PCB和IC有什么区别，怎样实现两者完美融合？

hfiwioq · 发表于 2021-12-20 11:23

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在电子产品的生产中，PCB和IC 是重要的组成元件，但是，有许多朋友认为这两者是同一种东西，并不清楚这两者的具体概念，对于两者之间的区别和关系仍然存在认知误区。其实，想要弄清两者的关系并不难，今天就由专研各种电路板的科骋为大家分别介绍一下这两大重要电子元器件的区别及关系。

PCB（印制电路板）

PCB也就是常说的印制电路板，也称为印刷电路板，是电子元器件电气相互连接的载体。印刷电路板从单面板发展到多面板，其所具备的性能越来越强大，在智能电子设备生产中占据着重要的地位。现如今的印制电路板主要由线路与图画、介电层、防焊油墨、丝印、表面处理组成。

从外观来看，PCB的底色通常为绿色，但也不仅限于绿色，这层底色主要取决于阻焊层所采用的防焊油墨的颜色。在阻焊层上还印刷了一层丝网印刷面，通常上面会有文字及符号，以标识零件的位置。

采用印制电路板作为元器件主要有以下几点优势：减少布线和装配的差错、利于电路互换、利于电子设备小型化、利于设备生产机械化及自动化。

IC 集成电路

IC的中文名为集成电路，是一种微型电子器件。IC的制作过程是将一个电路中所需要的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起，并制作在一块或者几小块的半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，最后成为具有所需电路功能的微型结构。

集成电路主要具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、性能好等优点，其在电视机、计算机、收录机等日常设备制作领域及军事、遥控等领域都得到了广泛的运用，能够大大提升设备的稳定性。

PCB及IC两者的关系

相信在了解完PCB及IC两者的具体概念及特征后，大家对于两者的区别也有了进一步的把握，其实，集成电路就是一个集成多种元件的集体，印制电路板就是可更换表面元件的载体。由此，可以将两者的关系总结为一句话：集成电路是焊接在PCB上的集成芯片，而PBC也就是集成电路的载体。

IC与PCB如何连接

集成电路（IC），如何安装到PCB上呢？根据不同的方法，大致可以分为THT（through－hole technology），即通孔插装技术，以及SMT（suRFace mounting technology），即表面安装技术。

THT的方法是：将IC的引脚插入PCB的安装孔中，然后将其焊接固定。SMT则不需要将IC的引脚插入PCB孔中，而是直接在其表面上焊接，即在表面上焊接即可。现在SMT是主流，电子产品，特别是消费类电子产品，基本上都是使用SMT技术。那么，SMT有哪些优点呢？

THT类IC的面积和质量系数较高，而SMT类则大为减少，其可使电子产品体积缩小60％，质量减轻75％，这样可以大大地提高PCB的组装密度。SMT类元器件体积小，质量轻，抗震能力强，故可靠性高，其贴装也更牢固，无引线或短引线，降低了寄生电感和寄生电容的影响，提高了电路的高频特性。因为在表面贴装即可，故此操作叫方便，便于自动化生产，提高整道工序的效率。

用于基板的材料

大批量商用 PCB 通常由 FR-4 制成，FR-4 是一种玻璃纤维/环氧树脂组合，几十年来一直是 PCB 的最爱。虽然它可以缩小用于小型夹层卡和其他小型电路板，但最小线间距以密耳为单位，而不是微米。最小间距通常在 5 或 6 密耳范围内（对于特殊应用会稍微低一些），这意味着超过 100 微米。

转换为微米很有用，因为高级封装基板可以支持以微米为单位的尺寸。所以马上就会有一个数量级的立即收缩。它们在微米领域的确切位置也取决于基板。

在描述封装内看起来像“迷你 PCB”的东西时，似乎使用了两个词。有时它们被简单地称为基板，而有时它们被称为中介层。似乎没有正式的定义将基板与中介层区分开来，但在此上下文中的常见用法似乎是将基板应用于有机材料，将中介层应用于无机材料。

PCB 可能有很多层用于复杂的布线和屏蔽，但基板和中介层往往只有很少的层 - 可能只有一层，通常称为再分布层 (RDL)。有机基板通常用于所谓的面板应用中。这些类似于半导体，因为多个单元在被切割成单个单元之前被制造在一个大块上。最大的区别在于，由于它们的制造方式，面板可以是矩形的，这意味着在切割它们时不会浪费任何东西。该技术主要来源于显示行业。

为什么方形芯片在圆形晶圆上工作并不是因为晶圆是适合方形物体的理想选择，这是因为这就是拉硅锭的方式。因此，矩形中介层最终会从圆形晶圆中分离出来，这意味着边缘会产生浪费。

玻璃是另一个处于开发早期阶段的有前途的候选者。玻璃既可以是圆形的，也可以是方形的，”莱德福德指出。玻璃基板也常被称为中介层。
就是 SMT 基板的三种基本变体：PCB、面板和中介层。它们具有显着的成本和尺寸差异。

尺寸和制造

一切都趋向于类似半导体的尺寸，这只是时间问题。刚毕业的时候，主流的半导体都是1微米线宽。如果你看看现在先进的封装在哪里，它已经非常接近 1 微米的线和空间。它只用了 30 年就达到了这一点。

任何这些材料所需的尺寸都有两个关键方面。首先，有最小间距。但同样重要的是对这些维度的控制。

测试和测量都是大约 50 Ω 受控阻抗，这意味着该生产线的制造商需要控制四分之一微米的尺寸。好吧，如果我去我的任何一家 PCB 商店交谈，他们都没有接近这种水平的尺寸控制。

主要原因是化学：PCB 是使用湿化学制成的，这限制了尺寸和公差。占主导地位的 PCB 和 [传统] SMT 的湿化学工艺没有您需要的尺寸控制，Ledford 说。什么样的工艺可以让你控制四分之一微米的线和空间？干法工艺——溅射、干法蚀刻等等，主要来自半导体领域。

虽然可以在某种浴槽中同时处理多个 PCB，但面板和晶片必须在它们的反应室中单独处理。这是与较小外形尺寸相关的主要成本之一。

半导体制造商转向面板级封装的主要原因是系统级封装 (SiP) 中的大芯片。包括 CPU、GPU、DSP 和内存在内的多个芯片被封装到一个单一的底座中，其结果比半导体行业中使用的传统芯片尺寸大得多。SiP 芯片尺寸可以大到 100 毫米，因此在制造大型 SiP 芯片时，600 毫米矩形面板比 300 毫米圆形晶圆更好。

硅中介层受晶圆尺寸的限制，因此它们对于集成具有更有限内存的处理器更有用。小芯片也是集成到这些较小封装中的候选者。

使用面板可以提供更大的芯片，但代价是您可以将线路或芯片放在一起的距离。面板级封装可能有更大的 GPU 或 CPU，但不一定与小芯片非常接近。

也就是说，虽然人们可能希望面板成为晶圆级集成的中间地带，但实际上可能会走另一条路。对于那些想要进行更多集成的公司，我认为面板级封装越来越成为一种可行的解决方案，如果晶圆级封装开始转向更大的基板，则可能进一步降低封装成本。

PCB 与任何这些其他选项之间的主要功能区别在于可以管理的互连数量。

检查生产线

PCB 和先进封装之间的主要工艺差异之一在于检查——尤其是在发现缺陷的地方进行返工的能力。

在典型的 PCB 检测流程中，检测模块对 PCB 进行检测，然后将 PCB 转移到审查站进行操作员审查——然后将其送到维修站修复发现的缺陷，在半导体晶圆检测领域，修复单个缺陷在前端和后端半导体工艺中都是不可想象的。

人类仍然存在于 PCB 检测领域。由于 PCB 行业的历史性质，他们仍然看到许多操作员通过显微镜观察的手动检查站。

CyberOptics 的 Kulkarni 描述了他看到 DIMM 生产线末端时的惊讶。有 20 人站在那个区域周围，旁边有白灯，他们实际上是从传送带上捡起每块内存板，并在将它们放入塑料袋之前目视检查两侧。

DIMM 进行了最终的 I/O 测试，但插入时是热的。半分钟后，取出时，它们已经明显冷却了，而且它们也没有那么容易拉出来——有时会扰乱板上的记忆。尽管 I/O 检查看起来不错，但当客户拿到它时，情况并不好。

添加自动最终检查步骤现在允许干预任何需要返工的电路板，而无需人工检查。

用于容纳大型 CPU 或其他此类昂贵芯片的插槽是另一个例子。使用插槽是为了在电路板出现问题时，可以轻松移除高价值芯片并将其移至新电路板，而是随电路板一起丢弃。

在一个 3 × 3 英寸的正方形中，你有 10,000 个引脚，而这些实际上是毛茸茸的小铜质东西，它们会出来并弯曲，因为必须有某种弹簧。

这使得人类很难检查它们。可视化工具可以再次使该过程自动化，从而提高结果和吞吐量。因此，PCB 检测已经朝着更高水平的自动化方向发展。

但是在高级封装内移动，信号的尺寸和数量使得手动检查完全不切实际。需要自动化。然而，这些工具的工作方式在 PCB 与面板级和晶圆级组件之间有所不同。

大芯片尺寸在 PCB 世界中很常见，传统的 PCB 检测工具使用基于 CAD 设计规则的方法，在半导体领域，检测工具旨在发现高度重复的芯片图案上的小得多的缺陷，因此半导体领域的检测工具使用黄金裸片或相邻裸片比较方法。

与半导体晶圆相比，裸片之间的裸片差异要大得多，而且 CAD 设计规则方法比黄金/相邻裸片比较方法效果更好。这是传统 PCB 检测工具的优势。与传统 PCB 裸片设计相比，SiP 裸片的设计规则也小得多——小至 2 微米的走线宽度——并且需要亚微米缺陷检测。然而，PCB 使用大于 10 μm 的走线宽度，而传统的 PCB 检测工具不具备执行亚微米缺陷检测的光学分辨率。这是半导体晶圆检测工具的一个优势。”

面板尺寸比内插器尺寸稍大，但仍有可能使用半导体设备——数字放宽。如果尺寸为 600 x 600 毫米，需要确保整个面板的特征都在规格范围内，这可能是一个挑战。我们已经看到客户寻求加快计量的方法来调查更大的区域，以便在该面板投入生产之前评估该面板的质量。

尽管如此，假设面板和中介层有类似的检查是错误的。晶圆级和面板级封装的要求非常不同，有专门为面板级封装设计的工具，与我们为晶圆级封装设计的工具有不同的要求。

因此，虽然自动化和 AI 正在进入 PCB 检测领域，但这些技术对于高级封装至关重要。

测试板、基板和中介层

测试汇集了完全不同的理念。传统上，PCB 是使用钉床测试仪进行测试的，这些测试仪可以快速验证板上的所有连接。但是每块板都需要一个定制的夹具，这给测试开发过程增加了摩擦。

JTAG 使这变得更容易一些，提供了一种将电路板上的所有组件链接在一起并测试它们的连接性的方法。这是JTAG最初的目标，后来才扩展了内部芯片测试能力。因此原则上，可以使用单个 JTAG 端口测试连接和功能。

相比之下，IC 使用内部自测以及外部提供的向量，这些向量可能使用专用测试引脚或在测试模式下兼作测试访问引脚的其他引脚。与 PCB 测试的一个关键区别在于，使用 IC 来测试功能。对于 PCB，主要是测试连接。假设 PCB 上的 IC 可以根据它们作为制造流程的一部分进行的个别测试工作。

高级封装介于两者之间，而确切的测试时间将对成本产生巨大影响。那是因为人们正在使用经过测试然后分离的裸片，将它们放置在基板或中介层上，而基板或中介层本身必须经过测试以确保连接正常工作。

但是这些芯片在分离过程中是否被损坏了？基板/中介层组件是否需要单独测试，包括连接性和功能性，以确保一切都在组装过程中幸存下来？是否应该应用芯片之前测试中介层，然后再测试？如果要测试整个事情，应该在封装之前还是之后进行测试——还是两者兼而有之？

部分挑战是从未连接到外部连接的内部连接数量。很多这些内部模具并不是用来与现实世界对话的，所有的连接都是死对死的。

这些问题没有可靠的答案。它会因应用程序和伴随的经济情况而异——更不用说失败的风险了。与那些故障后果仅限于制造商的烦恼或商誉损失的组件相比，安全关键组件需要更多的测试。

如果有这样的选择，在某些情况下，人们确实希望能够测试复杂封装内的芯片，但对于低价或中等价位的产品，我认为您无法再次测试每个芯片。

如果对模具本身进行测试，也会产生重要的实际影响。“如果您购买已知良好的模具，供应商是否会给您他们的测试序列，以便您可以自己运行？” 鱼问。

至于实际测试，即使组件看起来像迷你 PCB，由于尺寸的原因，钉床方法是完全不切实际的。此类固定装置中使用的弹簧针太大了。此外，每个芯片的定制夹具给工艺增加了不合理的负担和成本。

JTAG 也可以在这里使用，尽管它的信号速度有限。USB 和 PCIe 也是用于专用测试访问端口的选项，可以加快单个芯片和高级封装组件的测试。事实上，它也可以用于 PCB。

结论

总而言之，必须使用主要来自半导体领域的技术来制造、检查和测试高级封装内的表面贴装器件。虽然许多想法可能起源于 PCB，但将 PCB 方法缩小到足够低通常是不切实际的。

由于封装是半导体制造过程的自然组成部分，因此先进封装承载了大部分半导体遗产也就不足为奇了。但是，将元件连接到基板表面的基本原理可以追溯到 PCB 世界。当缩小到接近半导体的尺寸时，它看起来非常不同。

aid4her · 发表于 2021-12-20 13:07

pcb是印制电路板，IC是集成电路

fuu65iwi · 发表于 2021-12-20 13:51

IC是微型电子器件，而PCB就是这个器件的一个载体。

duhe3hfu · 发表于 2021-12-20 14:23

说白了，pcb就是IC器件组成的硬件电路的一个呈现方式

hunterccc · 发表于 2021-12-20 17:47

用SMT表贴技术

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