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盡早掌握新一代印制電路產業的核心技術

  • 分類:公司新聞
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  • 發布時間:2018-09-20 10:03
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【概要描述】全國電子信息行業杰出企業家中國服務貿易協會專家委員會理  事?山西省運城學院客座教授倪蘊之江蘇蘇杭電子集團公司董事長????中國電子電路行業協會(CPCA)理  事龔永林《印制電路信息》主  編?一、引子  近來,美國挑起了與中國的貿易戰,大幅提高從中國進口產品關稅,并禁止向中國出口高技術產品。中國中興通訊公司遭禁就是一例,今年4月美國商務部發布對中興通訊出口權限禁令,禁止美國公司向中興通訊出售零部件、商品、軟件和技術,期限為7年,禁令一出立即使中興公司進入休克狀態。到6月美國商務部以中興公司支付巨額罰款、更換董事會與管理層、購買更多美國產品為條件,才同意解除這項禁令。中興通訊公司是世界通訊設備制造巨頭之一,命脈卻被美國佬卡住,原因是缺少核心技術,缺少核心零部件集成電路。恰在此時,我國在今年5月底召開中國科學院、中國工程院院士大會,會上習近平總書記發表了重要講話,其中講到:“我國基礎科學研究短板依然突出,企業對基礎研究重視不夠,重大原創性成果缺乏,底層基礎技術、基礎工藝能力不足,工業母機、高端芯片、基礎軟硬件、開發平臺、基本算法、基礎元器件、基礎材料等瓶頸仍然突出,關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變。”一般來說,除了生物醫學之外,核心技術說到底就是材料技術。當產品對加工精度要求極高的話,材料是最大的限制之一。關鍵核心材料,全球共約130種。人類的核心技術,從某種程度上說,指的就是這130種材料。根據國家工信部2018年7月發布的數據,其中的32%國內完全空白,52%依賴進口,在高尖端領域的比例更為懸殊。有些關鍵零部件雖然實現了國產,但生產零件的設備95%依賴進口。由中美貿易中的中興事件,對我國制造業敲響警鐘,觸動深刻。習總書記的講話切中科技和產業發展要害與瓶頸。對于我們印制電路制造業也值得深思,我國印制電路產業有何短板?是否有缺少核心技術而會被外國要挾、卡住?印制電路產業的命脈是否把握在自己手中??二、高性能基材是新一代印制電路板的命脈  電子信息產業即將進入5G時代,5G來了!5G意味著第五代移動網絡,并不局限于手機通訊,從物聯網、智慧城市到無人駕駛汽車,都需要5G。幾乎各行各業都在摩拳擦掌,為在5G這塊大蛋糕切得一角,印制電路板同樣如此,5G設備帶來了新一代印制電路板。  印制電路板(PCB)制造的關鍵首先是原材料—基材,沒有基材就無法制造PCB,巧媳婦難為無米之炊。PCB基材包括基板(覆銅箔層壓板CCL)、預浸材料(半固化片Pp)和銅箔等,PCB的許多主要性能是由基材決定的,如機械強度、介電性能、尺寸穩定性、耐熱性和耐燃燒性等。如機械強度差、電氣性能低的酚醛紙基CCL制成的PCB只能用于低端的消費類電子設備中,高性能高可靠電子設備中PCB必須用高性能的環氧玻璃布基或者聚四氟乙烯與液晶聚合物等樹脂的CCL,只有門當戶對的好基因才能結出好果實。  PCB制造工藝技術在中國大陸并不弱,憑中國人的勤勞與聰明,只要具備相應材料和設備條件,企業有能工巧匠,再復雜的PCB產品都能制造出來。現在國內企業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、高頻混壓等類型PCB都達到國際先進水平。然而,新一代高性能PCB所用高性能基材卻還依賴于國外進口,突出的是高頻高速用基材與高導熱性基材。國內多家PCB制造企業制造出了多種特種PCB,如“適用于5G通訊的56Gbps超高速印制電路板”、“5G車聯網高密度互聯模塊”等,經專家鑒定當屬國際先進水平的PCB產品成果,遺憾的是他們所用基材是外國貨。現在,就產量而言中國已是PCB基材世界第一生產大國,但有些高性能基材還缺乏國產,依靠國外進口。  電子設備不同頻率有不同的設計要求,為最適合不同頻率的電路就需要具有不同特性的電路基材支持。在尋找適用于5G應用的微波和毫米波功率放大器的電路材料時,除了基材必須是低介質損耗(Df)和低介電常數(Dk)外,還有能夠進行有效熱管理的電路材料。評估材料的熱性能有兩項參數導熱率和介電常數溫度系數(TCDk)。對于5G系統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,以及高導熱率,以制造出優質、高性能、高頻率的功率放大器。  影響微帶電路上產生插入損耗的因素除絕緣體外,銅導體也就變得更加關鍵了。這主要由銅表面的光滑程度決定,因為在頻率非常高的環境下,會出現集膚效應,所以銅箔的粗糙程度等也是重要因素,加上電路微細化要求薄銅箔及超薄銅箔。  新一代PCB重點在5G通訊和汽車電子,在PCB上體現出高頻高速特性和高散熱特性。而PCB要達到高頻高速和高散熱性能要求,除了設計和制造因素外,特別重要的是基材。因此,應該把基材視作PCB的核心技術,尤其高性能基材是高性能PCB之命脈。?三、高性能基材之差距  高頻材料的主要要求是低介電常數(Dk)和低介電損耗因子(Df),目前主流高頻產品是通過使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂材料實現。查閱一些覆銅箔層壓板(CCL)等PCB基材制造企業的產品技術信息,國際先進的CCL制造商有羅杰斯(Rogers)、依索拉(Isola)、派克電化學(ParkElectrochemica)、泰康尼克(Taconic)、騰輝(ventec)、松下(Panasonic)等。如松下公司超低損耗多層板基材MEGTRON7,為一種工業傳輸損耗最低的多層電路板材料,滿足高端網絡設備大容量、高速傳輸的要求。  羅杰斯公司有一系列高頻高速和高導熱基材,其CCL的構成有聚四氟烯(PTFE)樹脂玻璃布增強類、PTFE樹脂填充陶瓷類、PTFE樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、改性環氧樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、填充陶瓷熱固高分子聚合物類、聚醚醚酮(PEEK)樹脂玻璃布增強類等。特別要注意到,羅杰斯公司不是簡單地提供高性能基材,而是提供先進連接解決方案(ACS),不但推出各種高性能CCL與Pp產品,同時有各種產品的具體性能與應用領域介紹,以及PCB設計與加工技術指南。他們的新基材開發與PCB用戶相結合,針對性強、目標明確。羅杰斯公司這些做法也是他們的基材被更多的PCB制造商選用的因素。  高導熱基材方面騰輝公司的產品較為突出,如金屬基覆銅板可選擇不同的襯底、絕緣層,導熱率從1W/m·K到10W/m·K各種規格都有,有適用于多層PCB的以陶瓷填充的高導熱層壓板和預浸材料,導熱率2.2W/m·K是FR-4的8倍。  據安信證券.南方財富網報道:高頻基材基本都被美日廠商占有,羅杰斯(55%)、Park/Nelco(22%)、Isola(9%)和中興化成(5%)等占據全球主要市場份額,其中PTFE市場份額羅杰斯在90%以上。對于這些百分比數值是否確切不說,而制造高性能PCB的工程師們說到基材言必稱外國某公司產品,當前我國高頻高速PCB用基材幾乎都用外國公司的規格型號這些是事實。  再看我們國內領先的CCL制造企業,如CPCA的第十七屆(2017)中國電子電路行業排行榜所列國內CCL產量排名前五名公司:廣東生益科技、金安國紀科技、山東金寶電子、南亞新材料科技、浙江華正新材料。查看這些公司的網站,除山東金寶電子僅紙基覆銅板外,其他四家已有或正在推出高性能的CCL與Pp新基材。  如國內名列前茅的廣東生益科技公司有高速電路基材:S7045G/S7045GB,應用領域:通訊、服務器、基站、背板、線卡、高性能計算機、辦公路由器等;射頻&微波電路基材:S7136H,應用領域:高頻無線通訊、高速計算機、衛星信號傳輸設備、微帶和蜂窩基站、天線和功率放大器。這些基材的介電性能只是接近于低損耗范圍。  南亞新材料科技公司有高速電路和微波/射頻用CCL,有些僅見型號卻未有具體性能規格數值。浙江華正新材料公司有高頻材料,稱適用于基站天線、機載、地面和水面雷達系統,這些產品僅見測試數據,不知是否商品化及商品化時規格值是多少?國內的這些高速高頻電路基材都有極廣應用領域,羅列了一大堆用途,但針對性差。通常包治百病的藥,反而難以治好一病。導熱基材方面,廣東生益科技公司有高導熱FR-4、導熱粘結片,導熱率1.5W/m·K;有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/m?K。金安國紀科技公司有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/m?K。華正新材料公司也有散熱性金屬基覆銅板和粘結片。國內公司與騰輝公司的高導熱基材相比指標還差一大截。  對于高性能基材的要求,除了介電常數、介質損耗這些指標外,還有耐熱性、散熱性、熱膨脹系數、吸水性等相關指標要考慮。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)樹脂基材、HDI板積層粘結片等,尚未見國產的該類商品化基材。當然,基材達到高性能需要有相應樹脂與填料、玻璃布、銅箔等材料匹配,這些基材的材料來源如何也是值得深思的。?四、把握產業核心技術  我們把PCB基材技術視作PCB的核心技術,尤其對于高性能PCB更顯高性能基材的核心地位,它是新一代PCB之命脈。  上述對現有國內外先進的高性能基材作了簡要比較,可能我們孤陋寡聞,把國內先進水平的基材產品遺漏了,或者寫錯了、貶低了。而當前外國公司的高性能基材占據中國高端PCB的絕大多數,在行業內大家都能感知,這事實就是說明了國產與國際先進基材的差距,這屬“關鍵核心技術受制于人的局面”。  我國通訊設備制造商華為、中興是進入5G時代的引領先鋒,擁有雄厚的先進技術實力。但美國對中興公司一個封殺令,讓中興公司趴下,本以為在進入5G時代實現彎道超車,結果成了翻車。其原因也很簡單:中興的通訊設備集成電路芯片,都來自美國公司,中興沒有自己的芯片,國內也沒有高性能芯片,命脈在他人手中,現在美國卡住了芯片,就沒有中興的活路。先進產品沒有自己的核心技術,好似高樓大廈沒有扎實的根基,一有風吹草動就會傾覆。  習總書記在今年的兩院大會上還講到:“實踐反復告訴我們,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中,才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”  假若美國也來一下高性能基材不允許出口中國的禁令,那么我們的5G用高性能PCB拿什么基材生產?在自由世界、市場經濟環境下,這種假設可能完全是杞人憂天、危言聳聽。但當下的“白宮貿易盲動癥”情況下,仍需要警示。我們看事物講辨證法、一分為二,壞事會變好事,讓美帝的制裁變成發奮圖強的動力!國務院印發的《集成電路產業發展綱要》明確提出:“2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,產業實現跨越式發展”。  國內的PCB用基材制造企業是在努力開發、推出高性能基材,正在接近國際先進水平。國內已有國家電子電路基材工程技術研究中心和多家省市級基材技術研究開發中心,也得到了政府的獎勵或資助。總之,我國的基礎科學和科技之路任重道遠,沒有彎道可以超車,還是要加緊從基礎教育、理論研究踏踏實實做起。相信上級主管部門一定能充分發揮制度優勢,及時決策,進一步整合資源,引領他們開發出先進的高性能基材。衷心希望早日實現高性能基材國產化,掌握產業核心技術和產業發展主動權,使我國印制電路產業持續安全發展。??[參考文獻]?[1]證券時報.中興禁令解除罰款10億美元30萬股民的心可以放下嗎(N/OL).新浪網2018-06-08,[2]PrismarkPartnersLLC.ExcerptsfromPrismark’sPresentationatCPCA2018(J/OL).PCBmagazine2018/05[3]I-Connect007EditorialTeam.ExpertsDiscussion:WhatDoes5GMeantoMaterialsandEDATools?(J/OL).PCBmagazine2018/05[4]JohnCoonrod.MakingtheMostofPCBMaterialsfor5GMicrowaveandmmWaveAmps(J/OL).PCBdesign2018/05[5]安信證券.南方財富網(OL).http://www.southmoney.co

盡早掌握新一代印制電路產業的核心技術

【概要描述】全國電子信息行業杰出企業家中國服務貿易協會專家委員會理  事?山西省運城學院客座教授倪蘊之江蘇蘇杭電子集團公司董事長????中國電子電路行業協會(CPCA)理  事龔永林《印制電路信息》主  編?一、引子  近來,美國挑起了與中國的貿易戰,大幅提高從中國進口產品關稅,并禁止向中國出口高技術產品。中國中興通訊公司遭禁就是一例,今年4月美國商務部發布對中興通訊出口權限禁令,禁止美國公司向中興通訊出售零部件、商品、軟件和技術,期限為7年,禁令一出立即使中興公司進入休克狀態。到6月美國商務部以中興公司支付巨額罰款、更換董事會與管理層、購買更多美國產品為條件,才同意解除這項禁令。中興通訊公司是世界通訊設備制造巨頭之一,命脈卻被美國佬卡住,原因是缺少核心技術,缺少核心零部件集成電路。恰在此時,我國在今年5月底召開中國科學院、中國工程院院士大會,會上習近平總書記發表了重要講話,其中講到:“我國基礎科學研究短板依然突出,企業對基礎研究重視不夠,重大原創性成果缺乏,底層基礎技術、基礎工藝能力不足,工業母機、高端芯片、基礎軟硬件、開發平臺、基本算法、基礎元器件、基礎材料等瓶頸仍然突出,關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變。”一般來說,除了生物醫學之外,核心技術說到底就是材料技術。當產品對加工精度要求極高的話,材料是最大的限制之一。關鍵核心材料,全球共約130種。人類的核心技術,從某種程度上說,指的就是這130種材料。根據國家工信部2018年7月發布的數據,其中的32%國內完全空白,52%依賴進口,在高尖端領域的比例更為懸殊。有些關鍵零部件雖然實現了國產,但生產零件的設備95%依賴進口。由中美貿易中的中興事件,對我國制造業敲響警鐘,觸動深刻。習總書記的講話切中科技和產業發展要害與瓶頸。對于我們印制電路制造業也值得深思,我國印制電路產業有何短板?是否有缺少核心技術而會被外國要挾、卡住?印制電路產業的命脈是否把握在自己手中??二、高性能基材是新一代印制電路板的命脈  電子信息產業即將進入5G時代,5G來了!5G意味著第五代移動網絡,并不局限于手機通訊,從物聯網、智慧城市到無人駕駛汽車,都需要5G。幾乎各行各業都在摩拳擦掌,為在5G這塊大蛋糕切得一角,印制電路板同樣如此,5G設備帶來了新一代印制電路板。  印制電路板(PCB)制造的關鍵首先是原材料—基材,沒有基材就無法制造PCB,巧媳婦難為無米之炊。PCB基材包括基板(覆銅箔層壓板CCL)、預浸材料(半固化片Pp)和銅箔等,PCB的許多主要性能是由基材決定的,如機械強度、介電性能、尺寸穩定性、耐熱性和耐燃燒性等。如機械強度差、電氣性能低的酚醛紙基CCL制成的PCB只能用于低端的消費類電子設備中,高性能高可靠電子設備中PCB必須用高性能的環氧玻璃布基或者聚四氟乙烯與液晶聚合物等樹脂的CCL,只有門當戶對的好基因才能結出好果實。  PCB制造工藝技術在中國大陸并不弱,憑中國人的勤勞與聰明,只要具備相應材料和設備條件,企業有能工巧匠,再復雜的PCB產品都能制造出來。現在國內企業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、高頻混壓等類型PCB都達到國際先進水平。然而,新一代高性能PCB所用高性能基材卻還依賴于國外進口,突出的是高頻高速用基材與高導熱性基材。國內多家PCB制造企業制造出了多種特種PCB,如“適用于5G通訊的56Gbps超高速印制電路板”、“5G車聯網高密度互聯模塊”等,經專家鑒定當屬國際先進水平的PCB產品成果,遺憾的是他們所用基材是外國貨。現在,就產量而言中國已是PCB基材世界第一生產大國,但有些高性能基材還缺乏國產,依靠國外進口。  電子設備不同頻率有不同的設計要求,為最適合不同頻率的電路就需要具有不同特性的電路基材支持。在尋找適用于5G應用的微波和毫米波功率放大器的電路材料時,除了基材必須是低介質損耗(Df)和低介電常數(Dk)外,還有能夠進行有效熱管理的電路材料。評估材料的熱性能有兩項參數導熱率和介電常數溫度系數(TCDk)。對于5G系統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,以及高導熱率,以制造出優質、高性能、高頻率的功率放大器。  影響微帶電路上產生插入損耗的因素除絕緣體外,銅導體也就變得更加關鍵了。這主要由銅表面的光滑程度決定,因為在頻率非常高的環境下,會出現集膚效應,所以銅箔的粗糙程度等也是重要因素,加上電路微細化要求薄銅箔及超薄銅箔。  新一代PCB重點在5G通訊和汽車電子,在PCB上體現出高頻高速特性和高散熱特性。而PCB要達到高頻高速和高散熱性能要求,除了設計和制造因素外,特別重要的是基材。因此,應該把基材視作PCB的核心技術,尤其高性能基材是高性能PCB之命脈。?三、高性能基材之差距  高頻材料的主要要求是低介電常數(Dk)和低介電損耗因子(Df),目前主流高頻產品是通過使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂材料實現。查閱一些覆銅箔層壓板(CCL)等PCB基材制造企業的產品技術信息,國際先進的CCL制造商有羅杰斯(Rogers)、依索拉(Isola)、派克電化學(ParkElectrochemica)、泰康尼克(Taconic)、騰輝(ventec)、松下(Panasonic)等。如松下公司超低損耗多層板基材MEGTRON7,為一種工業傳輸損耗最低的多層電路板材料,滿足高端網絡設備大容量、高速傳輸的要求。  羅杰斯公司有一系列高頻高速和高導熱基材,其CCL的構成有聚四氟烯(PTFE)樹脂玻璃布增強類、PTFE樹脂填充陶瓷類、PTFE樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、改性環氧樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、填充陶瓷熱固高分子聚合物類、聚醚醚酮(PEEK)樹脂玻璃布增強類等。特別要注意到,羅杰斯公司不是簡單地提供高性能基材,而是提供先進連接解決方案(ACS),不但推出各種高性能CCL與Pp產品,同時有各種產品的具體性能與應用領域介紹,以及PCB設計與加工技術指南。他們的新基材開發與PCB用戶相結合,針對性強、目標明確。羅杰斯公司這些做法也是他們的基材被更多的PCB制造商選用的因素。  高導熱基材方面騰輝公司的產品較為突出,如金屬基覆銅板可選擇不同的襯底、絕緣層,導熱率從1W/m·K到10W/m·K各種規格都有,有適用于多層PCB的以陶瓷填充的高導熱層壓板和預浸材料,導熱率2.2W/m·K是FR-4的8倍。  據安信證券.南方財富網報道:高頻基材基本都被美日廠商占有,羅杰斯(55%)、Park/Nelco(22%)、Isola(9%)和中興化成(5%)等占據全球主要市場份額,其中PTFE市場份額羅杰斯在90%以上。對于這些百分比數值是否確切不說,而制造高性能PCB的工程師們說到基材言必稱外國某公司產品,當前我國高頻高速PCB用基材幾乎都用外國公司的規格型號這些是事實。  再看我們國內領先的CCL制造企業,如CPCA的第十七屆(2017)中國電子電路行業排行榜所列國內CCL產量排名前五名公司:廣東生益科技、金安國紀科技、山東金寶電子、南亞新材料科技、浙江華正新材料。查看這些公司的網站,除山東金寶電子僅紙基覆銅板外,其他四家已有或正在推出高性能的CCL與Pp新基材。  如國內名列前茅的廣東生益科技公司有高速電路基材:S7045G/S7045GB,應用領域:通訊、服務器、基站、背板、線卡、高性能計算機、辦公路由器等;射頻&微波電路基材:S7136H,應用領域:高頻無線通訊、高速計算機、衛星信號傳輸設備、微帶和蜂窩基站、天線和功率放大器。這些基材的介電性能只是接近于低損耗范圍。  南亞新材料科技公司有高速電路和微波/射頻用CCL,有些僅見型號卻未有具體性能規格數值。浙江華正新材料公司有高頻材料,稱適用于基站天線、機載、地面和水面雷達系統,這些產品僅見測試數據,不知是否商品化及商品化時規格值是多少?國內的這些高速高頻電路基材都有極廣應用領域,羅列了一大堆用途,但針對性差。通常包治百病的藥,反而難以治好一病。導熱基材方面,廣東生益科技公司有高導熱FR-4、導熱粘結片,導熱率1.5W/m·K;有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/m?K。金安國紀科技公司有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/m?K。華正新材料公司也有散熱性金屬基覆銅板和粘結片。國內公司與騰輝公司的高導熱基材相比指標還差一大截。  對于高性能基材的要求,除了介電常數、介質損耗這些指標外,還有耐熱性、散熱性、熱膨脹系數、吸水性等相關指標要考慮。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)樹脂基材、HDI板積層粘結片等,尚未見國產的該類商品化基材。當然,基材達到高性能需要有相應樹脂與填料、玻璃布、銅箔等材料匹配,這些基材的材料來源如何也是值得深思的。?四、把握產業核心技術  我們把PCB基材技術視作PCB的核心技術,尤其對于高性能PCB更顯高性能基材的核心地位,它是新一代PCB之命脈。  上述對現有國內外先進的高性能基材作了簡要比較,可能我們孤陋寡聞,把國內先進水平的基材產品遺漏了,或者寫錯了、貶低了。而當前外國公司的高性能基材占據中國高端PCB的絕大多數,在行業內大家都能感知,這事實就是說明了國產與國際先進基材的差距,這屬“關鍵核心技術受制于人的局面”。  我國通訊設備制造商華為、中興是進入5G時代的引領先鋒,擁有雄厚的先進技術實力。但美國對中興公司一個封殺令,讓中興公司趴下,本以為在進入5G時代實現彎道超車,結果成了翻車。其原因也很簡單:中興的通訊設備集成電路芯片,都來自美國公司,中興沒有自己的芯片,國內也沒有高性能芯片,命脈在他人手中,現在美國卡住了芯片,就沒有中興的活路。先進產品沒有自己的核心技術,好似高樓大廈沒有扎實的根基,一有風吹草動就會傾覆。  習總書記在今年的兩院大會上還講到:“實踐反復告訴我們,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中,才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”  假若美國也來一下高性能基材不允許出口中國的禁令,那么我們的5G用高性能PCB拿什么基材生產?在自由世界、市場經濟環境下,這種假設可能完全是杞人憂天、危言聳聽。但當下的“白宮貿易盲動癥”情況下,仍需要警示。我們看事物講辨證法、一分為二,壞事會變好事,讓美帝的制裁變成發奮圖強的動力!國務院印發的《集成電路產業發展綱要》明確提出:“2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,產業實現跨越式發展”。  國內的PCB用基材制造企業是在努力開發、推出高性能基材,正在接近國際先進水平。國內已有國家電子電路基材工程技術研究中心和多家省市級基材技術研究開發中心,也得到了政府的獎勵或資助。總之,我國的基礎科學和科技之路任重道遠,沒有彎道可以超車,還是要加緊從基礎教育、理論研究踏踏實實做起。相信上級主管部門一定能充分發揮制度優勢,及時決策,進一步整合資源,引領他們開發出先進的高性能基材。衷心希望早日實現高性能基材國產化,掌握產業核心技術和產業發展主動權,使我國印制電路產業持續安全發展。??[參考文獻]?[1]證券時報.中興禁令解除罰款10億美元30萬股民的心可以放下嗎(N/OL).新浪網2018-06-08,[2]PrismarkPartnersLLC.ExcerptsfromPrismark’sPresentationatCPCA2018(J/OL).PCBmagazine2018/05[3]I-Connect007EditorialTeam.ExpertsDiscussion:WhatDoes5GMeantoMaterialsandEDATools?(J/OL).PCBmagazine2018/05[4]JohnCoonrod.MakingtheMostofPCBMaterialsfor5GMicrowaveandmmWaveAmps(J/OL).PCBdesign2018/05[5]安信證券.南方財富網(OL).http://www.southmoney.co

  • 分類:公司新聞
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2018-09-20 10:03
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詳情

 

全國電子信息行業杰出企業家

中國服務貿易協會專家委員會 理  事  
山西省運城學院 客座教授 倪蘊之
江蘇蘇杭電子集團公司 董 事 長  
     
中國電子電路行業協會(CPCA) 理  事 龔永林
《印制電路信息》 主  編

 

一、 引子

  近來,美國挑起了與中國的貿易戰,大幅提高從中國進口產品關稅,并禁止向中國出口高技術產品。中國中興通訊公司遭禁就是一例,今年4月美國商務部發布對中興通訊出口權限禁令,禁止美國公司向中興通訊出售零部件、商品、軟件和技術,期限為7年,禁令一出立即使中興公司進入休克狀態。到6月美國商務部以中興公司支付巨額罰款、更換董事會與管理層、購買更多美國產品為條件,才同意解除這項禁令。中興通訊公司是世界通訊設備制造巨頭之一,命脈卻被美國佬卡住,原因是缺少核心技術,缺少核心零部件集成電路。

恰在此時,我國在今年5月底召開中國科學院、中國工程院院士大會,會上習近平總書記發表了重要講話,其中講到:“我國基礎科學研究短板依然突出,企業對基礎研究重視不夠,重大原創性成果缺乏,底層基礎技術、基礎工藝能力不足,工業母機、高端芯片、基礎軟硬件、開發平臺、基本算法、基礎元器件、基礎材料等瓶頸仍然突出,關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變。”

一般來說,除了生物醫學之外,核心技術說到底就是材料技術。當產品對加工精度要求極高的話,材料是最大的限制之一。關鍵核心材料,全球共約130種。人類的核心技術,從某種程度上說,指的就是這130種材料。根據國家工信部2018年7月發布的數據,其中的32%國內完全空白,52%依賴進口,在高尖端領域的比例更為懸殊。有些關鍵零部件雖然實現了國產,但生產零件的設備95%依賴進口。

由中美貿易中的中興事件,對我國制造業敲響警鐘,觸動深刻。習總書記的講話切中科技和產業發展要害與瓶頸。對于我們印制電路制造業也值得深思,我國印制電路產業有何短板?是否有缺少核心技術而會被外國要挾、卡住?印制電路產業的命脈是否把握在自己手中?

 

二、 高性能基材是新一代印制電路板的命脈

  電子信息產業即將進入5G時代,5G來了!5G意味著第五代移動網絡,并不局限于手機通訊,從物聯網、智慧城市到無人駕駛汽車,都需要5G。幾乎各行各業都在摩拳擦掌,為在5G這塊大蛋糕切得一角,印制電路板同樣如此,5G設備帶來了新一代印制電路板。

  印制電路板(PCB)制造的關鍵首先是原材料—基材,沒有基材就無法制造PCB,巧媳婦難為無米之炊。PCB基材包括基板(覆銅箔層壓板CCL)、預浸材料(半固化片Pp)和銅箔等, PCB的許多主要性能是由基材決定的,如機械強度、介電性能、尺寸穩定性、耐熱性和耐燃燒性等。如機械強度差、電氣性能低的酚醛紙基CCL制成的PCB只能用于低端的消費類電子設備中,高性能高可靠電子設備中PCB必須用高性能的環氧玻璃布基或者聚四氟乙烯與液晶聚合物等樹脂的CCL,只有門當戶對的好基因才能結出好果實。

  PCB制造工藝技術在中國大陸并不弱,憑中國人的勤勞與聰明,只要具備相應材料和設備條件,企業有能工巧匠,再復雜的PCB產品都能制造出來。現在國內企業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、高頻混壓等類型PCB都達到國際先進水平。然而,新一代高性能PCB所用高性能基材卻還依賴于國外進口,突出的是高頻高速用基材與高導熱性基材。國內多家PCB制造企業制造出了多種特種PCB,如“適用于5G通訊的56Gbps超高速印制電路板”、“5G 車聯網高密度互聯模塊”等,經專家鑒定當屬國際先進水平的PCB產品成果,遺憾的是他們所用基材是外國貨。現在,就產量而言中國已是PCB基材世界第一生產大國,但有些高性能基材還缺乏國產,依靠國外進口。

  電子設備不同頻率有不同的設計要求,為最適合不同頻率的電路就需要具有不同特性的電路基材支持。在尋找適用于5G應用的微波和毫米波功率放大器的電路材料時,除了基材必須是低介質損耗(Df)和低介電常數(Dk)外,還有能夠進行有效熱管理的電路材料。評估材料的熱性能有兩項參數導熱率和介電常數溫度系數(TCDk)。對于5G系統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,以及高導熱率,以制造出優質、高性能、高頻率的功率放大器。

  影響微帶電路上產生插入損耗的因素除絕緣體外,銅導體也就變得更加關鍵了。這主要由銅表面的光滑程度決定,因為在頻率非常高的環境下,會出現集膚效應,所以銅箔的粗糙程度等也是重要因素,加上電路微細化要求薄銅箔及超薄銅箔。

  新一代PCB重點在5G通訊和汽車電子,在PCB上體現出高頻高速特性和高散熱特性。而PCB要達到高頻高速和高散熱性能要求,除了設計和制造因素外,特別重要的是基材。因此,應該把基材視作PCB的核心技術,尤其高性能基材是高性能PCB之命脈。

 

三、高性能基材之差距

  高頻材料的主要要求是低介電常數(Dk)和低介電損耗因子(Df),目前主流高頻產品是通過使用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂材料實現。

查閱一些覆銅箔層壓板(CCL)等PCB基材制造企業的產品技術信息,國際先進的CCL制造商有羅杰斯(Rogers)、依索拉(Isola)、派克電化學(Park Electrochemica)、泰康尼克(Taconic)、騰輝(ventec)、松下(Panasonic)等。如松下公司超低損耗多層板基材MEGTRON7,為一種工業傳輸損耗最低的多層電路板材料,滿足高端網絡設備大容量、高速傳輸的要求。

  羅杰斯公司有一系列高頻高速和高導熱基材,其CCL的構成有聚四氟烯(PTFE)樹脂玻璃布增強類、PTFE樹脂填充陶瓷類、PTFE樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、改性環氧樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷類、碳氫樹脂填充陶瓷玻璃布增強類、填充陶瓷熱固高分子聚合物類、聚醚醚酮(PEEK)樹脂玻璃布增強類等。特別要注意到,羅杰斯公司不是簡單地提供高性能基材,而是提供先進連接解決方案(ACS),不但推出各種高性能CCL與Pp產品,同時有各種產品的具體性能與應用領域介紹,以及PCB設計與加工技術指南。他們的新基材開發與PCB用戶相結合,針對性強、目標明確。羅杰斯公司這些做法也是他們的基材被更多的PCB制造商選用的因素。

  高導熱基材方面騰輝公司的產品較為突出,如金屬基覆銅板可選擇不同的襯底、絕緣層,導熱率從1W/m·K到10W/ m·K各種規格都有,有適用于多層PCB的以陶瓷填充的高導熱層壓板和預浸材料,導熱率2.2 W/m·K是FR-4的8倍。

  據安信證券.南方財富網報道:高頻基材基本都被美日廠商占有,羅杰斯(55%)、Park/Nelco(22%)、Isola(9%)和中興化成(5%)等占據全球主要市場份額,其中PTFE市場份額羅杰斯在90%以上。對于這些百分比數值是否確切不說,而制造高性能PCB的工程師們說到基材言必稱外國某公司產品,當前我國高頻高速PCB用基材幾乎都用外國公司的規格型號這些是事實。

  再看我們國內領先的CCL制造企業,如CPCA的第十七屆(2017)中國電子電路行業排行榜所列國內CCL產量排名前五名公司:廣東生益科技、金安國紀科技、山東金寶電子、南亞新材料科技、浙江華正新材料。查看這些公司的網站,除山東金寶電子僅紙基覆銅板外,其他四家已有或正在推出高性能的CCL與Pp新基材。

  如國內名列前茅的廣東生益科技公司有高速電路基材:S7045G/ S7045GB,應用領域:通訊、服務器、基站、背板、線卡、高性能計算機、辦公路由器等; 射頻&微波電路基材:S7136H,應用領域:高頻無線通訊、高速計算機、衛星信號傳輸設備、微帶和蜂窩基站、天線和功率放大器。這些基材的介電性能只是接近于低損耗范圍。

  南亞新材料科技公司有高速電路和微波/射頻用CCL,有些僅見型號卻未有具體性能規格數值。浙江華正新材料公司有高頻材料,稱適用于基站天線 、機載、地面和水面雷達系統,這些產品僅見測試數據,不知是否商品化及商品化時規格值是多少?國內的這些高速高頻電路基材都有極廣應用領域,羅列了一大堆用途,但針對性差。通常包治百病的藥,反而難以治好一病。

導熱基材方面,廣東生益科技公司有高導熱FR-4、導熱粘結片,導熱率1.5W/m·K; 有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/ m?K。金安國紀科技公司有鋁基覆銅板,導熱率2.0W/ m?K。華正新材料公司也有散熱性金屬基覆銅板和粘結片。國內公司與騰輝公司的高導熱基材相比指標還差一大截。

  對于高性能基材的要求,除了介電常數、介質損耗這些指標外,還有耐熱性、散熱性、熱膨脹系數、吸水性等相關指標要考慮。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)樹脂基材、HDI板積層粘結片等,尚未見國產的該類商品化基材。當然,基材達到高性能需要有相應樹脂與填料、玻璃布、銅箔等材料匹配,這些基材的材料來源如何也是值得深思的。

 

四、把握產業核心技術

  我們把PCB基材技術視作PCB的核心技術,尤其對于高性能PCB更顯高性能基材的核心地位,它是新一代PCB之命脈。

  上述對現有國內外先進的高性能基材作了簡要比較,可能我們孤陋寡聞,把國內先進水平的基材產品遺漏了,或者寫錯了、貶低了。而當前外國公司的高性能基材占據中國高端PCB的絕大多數,在行業內大家都能感知,這事實就是說明了國產與國際先進基材的差距,這屬“關鍵核心技術受制于人的局面”。

  我國通訊設備制造商華為、中興是進入5G時代的引領先鋒,擁有雄厚的先進技術實力。但美國對中興公司一個封殺令,讓中興公司趴下,本以為在進入5G時代實現彎道超車,結果成了翻車。其原因也很簡單:中興的通訊設備集成電路芯片,都來自美國公司,中興沒有自己的芯片,國內也沒有高性能芯片,命脈在他人手中,現在美國卡住了芯片,就沒有中興的活路。先進產品沒有自己的核心技術,好似高樓大廈沒有扎實的根基,一有風吹草動就會傾覆。

  習總書記在今年的兩院大會上還講到:“實踐反復告訴我們,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中,才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”

  假若美國也來一下高性能基材不允許出口中國的禁令,那么我們的5G用高性能PCB拿什么基材生產?在自由世界、市場經濟環境下,這種假設可能完全是杞人憂天、危言聳聽。但當下的“白宮貿易盲動癥”情況下,仍需要警示。我們看事物講辨證法、一分為二,壞事會變好事,讓美帝的制裁變成發奮圖強的動力!國務院印發的《集成電路產業發展綱要》明確提出:“2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,產業實現跨越式發展”。

  國內的PCB用基材制造企業是在努力開發、推出高性能基材,正在接近國際先進水平。國內已有國家電子電路基材工程技術研究中心和多家省市級基材技術研究開發中心,也得到了政府的獎勵或資助。總之,我國的基礎科學和科技之路任重道遠,沒有彎道可以超車,還是要加緊從基礎教育、理論研究踏踏實實做起。相信上級主管部門一定能充分發揮制度優勢,及時決策,進一步整合資源,引領他們開發出先進的高性能基材。衷心希望早日實現高性能基材國產化,掌握產業核心技術和產業發展主動權,使我國印制電路產業持續安全發展。

 

 

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