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PCB工艺路线详解:加成法vs减成法,一文读懂核心差异与未来趋势

高工
2025-09-24 08:52:03     打赏

随着电子产品向高密度、轻薄化和高性能方向的不断演进,作为其核心的 PCB 制造技术也面临着新的挑战与机遇。在众多工艺路线中,传统的“减成法”与新兴的“加成法”是两大核心技术路径。本文将从技术原理、成本结构到应用选型,为您提供系统性、深度的比较分析。

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1、技术原理的根本差异1.1 减成法工艺 (Subtractive Process)

加成法工艺以覆铜板为基材,通过化学蚀刻(如酸性或碱性溶液)去除不需要的铜层,从而保留设计好的电路图形。

关键步骤

  • 覆铜板的切割与表面处理

  • 图形转移(贴膜、曝光、显影)

  • 使用酸性/碱性蚀刻剂去除多余铜箔

  • 阻焊层与字符丝印

  • 特点:依赖铜层的“减法”来形成导电路径,需要精确控制蚀刻参数,以避免过度蚀刻或铜残留。

wKgZO2jA7TWANMrZAAC5EMynIt4779.png1.2 加成法工艺 (Additive Process)

加成法工艺在绝缘基板上直接沉积导电材料(如铜、银浆),逐层构建电路。

关键步骤

  • 裸基板(如聚酰亚胺、陶瓷)的预处理

  • 选择性地应用光刻胶或电镀来沉积导电层

  • 干燥、固化并去除多余材料

  • 特点:无需蚀刻,可直接形成精细线路,适用于微间距和高密度设计。

wKgZO2jA7TWABbfQAACtjdzqGZ8108.png2、工艺流程对比

步骤

减成法工艺

加成法工艺

材料准备

覆铜板(铜箔+树脂基板)

裸基板(如聚酰亚胺薄膜)

图形转移

涂覆光刻胶 → 曝光 → 显影 → 蚀刻

涂覆光刻胶 → 曝光 → 显影 → 电镀

线路形成

减少铜层厚度

增加导电材料

后处理

阻焊印刷、表面处理 (OSP/HASL)

阻焊印刷、表面处理 (OSP/HASL)

典型应用案例

  • 减成法消费电子主板、家电控制板

  • 加成法:柔性医疗传感器、高频微波基板

3、核心优势与局限性3.1 减成法的竞争优势

优势

  • 技术成熟度高:占据超过80%的市场份额,供应链完善。

  • 大批量成本效益好:适用于单/双面板的大规模生产。

  • 热性能优异:较厚的铜层可支持大电流应用。

局限性

  • 环保压力大:蚀刻废水处理成本高。

  • 线宽/线距限制:极限约为20μm,不适用于超高密度要求。

  • 柔性差:不适合可折叠设备。

3.2 加成法的突破点

优势

  • 超精细加工:线宽可低于5μm,支持IC载板级精度。

  • 绿色制造:无铜蚀刻废物,符合RoHS/REACH标准。

  • 适应复杂结构:可实现3D曲面和通孔电路。

局限性

  • 设备成本高:电镀槽、真空沉积机等设备昂贵。

  • 材料限制:仅限于非金属基板(如陶瓷、聚合物)。

  • 量产效率低:适用于小批量和原型制作。

4、成本结构深度解析4.1 减成法成本模型

固定成本:蚀刻机、曝光设备折旧(占总成本的30%)。

可变成本

  • 铜箔浪费:线宽越细,废料率越高(每减少0.1mm,废料率增加5%)。

  • 蚀刻剂消耗:硝酸铁溶液成本约$5/kg,每小时用量10L。

  • 废水处理:每平方米PCB约$0.8。

案例分析:
生产1㎡的4层FR4板(100μm线宽):

  • 材料成本:$12

  • 加工成本:$8(含蚀刻、钻孔)

  • 总成本:$20

4.2 加成法成本模型

固定成本:电镀设备、洁净室维护(占总成本的45%)。

可变成本

  • 导电材料:纳米银浆$50/g,每层0.1g。

  • 能源消耗:电镀槽功率5kW,运行成本$0.15/h。

  • 良率损失:复杂结构良率约75%(减成法为92%)。

案例分析:
生产1㎡的6层陶瓷基板(20μm线宽):

  • 材料成本:$35

  • 加工成本:$18(含溅射、电镀)

  • 总成本:$53

成本盈亏平衡点分析:
对于大于500㎡的批量订单,减成法成本低35%。对于小批量(<100㎡),加成法溢价可达200%。

5、六大关键应用场景决策指南

场景

推荐工艺

关键理由

消费电子主板

减成法

大批量、低成本、技术成熟

5G基站高频PCB

加成法

低介电损耗,支持毫米波频率

可穿戴设备柔性电路

加成法

弯折次数 > 10万次,厚度 < 0.1mm

汽车控制模块

减成法

耐高温(150°C),抗振动

半导体封装基板

加成法

线宽/线距 ≤50μm,支持TSV三维封装

军工/航空高可靠性PCB

减成法

通过MIL-STD-883认证


6、未来技术趋势6.1 减成法工艺创新
  • 激光直接成型 (LDS):通过激光激活实现选择性镀铜。

  • 绿色蚀刻剂:采用无硝酸盐的过硫酸钠体系,减少污染。

6.2 加成法工艺突破
  • 卷对卷 (R2R) 生产:实现柔性基板的连续制造。

  • 3D打印导电油墨:纳米银/铜颗粒直接写入,精度可达10μm。

6.3 混合工艺
  • 减材-增材结合:主线路用减成法,微通孔用加成法。

  • 金属有机化学气相沉积 (MOCVD):在基板上生长铜纳米线网络。

结束语选择PCB工艺本质上是在成本、精度和产量三个维度之间进行权衡。随着半导体封装向2.5D/3D方向发展,加成法将在高端应用中获得更多采用;而减成法凭借其成熟的生态系统,在传统市场仍将占据主导地位。企业必须建立工艺评估矩阵,并根据产品生命周期(PLM)数据动态调整策略。对于工程师而言,掌握两种工艺的协同设计能力,将是应对下一代电子产品挑战的核心竞争力。



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