視電子裝置及設(shè)備功能及設(shè)計(jì)的不同，印刷電路板(PCB)依電路層數(shù)，可分為單面板、雙面板及多層板，多層板的層數(shù)甚至可多達(dá)十幾層。高密度互連(High Density Interconnect；HDI)PCB的出現(xiàn)，更促使手機(jī)、超薄型筆記本電腦、平板電腦、數(shù)位相機(jī)、車用電子、數(shù)位攝影機(jī)等電子產(chǎn)品得以縮小主板設(shè)計(jì)，達(dá)到輕薄短小的目標(biāo)，更重要的是，可以將更多的內(nèi)部空間留給電池，裝置的續(xù)航力得以延長。

 

HDI高密度互連技術(shù)與傳統(tǒng)印刷電路板的最大差異，在于成孔方式。傳統(tǒng)印刷電路板采用機(jī)鉆孔法，而HDI板則是使用雷射成孔等非機(jī)鉆孔法。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板則采用二次或二次以上的增層技術(shù)，并同時(shí)使用電鍍填孔、迭孔、雷射直接打孔等先進(jìn)PCB技術(shù)。

 

HDI PCB能讓手機(jī)等產(chǎn)品更輕薄。

 

利用3D列印機(jī)器可制造多層板。

 

手機(jī)產(chǎn)品大力采用高密度連結(jié)板

高密度連結(jié)板的使用已非常廣泛，例如，目前智能手機(jī)內(nèi)建主機(jī)板就以HDI板為主，甚至是任意層高密度連接板(Any Layer HDI)。任意層高密度連接板HDI制程與一般的HDI差別在于，后者是直接貫穿PCB層與層之間的板層，而任意層高密度連接板則可以省略中間的基材，讓產(chǎn)品的厚度變得更薄。一般來說，一階HDI改采用Any-layer HDI，可減少近4成左右的體積。

 

蘋果及非蘋陣營產(chǎn)品已大量采用任意層高密度連接板，主要訴求就是要讓產(chǎn)品本身更輕薄，并將有限的內(nèi)部空間讓給電池使用，以提升電池續(xù)航力。

 

高密度連結(jié)多層板已是市場所趨，且對(duì)于臺(tái)灣業(yè)者來說，具有高度資金、技術(shù)門檻的高階HDI板有助于避開紅色供應(yīng)鏈的價(jià)格競爭，因此成為臺(tái)灣PCB廠擴(kuò)充的重點(diǎn)，多家臺(tái)灣大型PCB業(yè)者，包括華通、欣興及燿華等皆積極布局，擴(kuò)充的產(chǎn)能多以細(xì)線路設(shè)備為主。

 

其中，燿華在2015年就已投資新臺(tái)幣10？15億元于宜蘭廠，將 Any Layer HDI制程產(chǎn)能由每月30萬平方遲擴(kuò)充到33萬平方遲，增幅達(dá)10%。欣興電子則在2016年將Any Layer HDI制程產(chǎn)能由每月50萬平方遲擴(kuò)充到70萬平方遲。華通的重慶涪陵廠也增設(shè)Any Layer HDI制程產(chǎn)能設(shè)備，華通Any Layer HDI制程產(chǎn)能總產(chǎn)能在2016年由目前的35萬平方遲擴(kuò)大到至少40萬平方遲。

 

由于商機(jī)明確，自動(dòng)化及PCB設(shè)備廠也持續(xù)推進(jìn)設(shè)備技術(shù)，以掌握龐大商機(jī)。其中，川寶科技自美國引進(jìn)的直接成像曝光機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，已完成移轉(zhuǎn)在臺(tái)生產(chǎn)。川寶科技原與美商Maskless Lithography合作，并獲其技術(shù)移轉(zhuǎn)及專利授權(quán)方式，引進(jìn)其直接成像曝光機(jī)來臺(tái)就地生產(chǎn)。

 

以目前高階的薄板、細(xì)線路PCB生產(chǎn)而言，曝光制程舍棄底片曝光而走向直接成像是必然的趨勢。另外，廣運(yùn)機(jī)械則以專案方式切入高階Any Layer HDI制程PCB設(shè)備。

 

導(dǎo)入采用IC基板的類基板HDI技術(shù)

繼全面導(dǎo)入任意層高密度連接板，據(jù)了解，為了有利大量導(dǎo)入系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)技術(shù)，來達(dá)到次系統(tǒng)模組化的目標(biāo)，蘋果明年(2017)推出的iPhone 7S/8將不再使用普及的高密度連結(jié)板，而是改為以IC基板技術(shù)生產(chǎn)的類基板(substrate-like)HDI。

 

事實(shí)上，蘋果一直致力于手機(jī)內(nèi)建SiP次系統(tǒng)模組的發(fā)展，iPhone 6中內(nèi)建3個(gè)SiP次系統(tǒng)模組，iPhone 7增加至6個(gè)SiP次系統(tǒng)模組，一般預(yù)料iPhone 7S/8手機(jī)將搭載更多SiP次系統(tǒng)模組，因此從HDI板改成類基板HDI，以加快導(dǎo)入SiP技術(shù)是合理的發(fā)展方向。蘋果的iPhone 7S/8會(huì)將原本的一大片傳統(tǒng)HDI板拆解成4小塊類基板HDI，除了可加快導(dǎo)入SiP技術(shù)，還可空出更大空間來增加電池容量。

 

為了要配合SiP技術(shù)，類基板HDI的電路板線距線寬將朝向細(xì)間距(fine pitch)方向發(fā)展，特別是線距線寬必須微縮到35微米以下，這是與HDI板的最大不同之處。也因?yàn)榫€距線寬的微縮程度極大，因此傳統(tǒng)印刷電路板HDI制程已經(jīng)不敷所需，類基板HDI必須采用半導(dǎo)體的IC基板制程生產(chǎn)。

 

3D列印多層板已實(shí)現(xiàn)

印刷電路板制造技術(shù)日新月異，值得一提的是，利用3D機(jī)器列印簡單的印刷電路板已不少見，然而，在SolidWorks World 2016大會(huì)中，以色列Nano Dimension公司藉由特殊的奈米級(jí)導(dǎo)電材料，甚至已開發(fā)出全球首款可列印專業(yè)多層電路板的3D列印機(jī)DragonFly 2020。

 

Nano Dimension公司共同創(chuàng)辦人Simon Fried表示，這是全世界首款可列印多層電路板的3D列印機(jī)，可支援電路板的通孔(Through Hole)設(shè)計(jì)，遇到通孔處就不會(huì)噴印電路板材料，而制作完成的電路板，亦可如一般電路板焊接電子零組件。此臺(tái)機(jī)器在幾小時(shí)內(nèi)可印出4層、甚至多達(dá)10層的電路板。

 

Simon Fried并指出，列印多層電路板的重要關(guān)鍵，是Nano Dimension獨(dú)家的奈米級(jí)銀質(zhì)導(dǎo)電材料AgCite，能噴出極細(xì)微的銀質(zhì)墨滴，以列印平面與立體電子線路。DragonFly 2020是采用噴墨技術(shù)，配有兩個(gè)噴頭，藉由噴出導(dǎo)電材料與絕緣材料，以堆迭的方式層層噴印，印制出含有平面與立體線路的多層電路板。不過，目前Nano Dimension的列印技術(shù)僅能達(dá)到90Micron線寬且銀導(dǎo)電材質(zhì)成本較高，所以僅適用于電路板打樣與小量生產(chǎn)。

 

線路復(fù)雜增加驗(yàn)證難度

HDI板與傳統(tǒng)多層板并不相同，因此各種性能的測試及驗(yàn)證要求也有所不同。就HDI板而言，由于HDI板厚越來越薄，加上無鉛化發(fā)展，因此耐熱性也就受到更大挑戰(zhàn)，HDI的可靠性對(duì)耐熱性能的要求也越來越高。

 

耐熱性是指PCB抵抗在焊接過程中產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力的能力，值得注意的是， HDI板的層結(jié)構(gòu)不同于普通多層通孔PCB板，因此HDI板的耐熱性能與普通多層通孔PCB板相比有所不同，一階HDI板的耐熱性能缺陷主要是爆板和分層，而HDI板發(fā)生爆板機(jī)率最大的區(qū)域是密集埋孔的上方以及大銅面的下方區(qū)域，這是HDI測試需特別注意的重點(diǎn)。

 

整體而言，包括HDI在內(nèi)，多層板的線路越來越復(fù)雜，加上電路基板尺寸越來越小，導(dǎo)致制程復(fù)雜度不斷增加，大幅提高成品驗(yàn)證的困難度，因此勢必須搭配高階測試設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)電性檢測，以避免問題基板，進(jìn)而提升電子產(chǎn)品制造品質(zhì)。