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PCB多层板与FPC软板的最新制程技术

发布时间 :2018-07-06 14:43 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCB制板部
iPhone 6s、GoogleGlass等行动/穿戴装置,内部就使用大量FPC软板与HDI高密度PCB。
iPhone 6s、GoogleGlass等行动/穿戴装置,内部就使用大量FPC软板与HDI高密度PCB。
 
当强调轻薄短小的消费性电子产品、行动装置、智能手机,甚至近年穿戴式装置至于物联网(IoT)的兴起,使用的FPC软板、HDI以至于Any Layer HDI高密集度PCB;先进PCB制程带来极高的技术门槛与良率考验,也驱使设备供应商,从压膜机、网印机、钻孔机到AOI设备的更新与进化...
 
行动穿戴装置带动FPC软板与HDI高密度板的应用
 
以可挠及易于立体结构特性的FPC软板与相关压膜机。
以可挠及易于立体结构特性的FPC软板与相关压膜机。
 
 
HDI&Anylayer HDI制程使用雷射钻孔机台。
HDI&Anylayer HDI制程使用雷射钻孔机台。
 
传统硬板(RPCB)由于材质坚硬,限制了终端产品的内部体积与造型设计,软性印刷电路板(Flexible Print Circuit;FPC,简称为FPC软板)于是应运而生。FPC软板依层数区分为无胶系FPC软板基板(2 Layer FCCL)和有胶系FPC软板基板(3 Layer FCCL),前者由软性铜箔基板(FCCL)、软性绝缘层直接结合,具有耐热性高、耐挠折性好、尺寸安定性良好等优点,但成本相对较高,较高阶应用才会用到2L FCCLFPC软板;3L FCCL则将软铜箔基板与绝缘层透过Epoxy胶压合而成,成本较低,为大多数所采用。
 
FPC软板的优点,包含重量较轻薄、具可挠性、依照空间改变形状做成立体配线,提升系统的配线密度并缩减产品体积等。目前FPC软板广泛应用于电脑及週边设备、通讯产品、数位相机、消费性电子产品、汽车、军事等领域,尤其以通讯产品、面板所占的比重最高。其中又以通讯产品占的比重最重约三成,其次为Panel占二成多,PC及週边设备占二成。缺点则是容易因为静电残留而沾附灰尘,也容易因制造过程中掉落或碰撞而折损,同时不适合连接较重的组件。
 
FPC软板依产品结构,可再细分为:
1.单面板(Single Side):为最基本的FPC软板种类。由一个导体层涂上一层接著层,之后再加上一层介电层。
2.双面板(Double Side):采用双面板基材并分别加上一层覆盖膜,但因为厚度较厚,可挠性稍降,使其应用领域稍受局限。
3.多层板(Multilayer):主要由单面板或双面板所组成,透过钻孔使导电层相通;但因层数更多,可挠性也变差,其应用领域较有限;
4.软硬结合板(Rigid-Flex):由多层硬板加上单面FPC软板或双面FPC软板所组成,具备硬板的支撑性和FPC软板的可挠性。
5.如单层二面露出板(Double Acess)、浮雕板(Sculptural)等特殊用板。
 
另外,针对行动与穿戴式装置的整合,出现了如低诱电率的LCP-FPC、多层FPC(High density multilayer FPC)、光波导FPC、防水FPC、透明FPC、超薄FPC、3D forming FPC、Integral molding FPC、Stretchable FPC、超细线路FPC等FPC产品。例如智能手表或智能手镯,利用手镯本体或表带结构,将薄型锂聚合物电池、MEMS感测器连同FPC组合后做立体褶曲、弯曲以内嵌在里面;还有像是针对车载电子环境设计的车用FPC,强调具备高耐震、高耐热应用材质特性。
 
为因应高效能、高传输率与积极薄化设计趋势,像是USB 3.0/3.1/HDMI等高速连接介面的5~10Gbps,到电信网通设备所需20Gbps以因应光纤传输需求,支援高速传输应用的FPC为使用低诱电率的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer;LCP)材料,同时辅以经延压制程至6~9μm厚度的超薄铜箔材料,已达到支援传输、减少超高频传输过程的集肤效应(Skin Effect),同时兼顾薄型化的需求。
 
台湾FPC软板技术早期源自日系厂商的技术,角色上也多半是扮演日系厂商的协力厂,由于FPC软板进入门槛高,投入者多半以鸭子滑水的方式在台面下默默进行;当争取到手机代工并成为PCB主要业务项目时,自然也驱使FPC软板的应用逐渐加速。
 
当处理器龙头大厂英特尔(Intel),于1998年推出了具备覆晶构装(Flip Chip FC-BGA)的CULV系列Pentium III、Pentium M等CPU,驱动了PC产业走向轻薄笔电产品线,PCBFPC软板进而从消费性电子逐渐朝向PC与通讯领域扩展。FPC软板已经是轻薄/极致笔电、平板电脑甚至智能手机必须要用到的材料。同时越轻薄的行动装置,所采用的FPC软板的片数(用量)也越多。目前全球FPC软板主要制造国有日本、韩国、台湾,台湾FPC软板制造商有嘉联益、台郡、毅嘉、臻鼎等。FPC软板压膜机设备供应商,则有志圣工业、亚智科技等。
 
雷射钻孔天眼通  以铜箔/FR4建构HDI巨塔
当行动装置、平板装置朝向高时脉、多核心高效能迈进,同时产品功能日趋多元复杂化,无论是电子元件的使用数量,或是单一元件的接点脚座数也增加,同时还得因应于高时脉的讯号传输求,符合电气特性并考量讯号阻抗与避免集肤效应;还须因应无线网路的传输,致力改善RF射频讯号优化并避免电磁干扰,必须加入更多的电源层与接地层,使得电路板的布线空间与设计上,不可避免的从以往单层、双层、四层、八层,进而向多层PCB板以至于高密度互连(High Density Interconnectiob;HDI) PCB迈进。
 
HDI板使用增层法(Build Up)制造,一般HDI板基本上采用一次增层,高阶HDI板则为二次(或二次以上)的增层技术,并同时使用电镀填孔、迭孔、雷射直接打孔等技术。根据美国电路板协会对HDI板的定义,规定孔径需小于等于6mil,孔环(Ring or Pad or Land)的环径需小于等于10 mil,接点密度需大于130点/平方吋,布线密度须大于117吋/平方吋,同时线宽/间距要在3mil以下。传统机械式钻孔,容易造成PCB板产生龟裂等破坏性问题。HDI改为加工速度与品质俱佳的Laservia雷射钻盲孔方式,达成(<150μm, 6mil)的微细钻孔,已成为业界主流。以光学雷射烧出孔洞就可以避面前述的问题。
 
2010年6月苹果所推出的iPhone 4智能手机,首度使用了任意层高密度连接板(Any layer HDI)制程。Any Layer HDU与HDI制程差别,在于除了HDI表面与底部上下两层之外,中间层层的基材均可省略使用延压式铜箔基板,直接以高功率雷射微钻盲孔直接打通,由于省略掉铜箔基板的厚度,使整体产品的总厚度变得更轻薄,据业界估计从HDI改使用Any Layer HDI制程下,终端产品的整体体积,可以减少近四成左右。
 
至于雷射钻孔机台,所采用的光源有固态三氯化钕(Ng:YAG)产生1.064微米红光雷射,100~400奈米波长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双雷射,以色列奥宝科技的UV雷射钻孔技术,以及日商日立、松下、Takeuchi、三菱厂等推出RF CO2或CO2雷射系统。
 
建构PCB产业自主技术  并加速规格一统
过去由于台湾PCB设备厂欠缺对雷射加工技术的掌握度,雷射光源几乎全部仰赖进口,为提升台系设备商机台的雷射光源技术,在工研院也在自行研发精密雷射加工技术后,由南分院技转雷射关键技术给东台精机(Tongtai),推出TLC-2H22 CO2雷射钻孔机台,以9.4μm波长、可达到最大平均功率350W的CO2雷射光源,具备直接对铜箔加工能力(Direct Laser Drilling;DLD) ,以及小于3μm的定位精度,以及小于10μm的扫描精度。而东台也联合关系企业东捷科技,与日商Cyber Laser Inc.合资成立「赛博尔雷射科技公司(Cyber Laser Taiwan)」,掌握飞秒雷射光源技术,并且由上而下进行各种PCB制程设备技术上的垂直整合。
 
至于HDI、Anylayer HDI PCB产品生产部份,在制程、良率较高的一级大厂,则有欣兴电子、华通电脑、燿华电子、金像电等。除了获得苹果iPhone 6S在Anylayer HDI的订单之外,其他像HDI、F-PCB等在穿戴式装置、IoT装置的应用上也越来越多,出货比重逐年升温。也为了因应物联网、对岸红色供应链与韩国、日本产业的竞争,TPCA积极邀集各PCB厂与装置机台设备商,举办一连串先进PCB技术与设备自动化讲座,并期望能借以半导体如晶圆代工业,挟上中下游设备机台通讯规格统一为借镜,将结产学研资源进行PCB设备通讯的建立,全力达成台湾PCB产值于2020年破兆的目标。


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