǎn)品為代表看其先進(jìn)性。如松下公司超低損耗多層板基材MEGTRON7，型號(hào)R-5785N(CCL)、R-5680(Pp)，在1 GHz時(shí)Dk為3.37、Df為0.001，在12GHz時(shí)Dk為3.35、Df為0.002。這是一種工業(yè)傳輸損耗最低的多層電路板材料，滿(mǎn)足高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大容量、高速傳輸?shù)囊?，有助于提高其信?hào)處理性能。

　　松下公司新近推出一種適用于半導(dǎo)體封裝和模塊的超低傳輸損耗電路板材料，產(chǎn)品型號(hào)為R-G545 L/R-G545 E、預(yù)浸料R-G540L/R-G540E。R-G545L的T g230℃ 、CTE( x ,y - a x i s ) ( 0 . 0 0 1%/ ℃ ) 、CTE( z - a x i s )(0.0022%/℃)，12 GHz時(shí)Dk3.5、Df 0.0026，吸水率0.06%。

　　羅杰斯公司有一系列高頻高速和高導(dǎo)熱基材，其CCL的構(gòu)成有聚四氟烯(PTFE)樹(shù)脂玻璃布增強(qiáng)類(lèi)、PTFE樹(shù)脂填充陶瓷類(lèi)、PTFE樹(shù)脂填充陶瓷玻璃布增強(qiáng)類(lèi)、改性環(huán)氧樹(shù)脂填充陶瓷類(lèi)、碳?xì)錁?shù)脂填充陶瓷類(lèi)、碳?xì)錁?shù)脂填充陶瓷玻璃布增強(qiáng)類(lèi)、填充陶瓷熱固高分子聚合物類(lèi)、聚醚醚酮(PEEK)樹(shù)脂玻璃布增強(qiáng)類(lèi)等。如其天線(xiàn)級(jí)玻璃布PTFE基板AD250CTM在10GHz時(shí)Dk為2.50、Df為0.0013，交叉層疊玻璃布PTFE基板CuClad 217在10 GHz時(shí)Dk為2.17、Df為0.0009; 如PTFE加陶瓷RO3003 TM在10GHz時(shí)Dk為3.0、Df為0.0010;如天線(xiàn)級(jí)碳?xì)浠衔锛犹沾膳c玻璃布RO4725JXRTM在10 GHz時(shí)Dk為2.64、Df為0.0026，碳?xì)浠衔锛犹沾蒚TM3在10 GHz時(shí)Dk為3.45、Df為0.0020;如聚醚醚酮XT/duroid8000在10 GHz時(shí)Dk 為3.3、Df 為0.0035; 還有如高導(dǎo)熱性的改良型環(huán)氧玻璃布基板92 MLTM導(dǎo)熱率2.0 W/m·K 。

　　特別注意的是，羅杰斯公司不是簡(jiǎn)單地提供高性能基材，而是提供先進(jìn)連接解決方案(ACS)。不但推出各種高性能CCL與粘結(jié)片產(chǎn)品，同時(shí)有各種產(chǎn)品的具體性能與應(yīng)用領(lǐng)域介紹以及PCB設(shè)計(jì)與加工技術(shù)指南。羅杰斯公司一直與微波及RF工程師有密切聯(lián)系，有一支非常優(yōu)秀的技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)與PCB制造商及合作伙伴緊密合作，提供與設(shè)計(jì)和處理技術(shù)有關(guān)的幫助。在電氣設(shè)計(jì)師、制造商和材料供應(yīng)商之間形成了一種高效合作關(guān)系。這些舉措也是他們的基材被更多的PCB制造商選用的重要因素。在高導(dǎo)熱基材方面騰輝公司的產(chǎn)品較為突出，如金屬基覆銅板可選擇不同的襯底、絕緣層，導(dǎo)熱率從1 W/m·K到10 W/m·K各種規(guī)格齊全，型號(hào)VT-4B7的導(dǎo)熱率7.0 W/m·K，型號(hào)VT-4B9的導(dǎo)熱率10.0 W/m·K。另有適用于多層PCB的以陶瓷填充的高導(dǎo)熱層壓板和預(yù)浸材料。(型號(hào)VT-5A2)，導(dǎo)熱率2.2 W/m·K是FR-4的8倍。

　　2.2 國(guó)內(nèi)的高性能基材例

　　國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的CCL制造企業(yè)，如2017年國(guó)內(nèi)CCL產(chǎn)量排名前五名公司：廣東生益科技、金安國(guó)紀(jì)科技、山東金寶電子、南亞新材料科技、浙江華正新材料。除山東金寶電子僅紙基覆銅板外，已有或正在推出高性能的CCL與粘結(jié)片(PP)新基材，現(xiàn)摘錄如下：

　　2.2.1 高頻高速基材方面

　　廣東生益科技公司的高速電路基材：S7045G/S7045GB，1 GHz時(shí)Dk為4.4、Df為0.010，5 GHz時(shí)Dk為4.5、Df為0.015，高Tg無(wú)鹵素，較低Z軸CTE。應(yīng)用領(lǐng)域：通訊、服務(wù)器、基站、背板、線(xiàn)卡、高性能計(jì)算機(jī)、辦公路由器等。射頻和微波電路基材：S7136H，10 GHz時(shí)Dk為3.42、Df為0.0030，屬于電子級(jí)玻璃纖維布增強(qiáng)無(wú)機(jī)陶瓷填料和碳?xì)漕?lèi)樹(shù)脂復(fù)合介質(zhì)材料。不同頻率下穩(wěn)定的介電能性，Z 軸膨脹系數(shù)低，優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。應(yīng)用領(lǐng)域：高頻無(wú)線(xiàn)通訊、高速計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星信號(hào)傳輸設(shè)備、微帶和蜂窩基站、天線(xiàn)和功率放大器。這些基材的介電性能接近于低損耗范圍，雖其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但深度尚不明確。

　　南亞新材料科技公司有高速電路(甚低損耗)CCL：NY6300，1 GHz時(shí)Dk為3.7、Df為0.002 ，10 GHz時(shí)Dk為3.6、Df為0.004。另有微波/射頻用電子級(jí)玻璃布增強(qiáng)聚四氟乙烯基CCL，僅見(jiàn)型號(hào)(NYHP-220D、255D、265D)，卻未有具體性能規(guī)格數(shù)值。

　　浙江華正新材料公司高頻材料有 H5300、H5220，適用于基站天線(xiàn) 、機(jī)載、地面和水面雷達(dá)系統(tǒng)。這些產(chǎn)品僅見(jiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)10 GHz時(shí)Dk為3.0、2.2，Df為0.0020、0.0009，不知是否商品化及商品化時(shí)規(guī)格值是多少?

　　2.2.2 高導(dǎo)熱基材方面

　　廣東生益科技公司有高導(dǎo)熱FR-4、導(dǎo)熱粘結(jié)片(ST115 、ST115B), 導(dǎo)熱率1.5 W/m·K。優(yōu)良的散熱性是普通RF-4的3~4倍，此外具有優(yōu)良的耐熱性和絕緣可靠性以及相對(duì)優(yōu)秀的加工性和低Z 軸熱膨脹系數(shù)。(應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)電子設(shè)備、高亮度LED、電源電路、DC整流器)。有鋁基覆銅板SAR15、SAR20，絕緣層為膠膜，導(dǎo)熱率為1.5 W/m?K 、2.0 W/m?K。無(wú)鹵高CTI產(chǎn)品，優(yōu)良的散熱性，優(yōu)良的剝離強(qiáng)度，優(yōu)秀的耐熱性和絕緣可靠性，優(yōu)秀的加工性。(應(yīng)用領(lǐng)域：中功率LED照明、LED電視機(jī)、電源電路)。

　　金安國(guó)紀(jì)科技公司有鋁基覆銅板，按導(dǎo)熱性能區(qū)分包含≤1.0 W/(m?K)、1.0到1.5 W/(m?K)、大于1.5≤2.0 W/(m?K)等多個(gè)系列。適用于LED照明、LED電視、功率放大器、交換機(jī)、汽車(chē)電子設(shè)備、輸入輸出放大器、DC/AC轉(zhuǎn)換器、整流器、高功率晶體管等行業(yè)。

　　華正新材料公司也有散熱性金屬基覆銅板和粘結(jié)片，而其導(dǎo)熱率并非突出，不再多述。另外，看看國(guó)內(nèi)稍有名氣的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)特種基材企業(yè)的產(chǎn)品，如專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)金屬基覆銅板的常州市超順電子技術(shù)有限公司，其認(rèn)為接近國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品鋁基覆銅板CCAF-06型導(dǎo)熱率為2.5~2.8 W/m·K。專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)聚四氟乙烯基材的泰州市旺靈絕緣材料廠(chǎng)，其聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔板F4B255，10 GHz時(shí)Dk為2.55、Df為0.0015。該產(chǎn)品介電常數(shù)與介質(zhì)損耗由于PTFE樹(shù)脂因素確實(shí)是低的，但TCDk值等綜合指標(biāo)還是有差距的。

　　對(duì)于高性能基材的要求，除了介電常數(shù)、介質(zhì)損耗這些指標(biāo)外，還有耐熱性、散熱性、熱膨脹系數(shù)、吸水性等相關(guān)指標(biāo)需要考慮。高性能基材還體現(xiàn)在樹(shù)脂與填料類(lèi)型、編織玻璃布結(jié)構(gòu)、銅箔低粗糙度等。其它還有些高性能的基板材料，如集成電路封裝載板用基材、撓性PCB用液晶聚合物(LCP)樹(shù)脂基材等，尚未見(jiàn)國(guó)產(chǎn)同類(lèi)的商品化基材。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　印制電路板是在絕緣基材上布設(shè)導(dǎo)電電路的產(chǎn)品，其多項(xiàng)重要性能決定于基材固有特性，因此本人把PCB基材技術(shù)視作PCB的核心技術(shù)。尤其對(duì)于高性能PCB，更顯高性能基材的核心地位，它是新一代PCB之命脈。

　　上述對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的高性能基材作了簡(jiǎn)要比較，可能本人孤陋寡聞，國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的基材產(chǎn)品有所遺漏。但當(dāng)前羅杰斯等國(guó)外公司的高性能基材占據(jù)中國(guó)高端PCB的絕大多數(shù)，在行業(yè)內(nèi)大家都能感知，事實(shí)說(shuō)明國(guó)產(chǎn)與國(guó)際先進(jìn)基材的差距。

　　電子信息產(chǎn)業(yè)快進(jìn)入5G時(shí)代，5G來(lái)了!幾乎各行各業(yè)都在為5G這塊大蛋糕切得一角摩拳擦掌。印制電路板同樣如此，國(guó)內(nèi)許多PCB制造公司已經(jīng)拿出了可供5G通訊設(shè)備用的PCB產(chǎn)品，然而這些高性能PCB所用高性能基材幾乎都依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口。

　　我國(guó)通訊設(shè)備制造商華為、中興是進(jìn)入5G時(shí)代的引領(lǐng)先鋒，擁有雄厚的先進(jìn)技術(shù)實(shí)力。但美國(guó)對(duì)中興公司一個(gè)封殺令，讓中興公司趴下，本以為在進(jìn)入5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)，結(jié)果成了翻車(chē)。其原因也很簡(jiǎn)單：中興的通訊設(shè)備集成電路芯片都來(lái)自美國(guó)公司，沒(méi)有自己的芯片，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有高性能芯片?，F(xiàn)在美國(guó)卡住了芯片，就沒(méi)有中興的活路，命脈在他人手中。先進(jìn)產(chǎn)品沒(méi)有自己的核心技術(shù)，好似高樓大廈沒(méi)有扎實(shí)的根基，一有風(fēng)吹草動(dòng)就會(huì)傾覆。

　　這次中興事件對(duì)我們印制電路產(chǎn)業(yè)也是一種啟示，核心技術(shù)受制于人，命脈在他人手中是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的隱患。假若美國(guó)也來(lái)一個(gè)高性能基材不允許出口中國(guó)的禁令，那么我們的5G用高性能PCB拿什么基材生產(chǎn)?在自由世界、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，這種假設(shè)可能完全是杞人憂(yōu)天，但在當(dāng)下的“白宮貿(mào)易盲動(dòng)癥”情況下仍需警示。

　　國(guó)內(nèi)的PCB用基材制造企業(yè)正在努力開(kāi)發(fā)。推出高性能基材，努力接近國(guó)際先進(jìn)水平。目前國(guó)內(nèi)已有國(guó)家電子電路基材工程技術(shù)研究中心和多家省市級(jí)基材技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，相信他們能開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的高性能基材。希望早日實(shí)現(xiàn)高性能基材國(guó)產(chǎn)化，掌握產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)，緊懷產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)，命脈在自己人手中才能趕超國(guó)際先進(jìn)水平。此時(shí)即便沒(méi)有領(lǐng)先一步，也能平駕齊趨。

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