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PCB多層板與FPC軟板的最新制程技術(shù)

發(fā)布時間 :2018-07-06 14:43 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
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。
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(dāng)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。
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。
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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)。


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