网上有种说法是:一个国家的半导体技术有多先进,往往体现的是该国的现代化工业水平有多高。半导体的电气互联与装配则必须基于线路板上。而印刷电路板(印制电路板)作为一类重要的电子部件,是电子元件的支撑体(载体),于是人们将之形象地称作"电子航母"。到目前为止,通信设备和计算机等几乎所有的电子产品均用到了印刷电路板。印刷电路板的英文全称为Printed Circuit Board,简称为PCB。
二十世纪30年代中期,奥地利有位名叫保·埃斯讷的电气工程师率先发明出了印刷电路工艺。保·埃斯讷早年在维也纳工程学院学的是电气工程专业。1930年,保·埃斯讷从该校毕业后,又去学习并钻研过印刷技术。保·埃斯讷在研究电子线路板的同时,常常会进图书馆里查阅有关印刷技术的书籍资料。再后来,保·埃斯讷在自己的脑子里就萌生出了一个大胆的想法。这个想法就是,如果人们能像印刷书籍和报纸那样,把电子设备的电路也一次性地印刷在线路板上,那么人们便不用再通过手工的方式一块一块地制作出线路板,更不必在每块线路板上一根一根地焊接线路了,人们生产电子产品的效率及电子产品的可靠性均可大幅度地提升。
当时,在书籍和报纸印刷行业中,人们通常运用照相制版技术来印制书籍和报纸,亦即人们通过照相的方式,把拍摄下来的图片底版,蚀刻于铜版或者锌版上,之后人们再用这种铜版或者锌版印制出书籍和报纸。保·埃斯讷在尝试着研制电子线路板的过程中,也运用了与之类似的方法。保·埃斯讷先是画出电子线路图,后再把该电子线路图蚀刻在覆盖有一层铜箔的绝缘板之上(只留下导通的线路)。如此一来,电子元件之间,便通过该绝缘板上的铜箔所形成的电路相互连接了起来。
保·埃斯讷发明了印刷电路工艺,使得人们后来大批量化生产电子产品的过程变得更简便易行,为人们实现机械化和自动化生产电子产品奠定了坚实的工艺基础。从二十世纪50年代至今,人们能在研制通信设备和计算机等电子产品的过程中持续取得进展,显然与人们不断改进并运用印刷电路工艺生产电路板有很大的关联。一方面,随着印刷电路工艺水平逐步提高,人们生产出的印刷电路板已经可以达到相当高的精度。另一方面,人们运用印刷电路工艺,已可制造出面积更小,线路更复杂,可靠性却又很高的电子线路板,这即为人们开发出集成电路,是奠定了必要的技术基础的。过往的事实向人们一而再、再而三地表明,如果人们没有发明出印刷电路工艺,不能规模化量产高精度、高可靠性和更复杂的电子线路板,那么网络通信、计算机、航空航天、原子能和家电等行业(软件行业+硬件行业)便不会有今天这般的发达和繁荣。
印刷电路板按结构可分为单面板、双面板和多层板三种。单面板仅有一面印制电路,制造工艺较简便,装配起来较方便,适用于一般要求的电子产品,如收音机、电视机。双面板的两面都有印制电路。由于双面板的布线密度比单面高,所以双面板在电子产品中可占用更小的空间,如电子计算机、电子仪器、仪表。多层板指的是在绝缘基板上印制3层及其以上印制电路的线路板,多层板是由几层较薄的单面板或者双面板组成。多层板与集成电路配合使用,可使整机更小型化,并减少整机重量。多层板有助提高布线密度,缩小元件间距,缩短信号传输路径。多层板有助减少元器件焊接点降低电子产品故障率。多层板因增设了屏蔽层,电路信号失真得以减少。多层板引入了接地散热层,可减少局部过热现象,进而提升电子产品在工作时的可靠性。
(注释:单面板、双面板与多层板。)
印刷电路板按基材的性质可分为刚性印制板和柔性印制板。刚性印制板有一定的机械强度,一般的电子产品中都有用到刚性印刷电路板。柔性印制电路板是以软层状塑料或者其他软质绝缘材料作为基材。柔性印制板往往有着特别的用途,如手机的显示屏和按键。柔性印制板的优势是能够弯曲、卷曲、折叠,能连接刚性印制板与活动部件,从而实现立体布线,三维空间互联的效果。柔性印制板的体积小,重量轻,装配方便,适用于内部空间小且组装密度高的电子产品。
印刷电路板按适用的范围可分为低频印制板和高频印制板。通信设备等电子产品高频化是一大发展趋势。当然,现今还出现了碳膜印制电路板、表面安装印制电路板和金属芯印制电路板等特殊印刷电路板。
PCB主要可分成五大类型
印制电路板(Printed Circuit Board,简称"PCB"),印刷电路板(PCB)是在电路中起固定各种元器件,提供各项元器件之间的连接电路,由绝缘隔热、有一定强度的材质制作而成的板材。按照基材材质,PCB可以分成刚性板、柔性板、刚挠性结合板、HDI板和封装基板。
中国本土PCB正蓬勃发展
根据Prismark的数据,2021年,中国印制电路板行业中产值排名位于全球前40的参与者有10家,分别是东山精密、深南电路、景旺电子、胜宏科技、崇达技术、建滔集团、安捷利美维、兴森科技、奥士康和世运电路。众多中国大陆PCB厂商进入排行榜,标志着中国大陆本土PCB在快速发展。
刚性板为目前主要产品类型
根据Prismark的数据,目前中国印制电路板主要产品类型为多层板、HDI板、柔性板、单面板和双面板等。
综合来看,刚性板为主要产品类型,单面板和双面板及多层板属于刚性板,其中多层板产品占比超过45%,单/双面板占比在15%左右;而HDI板占比接近20%,柔性板占比约为15%,封装基板占比接近5%。
因此,中国PCB行业中目前主要供给产品类型为刚性板,HDI板、柔性板和封装基板产品供给量较少。
先进通讯和计算机是主要应用市场
根据WEEC(世界电子电路理事会)的数据,2021年中国大陆PCB下游应用领域主要为先进通讯、计算机、消费电子和汽车电子四大领域。其中,先进通讯领域市场规模占比最大,超过33%;其次是计算机领域应用领域,占比超过20%;消费电子和汽车电子应用领域占比均在15%左右。
综合来看,2021年中国大陆印制电路板主要下游市场为先进通讯和计算机领域,消费电子和汽车电子领域具有较大发展潜力。
注:先进通讯包括:手机、有线基础设施、无线基础设施;计算机包括:PC、服务器/存储器、其他计算机。
目前中国市场规模已超过430亿美元
得益于全球PCB产能向中国转移以及下游迅猛发展的电子终端产品制造行业,中国PCB行业整体呈现较快的发展趋势。受通讯电子、计算机、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗器械、国防及航空航天等下游领域强劲需求增长的刺激,中国印制电路板市场规模增长较快,2021年中国PCB行业市场规模超过430亿美元,同比上升约24.5%。
随着5G、大数据、云盘算、人工智能、物联网等行业快速生长,以及工业配套、成本等优势,中国PCB行业的市场规模将进一步成长。
—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国印制电路板(PCB)制造行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
PCB,英文全称为Printed Circuit Board,中文全称为印制电路板,是现在电子产品的基础,现在稍微复杂的电子产品都会用到PCB板,几乎可以说只要是有电的地方就会有电路板。
手机、电视里绿色或蓝色的板子就是PCB板,小到电阻电容,达到CPUGPU,都是焊接在PCB板上,可以说PCB板是电子产品的硬件载体。
如果细分的话,还可以分为PCB和PCBA,PCB就如上图,只有线路和焊盘,是空板,而PCBA则是已经焊接好的板子。
PCB板是EDA工具设计出来的,现在主要设计工具有:99SE、AD、PADS和allegro,99SE和AD一般是元件较少的板子才用,而pin脚在2000以上的绝大部分都会使用爬到死(PADS)和阿里狗(allegro),现在阿里狗占据大部分的高端手机设计市场,现在手机PCB板几乎都是用阿里狗画的。
PCB板画出来后,还要生成gerben等文件,交给板厂,板厂拿到生产资料后开始切割铜板或铝板,腐蚀、拼板,这些都是机器自动化完成,板厂完成制作PCB板后,发给SMT厂贴片,按照位号来贴片,需要过炉,需要注意的是有些物料是塑料制品如耳机座子、USB座等是不可以过炉的,高温会将其融化,这些需要后焊。