高多层PCB发展史：那些鲜为人知的关键时刻

1969年，阿波罗11号的尼尔·阿姆斯特朗与巴兹·奥尔德林乘“鹰号”登月舱在月表着陆。6小时39分钟后，阿姆斯特朗成为月表第一人，随后说出了传遍世界的一句话——这是个人的一小步，也是人类的一大步！

这次登月成功的背后，不乏高多层PCB的身影。在阿波罗11号的控制电路中，使用了59层的多层印制电路板。

如今，随着电子信息技术的进一步发展，电子产品结构越来越复杂，功能越来越全面，促使PCB朝着功能高度集成化和小型化设计发展，PCB层数的叠加越来越多。
 

 
从个人电脑、电视机到工业机器，再到高端服务器、通信基站和超级计算机，高多层PCB不仅被广泛应用，而且在其中发挥着重要的作用。

由于高多层PCB对工艺和技术的要求极高，其生产难度也非常大，因此只有少数企业具备生产高多层PCB的能力。以嘉立创为例，依托自研的超高层工艺、盘中孔工艺等技术，嘉立创生产的PCB最高层数可达32层，最小孔径达0.15mm，最小线宽线距可达0.0762mm，并支持数百种层压结构。尤其是超高层工艺，嘉立创采用行业内先进的VCP镀铜、真空蚀刻、线路及防焊激光直接成像（LDI）、文字打印等技术，并通过相关技术改造，实现最高32层板的生产制造。自批量化生产以来，嘉立创高多层PCB快速发展，赢得越来越多用户的青睐。

高多层PCB通常指6层或更多层的PCB，其层数取决于包含的铜层数量。理论上，只要制造技术能够支持，PCB的层数可以无限增加。高多层PCB出现于上世纪60年代，经过不断发展，已成为PCB行业的发展趋势之一。想了解高多层PCB的发展，我们要先回顾下PCB的诞生与演变。

史前时代

在PCB出现前，电路是通过点对点方式连接在底座上的。这种底座通常由金属板制成，底部为木制。绝缘体将元件连接到底座上，并通过焊接将元件的引线连接在一起。这种连接方式虽然能够工作，但也有许多不足之处——它们体积庞大、笨重且相对脆弱，生产过程极为耗时，成本高昂。
 

 
20世纪初，带有雕刻电路图案的平面金属板作为现代PCB的前身出现。然而，这些早期设计往往是手工制作的，缺乏如今批量生产PCB的复杂性。

两位先驱者

在PCB早期发展中，有两位重要的先驱者。首先是Albert Hanson，他对导电材料的发展做出了重大贡献，这是现代PCB的核心要素之一。他做了许多实验，涉及测试各种金属和合金，来确定合适的导体。1903年，他申请了一项英国专利，描述了一种用金属粉末在原地直接电沉积到绝缘体上来实现电器接通的方法。Hanson对导电材料发展的开创性工作，促成了印刷布线技术的出现。


 
印刷布线的诞生离不开Charles Ducas的贡献。他首次提出“印刷布线”的概念，在绝缘材料上，采用印制方式制成图形，再利用电镀法形成导体。1927年，他向美国专利局申请了电镀电路图案的方法专利。他使用的工艺是将电子路径直接放置在绝缘表面上。当时，用于印刷电路的铜线尚未问世，因此第一个几乎可以辨认的PCB是由黄铜线制成的。虽然Ducas的电镀电路与PCB非常相似，但最初仅打算作为一个平面加热线圈使用，电路板与元件之间实际上没有电气连接。

第一个PCB的诞生

第一个PCB的出现与一名叫Paul Eisler的奥地利工程师有关。
 

 1936年，他受印刷技术启发，首先提出了“印刷电路”的概念，并在一台收音机中制造出了PCB。他的梦想是通过印刷工艺大规模地将电子电路铺设在绝缘基板上。当时，手工焊接的电路线容易出错且难以规模化。

他还研究了腐箔技术，采用照相印制工艺，在绝缘板的金属表面上，形成具有耐酸性掩蔽层的导线图形。然后，用化学药品溶解掉未被掩蔽的金属，获得世界上首块名副其实的印制电路板。这项技术奠定了以后的光蚀刻工艺（photo-etching process）的基础。


由于Paul Eisler 对整个印制电路板作出了开创性的突出贡献，被后人称为“印制电路之父”。

1947年，环氧树脂开始用于制造基板。这一年，由美国航空商会和美国国家标准局（NBS）联合在华盛顿组织召开了“线路研讨会”，总结了当时的PCB制造的主要工艺方法。在会上，提出了二十几种制造工艺路线，归纳确定了六种有代表性的工艺法：涂料法、模压法、粉末烧结法、喷涂法、真空镀膜法和化学沉积法。这些工艺方法为PCB制造技术的进一步发展奠定了基础。

高多层PCB出现

从50年代开始，PCB进入新的发展时期。

其一，制造PCB的材料从普通材料转变为树脂和其他工业材料。这些新材料使得生产效率大幅提高，更短时间内可以生产出更多的PCB。例如，1951年，聚酰亚胺树脂层压板在世界上出现，推动了PCB基材所用树脂向着高耐热性方向发展。


 
其二，集成电路（IC）的引入标志着PCB发展的一个转折点。1959年，美国德克萨斯仪器公司试制出世界上第一块集成电路。这一创新彻底改变了PCB，使多个元件能够集成到单个芯片上，开启了多层PCB时代。随着集成电路的出现，电路密度得以提高，实现了更大的小型化，为更复杂的电子设备奠定了基础。
 

1960年，Litton Systems 公司首先介绍了应用于A₂F小型计算机上的一种6层印制板。四年后，我国第一块多层板（6层）在实验室条件下研制成功，并于1967年在大型计算机工业化生产中得到应用（6-8层多层板）。1961年，Rockwell Collins、IBM、Honeywell和CDC等公司开始先后大规模生产多层板。

其三，多层PCB代表了PCB演变的一个重要飞跃。这一进步得益于表面贴装技术（SMT）的出现。SMT由IBM开发，其允许的高密度封装组件首次在土星火箭助推器中得到了实际应用。

SMT通过允许将组件直接安装到电路板表面，消除了对通孔的需求，从而彻底改变了 PCB 设计的面貌。这些 SMT 组件比通孔组件更小更轻，允许更高的组件密度和电子设备的小型化。这不仅提升了制造效率，降低了生产成本，而且促进了包括多层板在内的先进PCB设计的视线。

随着技术的进步，高多层PCB的层数不断突破。1975年，日本开始生产制造10层的高多层PCB。五年后，日本开始突破24层的高多层PCB的制作技术。1985年，富士通42层超高多层PCB的制造获得成功。1988年，富士通开始制造62层玻璃瓷印制电路板。

积层多层板的诞生

1989年，笔记本电脑、移动电话和摄录一体型摄像机等便捷型电子产品问世。这些电子产品迅速向小型化、轻量化发展，推动了PCB向微细孔、微细导线化方向进步。

一年后，日本IBM公司发表了称作“SLC（Surface Laminar Circuit）的积层多层板研究成果。这项技术使用感光性绝缘树脂作为绝缘层，开创了高密度互连（HDI）多层板制造技术的新时期。

除了积层多层板的出现，90年代PCB技术的另一重大进步是BGA（球栅阵列）方法的发明——摩托罗拉公司的Paul T. Lin 在1993年申请了BGA（球栅阵列）封装专利。这标志着有机封装基板的开始。

1995年，微孔技术开始应用于PCB制造。这项技术使高密度互连（HDI）PCB得以引入。1998年，可实现高密度互连的积层多层板在全世界范围内（主要是日本、美国、欧洲、韩国、台湾地区等）开始走向实用化。它的工艺路线已发展到二十几种。

2006年，每层互连（ELIC）工艺被开发出来。该工艺使用堆叠铜填充微盲孔，并通过每一层电路板连接。这种独特的工艺使开发人员能够在PCB的任意两层之间建立堆叠连接。虽然这种工艺增加了灵活性，并使设计师能最大限度地提高互连密度，但ELIC PCB直到2010年代才被广泛应用。
 


智能手机的发展，推动了HDI PCB技术的发展。


随着智能手机的继续发展，第二代高密度互连（HDI）在21世纪初应运而生。虽然保留了激光钻孔的微盲孔，但堆叠盲孔开始取代了交错盲孔。结合“任意层”工艺技术，HDI板的最终线宽/线间距达到了40μm。2017年，HDI开始进入一个新的发展阶段，逐渐从减成法转向基于图形电镀的工艺。由于小型化的发展，HDI和微孔技术在提升高密度方面提供了显著的帮助。这些技术将随着IC单元的几何结构逐渐变小而继续发展。因此，下一场革命将出现在光导技术领域。