多層板與軟板的最新製程技術
- DIGITIMES企劃
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當強調輕薄短小的消費性電子產品、行動裝置、智慧手機，甚至近年穿戴式裝置至於物聯網(IoT)的興起，使用的軟板、HDI以至於Any Layer HDI高密集度PCB；先進PCB製程帶來極高的技術門檻與良率考驗，也驅使設備供應商，從壓膜機、網印機、鑽孔機到AOI設備的更新與進化...
傳統硬板(RPCB)由於材質堅硬，限制了終端產品的內部體積與造型設計，軟性印刷電路板(Flexible Print Circuit；FPC，簡稱為軟板)於是應運而生。軟板依層數區分為無膠系軟板基板(2 Layer FCCL)和有膠系軟板基板(3 Layer FCCL)，前者由軟性銅箔基板(FCCL)、軟性絕緣層直接結合，具有耐熱性高、耐撓折性好、尺寸安定性良好等優點，但成本相對較高，較高階應用才會用到2L FCCL軟板；3L FCCL則將軟銅箔基板與絕緣層透過Epoxy膠壓合而成，成本較低，為大多數所採用。
軟板的優點，包含重量較輕薄、具可撓性、依照空間改變形狀做成立體配線，提升系統的配線密度並縮減產品體積等。目前軟板廣泛應用於電腦及週邊設備、通訊產品、數位相機、消費性電子產品、汽車、軍事等領域，尤其以通訊產品、面板所佔的比重最高。其中又以通訊產品佔的比重最重約三成，其次為Panel佔二成多，PC及週邊設備佔二成。缺點則是容易因為靜電殘留而沾附灰塵，也容易因製造過程中掉落或碰撞而折損，同時不適合連接較重的組件。
軟板依產品結構，可再細分為：1.單面板(Single Side)：為最基本的軟板種類。由一個導體層塗上一層接著層，之後再加上一層介電層。2.雙面板(Double Side)：採用雙面板基材並分別加上一層覆蓋膜，但因為厚度較厚，可撓性稍降，使其應用領域稍受侷限。3.多層板(Multilayer)：主要由單面板或雙面板所組成，透過鑽孔使導電層相通；但因層數更多，可撓性也變差，其應用領域較有限；4.軟硬結合板(Rigid-Flex)：由多層硬板加上單面軟板或雙面軟板所組成，具備硬板的支撐性和軟板的可撓性。5.如單層二面露出板(Double Acess)、浮雕板(Sculptural)等特殊用板。
另外，針對行動與穿戴式裝置的整合，出現了如低誘電率的LCP-FPC、多層FPC(High density multilayer FPC)、光波導FPC、防水FPC、透明FPC、超薄FPC、3D forming FPC、Integral molding FPC、Stretchable FPC、超細線路FPC等FPC產品。例如智慧手錶或智慧手鐲，利用手鐲本體或錶帶結構，將薄型鋰聚合物電池、MEMS感測器連同FPC組合後做立體褶曲、彎曲以內嵌在裡面；還有像是針對車載電子環境設計的車用FPC，強調具備高耐震、高耐熱應用材質特性。
為因應高效能、高傳輸率與積極薄化設計趨勢，像是USB 3.0/3.1/HDMI等高速連接介面的5~10Gbps，到電信網通設備所需20Gbps以因應光纖傳輸需求，支援高速傳輸應用的FPC為使用低誘電率的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer；LCP)材料，同時輔以經延壓製程至6~9μm厚度的超薄銅箔材料，已達到支援傳輸、減少超高頻傳輸過程的集膚效應(Skin Effect)，同時兼顧薄型化的需求。
台灣軟板技術早期源自日系廠商的技術，角色上也多半是扮演日系廠商的協力廠，由於軟板進入門檻高，投入者多半以鴨子滑水的方式在檯面下默默進行；當爭取到手機代工並成為PCB主要業務項目時，自然也驅使軟板的應用逐漸加速。
當處理器龍頭大廠英特爾(Intel)，於1998年推出了具備覆晶構裝(Flip Chip FC-BGA)的CULV系列Pentium III、Pentium M等CPU，驅動了PC產業走向輕薄筆電產品線，PCB軟板進而從消費性電子逐漸朝向PC與通訊領域擴展。軟板已經是輕薄/極致筆電、平板電腦甚至智慧手機必須要用到的材料。同時越輕薄的行動裝置，所採用的軟板的片數(用量)也越多。目前全球軟板主要製造國有日本、韓國、台灣，台灣軟板製造商有嘉聯益、台郡、毅嘉、臻鼎等。軟板壓膜機設備供應商，則有志聖工業、亞智科技等。
雷射鑽孔天眼通 以銅箔/FR4建構HDI巨塔
當行動裝置、平板裝置朝向高時脈、多核心高效能邁進，同時產品功能日趨多元複雜化，無論是電子元件的使用數量，或是單一元件的接點腳座數也增加，同時還得因應於高時脈的訊號傳輸求，符合電氣特性並考量訊號阻抗與避免集膚效應；還須因應無線網路的傳輸，致力改善RF射頻訊號優化並避免電磁干擾，必須加入更多的電源層與接地層，使得電路板的佈線空間與設計上，不可避免的從以往單層、雙層、四層、八層，進而向多層PCB板以至於高密度互連(High Density Interconnectiob；HDI) PCB邁進。
HDI板使用增層法(Build Up)製造，一般HDI板基本上採用一次增層，高階HDI板則為二次(或二次以上)的增層技術，並同時使用電鍍填孔、疊孔、雷射直接打孔等技術。根據美國電路板協會對HDI板的定義，規定孔徑需小於等於6mil，孔環(Ring or Pad or Land)的環徑需小於等於10 mil，接點密度需大於130點/平方吋，佈線密度須大於117吋/平方吋，同時線寬/間距要在3mil以下。傳統機械式鑽孔，容易造成PCB板產生龜裂等破壞性問題。HDI改為加工速度與品質俱佳的Laservia雷射鑽盲孔方式，達成(<150μm, 6mil)的微細鑽孔，已成為業界主流。以光學雷射燒出孔洞就可以避面前述的問題。
2010年6月蘋果所推出的iPhone 4智慧手機，首度使用了任意層高密度連接板(Any layer HDI)製程。Any Layer HDU與HDI製程差別，在於除了HDI表面與底部上下兩層之外，中間層層的基材均可省略使用延壓式銅箔基板，直接以高功率雷射微鑽盲孔直接打通，由於省略掉銅箔基板的厚度，使整體產品的總厚度變得更輕薄，據業界估計從HDI改使用Any Layer HDI製程下，終端產品的整體體積，可以減少近四成左右。
至於雷射鑽孔機台，所採用的光源有固態三氯化釹(Ng:YAG)產生1.064微米紅光雷射，100~400奈米波長UV紫外光雷射，以及低成本DLD製程的CO2雷射光源。早期加拿大Lumonics推出YAG-CO2、美商ESI/德商Siemens等推出YAG-UV雙雷射，以色列奧寶科技的UV雷射鑽孔技術，以及日商日立、松下、Takeuchi、三菱廠等推出RF CO2或CO2雷射系統。
建構PCB產業自主技術 並加速規格一統
過去由於台灣PCB設備廠欠缺對雷射加工技術的掌握度，雷射光源幾乎全部仰賴進口，為提升台系設備商機台的雷射光源技術，在工研院也在自行研發精密雷射加工技術後，由南分院技轉雷射關鍵技術給東台精機(Tongtai)，推出TLC-2H22 CO2雷射鑽孔機台，以9.4μm波長、可達到最大平均功率350W的CO2雷射光源，具備直接對銅箔加工能力(Direct Laser Drilling；DLD) ，以及小於3μm的定位精度，以及小於10μm的掃描精度。而東台也聯合關係企業東捷科技，與日商Cyber Laser Inc.合資成立「賽博爾雷射科技公司(Cyber Laser Taiwan)」，掌握飛秒雷射光源技術，並且由上而下進行各種PCB製程設備技術上的垂直整合。
至於HDI、Anylayer HDI PCB產品生產部份，在製程、良率較高的一級大廠，則有欣興電子、華通電腦、燿華電子、金像電等。除了獲得蘋果iPhone 6S在Anylayer HDI的訂單之外，其他像HDI、F-PCB等在穿戴式裝置、IoT裝置的應用上也越來越多，出貨比重逐年升溫。也為了因應物聯網、對岸紅色供應鏈與韓國、日本產業的競爭，TPCA積極邀集各PCB廠與裝置機台設備商，舉辦一連串先進PCB技術與設備自動化講座，並期望能借以半導體如晶圓代工業，挾上中下游設備機台通訊規格統一為借鏡，將結產學研資源進行PCB設備通訊的建立，全力達成台灣PCB產值於2020年破兆的目標。
