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iPhone 6s、GoogleGlass等行動/穿戴裝置，內(nèi)部就使用大量FPC軟板與HDI高密度PCB。
 

當強調(diào)輕薄短小的消費性電子產(chǎn)品、行動裝置、智能手機，甚至近年穿戴式裝置至于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的興起，使用的FPC軟板、HDI以至于Any Layer HDI高密集度PCB；先進PCB制程帶來極高的技術(shù)門檻與良率考驗，也驅(qū)使設(shè)備供應(yīng)商，從壓膜機、網(wǎng)印機、鉆孔機到AOI設(shè)備的更新與進化...

 

行動穿戴裝置帶動FPC軟板與HDI高密度板的應(yīng)用

 

以可撓及易于立體結(jié)構(gòu)特性的FPC軟板與相關(guān)壓膜機。

 

 

HDI&Anylayer HDI制程使用雷射鉆孔機臺。

 

傳統(tǒng)硬板(RPCB)由于材質(zhì)堅硬，限制了終端產(chǎn)品的內(nèi)部體積與造型設(shè)計，軟性印刷電路板(Flexible Print Circuit；FPC，簡稱為FPC軟板)于是應(yīng)運而生。FPC軟板依層數(shù)區(qū)分為無膠系FPC軟板基板(2 Layer FCCL)和有膠系FPC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(jié)合，具有耐熱性高、耐撓折性好、尺寸安定性良好等優(yōu)點，但成本相對較高，較高階應(yīng)用才會用到2L FCCLFPC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(shù)所采用。

 

FPC軟板的優(yōu)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(tǒng)的配線密度并縮減產(chǎn)品體積等。目前FPC軟板廣泛應(yīng)用于電腦及週邊設(shè)備、通訊產(chǎn)品、數(shù)位相機、消費性電子產(chǎn)品、汽車、軍事等領(lǐng)域，尤其以通訊產(chǎn)品、面板所占的比重最高。其中又以通訊產(chǎn)品占的比重最重約三成，其次為Panel占二成多，PC及週邊設(shè)備占二成。缺點則是容易因為靜電殘留而沾附灰塵，也容易因制造過程中掉落或碰撞而折損，同時不適合連接較重的組件。

 

FPC軟板依產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可再細分為：

1.單面板(Single Side)：為最基本的FPC軟板種類。由一個導(dǎo)體層涂上一層接著層，之后再加上一層介電層。

2.雙面板(Double Side)：采用雙面板基材并分別加上一層覆蓋膜，但因為厚度較厚，可撓性稍降，使其應(yīng)用領(lǐng)域稍受局限。

3.多層板(Multilayer)：主要由單面板或雙面板所組成，透過鉆孔使導(dǎo)電層相通；但因?qū)訑?shù)更多，可撓性也變差，其應(yīng)用領(lǐng)域較有限；

4.軟硬結(jié)合板(Rigid-Flex)：由多層硬板加上單面FPC軟板或雙面FPC軟板所組成，具備硬板的支撐性和FPC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(xiàn)了如低誘電率的LCP-FPC、多層FPC(High density multilayer FPC)、光波導(dǎo)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(chǎn)品。例如智能手表或智能手鐲，利用手鐲本體或表帶結(jié)構(gòu)，將薄型鋰聚合物電池、MEMS感測器連同F(xiàn)PC組合后做立體褶曲、彎曲以內(nèi)嵌在里面；還有像是針對車載電子環(huán)境設(shè)計的車用FPC，強調(diào)具備高耐震、高耐熱應(yīng)用材質(zhì)特性。

 

為因應(yīng)高效能、高傳輸率與積極薄化設(shè)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(wǎng)通設(shè)備所需20Gbps以因應(yīng)光纖傳輸需求，支援高速傳輸應(yīng)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(jīng)延壓制程至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(yīng)(Skin Effect)，同時兼顧薄型化的需求。

 

臺灣FPC軟板技術(shù)早期源自日系廠商的技術(shù)，角色上也多半是扮演日系廠商的協(xié)力廠，由于FPC軟板進入門檻高，投入者多半以鴨子滑水的方式在臺面下默默進行；當爭取到手機代工并成為PCB主要業(yè)務(wù)項目時，自然也驅(qū)使FPC軟板的應(yīng)用逐漸加速。

 

當處理器龍頭大廠英特爾(Intel)，于1998年推出了具備覆晶構(gòu)裝(Flip Chip FC-BGA)的CULV系列Pentium III、Pentium M等CPU，驅(qū)動了PC產(chǎn)業(yè)走向輕薄筆電產(chǎn)品線，PCBFPC軟板進而從消費性電子逐漸朝向PC與通訊領(lǐng)域擴展。FPC軟板已經(jīng)是輕薄/極致筆電、平板電腦甚至智能手機必須要用到的材料。同時越輕薄的行動裝置，所采用的FPC軟板的片數(shù)(用量)也越多。目前全球FPC軟板主要制造國有日本、韓國、臺灣，臺灣FPC軟板制造商有嘉聯(lián)益、臺郡、毅嘉、臻鼎等。FPC軟板壓膜機設(shè)備供應(yīng)商，則有志圣工業(yè)、亞智科技等。

 

雷射鉆孔天眼通  以銅箔/FR4建構(gòu)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(chǎn)品功能日趨多元復(fù)雜化，無論是電子元件的使用數(shù)量，或是單一元件的接點腳座數(shù)也增加，同時還得因應(yīng)于高時脈的訊號傳輸求，符合電氣特性并考量訊號阻抗與避免集膚效應(yīng)；還須因應(yīng)無線網(wǎng)路的傳輸，致力改善RF射頻訊號優(yōu)化并避免電磁干擾，必須加入更多的電源層與接地層，使得電路板的布線空間與設(shè)計上，不可避免的從以往單層、雙層、四層、八層，進而向多層PCB板以至于高密度互連(High Density Interconnectiob；HDI) PCB邁進。

 

HDI板使用增層法(Build Up)制造，一般HDI板基本上采用一次增層，高階HDI板則為二次(或二次以上)的增層技術(shù)，并同時使用電鍍填孔、迭孔、雷射直接打孔等技術(shù)。根據(jù)美國電路板協(xié)會對HDI板的定義，規(guī)定孔徑需小于等于6mil，孔環(huán)(Ring or Pad or Land)的環(huán)徑需小于等于10 mil，接點密度需大于130點/平方吋，布線密度須大于117吋/平方吋，同時線寬/間距要在3mil以下。傳統(tǒng)機械式鉆孔，容易造成PCB板產(chǎn)生龜裂等破壞性問題。HDI改為加工速度與品質(zhì)俱佳的Laservia雷射鉆盲孔方式，達成(<150μm, 6mil)的微細鉆孔，已成為業(yè)界主流。以光學(xué)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智能手機，首度使用了任意層高密度連接板(Any layer HDI)制程。Any Layer HDU與HDI制程差別，在于除了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鉆盲孔直接打通，由于省略掉銅箔基板的厚度，使整體產(chǎn)品的總厚度變得更輕薄，據(jù)業(yè)界估計從HDI改使用Any Layer HDI制程下，終端產(chǎn)品的整體體積，可以減少近四成左右。

 

至于雷射鉆孔機臺，所采用的光源有固態(tài)三氯化釹(Ng:YAG)產(chǎn)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制程的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雷射鉆孔技術(shù)，以及日商日立、松下、Takeuchi、三菱廠等推出RF CO2或CO2雷射系統(tǒng)。

 

建構(gòu)PCB產(chǎn)業(yè)自主技術(shù)  并加速規(guī)格一統(tǒng)

過去由于臺灣PCB設(shè)備廠欠缺對雷射加工技術(shù)的掌握度，雷射光源幾乎全部仰賴進口，為提升臺系設(shè)備商機臺的雷射光源技術(shù)，在工研院也在自行研發(fā)精密雷射加工技術(shù)后，由南分院技轉(zhuǎn)雷射關(guān)鍵技術(shù)給東臺精機(Tongtai)，推出TLC-2H22 CO2雷射鉆孔機臺，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) ，以及小于3μm的定位精度，以及小于10μm的掃描精度。而東臺也聯(lián)合關(guān)系企業(yè)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(shù)，并且由上而下進行各種PCB制程設(shè)備技術(shù)上的垂直整合。

 

至于HDI、Anylayer HDI PCB產(chǎn)品生產(chǎn)部份，在制程、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(yīng)用上也越來越多，出貨比重逐年升溫。也為了因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、對岸紅色供應(yīng)鏈與韓國、日本產(chǎn)業(yè)的競爭，TPCA積極邀集各PCB廠與裝置機臺設(shè)備商，舉辦一連串先進PCB技術(shù)與設(shè)備自動化講座，并期望能借以半導(dǎo)體如晶圓代工業(yè)，挾上中下游設(shè)備機臺通訊規(guī)格統(tǒng)一為借鏡，將結(jié)產(chǎn)學(xué)研資源進行PCB設(shè)備通訊的建立，全力達成臺灣PCB產(chǎn)值于2020年破兆的目標。