第一节 电子器件印刷制造概述

电子元器件无处不在，无论是日常的消费电子产品还是工业用电子设备，都是由基本的电子元器件构成的。电子元器件包括电子元件和电子器件两部分。电子元件包括电阻器、电容器、电感器，本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用，所以又称无源器件；电子器件包括晶体管、电子管、集成电路，本身能产生电子，对电压、电流有控制和变换作用（放大、开关、整流、检波、振荡和调制等），所以又称有源器件。电子元器件按照产品专业类别划分，大致可以分为电容器、电阻电位器、磁性材料与器件、电感器件、电子变压器、混合集成电路、电子陶瓷及器件、压电晶体、控制继电器、电接插元件、电声器件、微电机与组件、光电线缆、印制电路板、敏感元器件及传感器共十六个细分行业。我们以微电子集成电路、印刷线路板为例，简单介绍电子器件的传统制造技术。

以半导体单晶硅为衬底材料的微电子集成电路技术，是采用专门工艺技术将组成电路的元器件和互联线集成在芯片内部、表面的微型电路或系统，具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等特点。但生产过程极其复杂，从单晶硅衬底材料的制备，到在硅单晶上形成晶体管与互联线所需的薄膜沉积、光刻、刻蚀、封装等工艺技术，所涉及工艺步骤多达数百道，设备投资大，并需要配备超净间。例如，大规模集成电路要经过约十次光刻才能完成各层图形的全部传递。

印刷线路板（Printed Circuit Board, PCB）是电子行业中最重要的电子部件，通常把在绝缘材料上按预定设计制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路；而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路；印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。在印制电路板行业，采用传统的铜箔蚀刻法制造PCB配线，技术过程非常复杂，如图2-1所示，需要经过覆铜、曝光、显影、蚀刻等过程而形成配线，且目前的技术已经达到线宽的极限，无法再提高布线密度。单面PCB是只在绝缘基板的一面有导电图形的印制板，制备流程包括：单面覆铜箔层压板→丝网印刷图形→化学腐蚀铜→碱、酸清洗→印刷阻焊油墨→冲切孔与外形→涂覆助焊剂→检查、包装。多层PCB是由交替的导电图形层及绝缘材料层层黏合而成的一块印制板，导电图形的层数在两层以上。由于层与层之间的线路需要导通，所以制备过程比单面PCB增加了钻孔、镀金等工艺。这种铜箔蚀刻法采用酸液腐蚀铜板产生大量废液，会造成环境污染，而且基板上90%以上的铜被腐蚀去除，造成材料浪费。

以上电子器件的传统制备工艺，属于减法制造工艺，步骤烦琐、设备成本高、材料浪费大，且污染环境。为此，科学家经过几十年不断的研究探索，提出以有机半导体材料代替传统的无机半导体材料，并通过加法制造工艺制备新型电子器件。例如，通过印刷方式将导电材料、半导体材料、介电材料以墨水或油墨形式逐层沉积，形成场效应晶体管的源漏电极、栅极、半导体层、介电层。