新技術(shù)/新規(guī)范紛亮相 協(xié)助PCB產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級 - 全文

智能制造將是提升PCB產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵因素。為協(xié)助PCB產(chǎn)業(yè)加速走向智慧化，產(chǎn)官學(xué)界紛紛研發(fā)一代PCB創(chuàng)新制造技術(shù)，并同時(shí)推動(dòng)PCB設(shè)備通訊協(xié)議，進(jìn)一步整合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)（Big Data）與云端運(yùn)算等技術(shù)，協(xié)助PCB產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級。

印刷電路板（PCB）加速邁向智能制造。現(xiàn)今電子產(chǎn)品已經(jīng)從過去的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格，轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥钥椭苹?guī)格為主的形態(tài)，而面對未來科技產(chǎn)品「少量多樣」的發(fā)展趨勢，PCB產(chǎn)業(yè)必須加速朝智能制造邁進(jìn)，才能快速滿足客戶多變的需求。為此，產(chǎn)官學(xué)界紛紛推出新一代解決方案，運(yùn)用高值化的智能制造幫助PCB產(chǎn)業(yè)有所突破，提升市場競爭力。

奧寶新品競出加PCB制造智能化

為加速PCB產(chǎn)業(yè)制造智能化，并搶占市場商機(jī)，奧寶科技（Orbotech）日前于2016電路板產(chǎn)業(yè)國際展覽會(huì)（TPCA 2016）展會(huì)上推出新一代 PCB制造解決方案。其中包括令人矚目的四大主力新品，分別為Nuvogo Fine直接成像系統(tǒng)、Precise 800自動(dòng)光學(xué)成形系統(tǒng)、Sprint 200 Flex軟板文字噴印系統(tǒng)和整合先進(jìn)自動(dòng)化功能的Discovery II 9200，將為PCB制造商降低生產(chǎn)成本，并提高良率、性能，提升競爭力。

圖1　奧寶科技亞太區(qū)AOI&AOS營銷經(jīng)理王俊杰表示，因應(yīng)新制程與市場成長，驅(qū)使高階制程的系統(tǒng)和解決方案需求大增。

奧寶科技亞太區(qū)AOI&AOS營銷經(jīng)理王俊杰（圖1）表示，智慧手機(jī)、工業(yè)4.0、自動(dòng)駕駛及5G基礎(chǔ)建設(shè)四大領(lǐng)域?qū)⒋龠M(jìn)PCB市場持續(xù)成長。這四大市場推動(dòng)PCB制程設(shè)備性能不斷提升，為因應(yīng)日漸增加的生產(chǎn)需求，客戶須購買設(shè)備以提升自身生產(chǎn)能力。另外，新的制程技術(shù)也趁勢而起，例如于智能手機(jī)PCB制造上，有越來越多業(yè)者采用改良型半加成（mSAP）技術(shù)；或是將類基板運(yùn)用于新一代的高密度互連技術(shù)（（High Density Interconnect， HDI），在在都顯示高階制程的系統(tǒng)和解決方案需求大增。為此，該公司推出新一代PCB制造解決方案，滿足市場需求。

據(jù)悉，新推出的Nuvogo Fine解決方案可以為高階HDI和軟板的進(jìn)階版mSAP提供較佳產(chǎn)能，其高分辨率特色可兼顧成像質(zhì)量與產(chǎn)能，專為PCB制造業(yè)生產(chǎn)更加纖薄的高密度多功能裝置而設(shè)計(jì)，加速制造商上市時(shí)間，并確保較低的單次印刷成本。

同時(shí)，保持高良率也是目前PCB制造重點(diǎn)。為此，Precise 800便是首款針對高階HDI與復(fù)雜多層PCB板制造的自動(dòng)光學(xué)成形AOS解決方案，其能夠燒蝕殘銅（短路）并修補(bǔ)缺銅（斷路），能在先進(jìn)的PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)精確、高質(zhì)量的3D成形，解決內(nèi)層、外層、多線條、轉(zhuǎn)角和焊盤上的缺陷，因此可大幅度減少PCB報(bào)廢，提高良率。

另外，為因應(yīng)輕薄型軟板PCB的大量生產(chǎn)需求，該公司則推出首款PCB文字噴印機(jī)--Sprint 200 Flex。該產(chǎn)品具備多塊板處理功能及先進(jìn)的對位與串行化工具，讓制造商在各種軟板PCB材料上進(jìn)行大量生產(chǎn)與達(dá)到高良率高質(zhì)量文字噴印；而整合先進(jìn)自動(dòng)化解決方案的Discovery II 9200，則是將該公司旗下高性能AOI解決方案結(jié)合自動(dòng)化功能，以獲得更高的生產(chǎn)效率。該款系統(tǒng)專為MLB和HDI批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，提升缺陷偵測率，進(jìn)而強(qiáng)化產(chǎn)能與產(chǎn)品良率。

打造PCB智慧產(chǎn)線　亞智/EIKO攜手合作

另一方面，Manz亞智科技也宣布與日本自動(dòng)分析管理裝置制造商エイコー電機(jī)株式會(huì)社（EIKO ELECTRIC CO， LTD）進(jìn)行技術(shù)策略合作。藉由此次德國及日本跨國際的專業(yè)技術(shù)合作，Manz亞智科技得以提供首個(gè)高整合性的PCB生產(chǎn)線，其范圍涵蓋了干、濕制程設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)整合制造中央管理系統(tǒng)（Computer-Integrated Manufacturing， CIM）及在線式高精度藥液自動(dòng)分析管理添加儀器（Inline Precise Chemical Analysis and Dosing Systems，　ICA）--ICA 001。

Manz亞智科技執(zhí)行長暨創(chuàng)辦人Dieter Manz指出，該公司此次與EIKO的技術(shù)策略合作，再次強(qiáng)化現(xiàn)有的一站式生產(chǎn)解決方案。透過這次的合作，雙方期許能夠強(qiáng)化高度整合的概念，從制造端的數(shù)據(jù)收集、實(shí)時(shí)藥液監(jiān)控與調(diào)整，一直到智慧生產(chǎn)，大幅提升客戶的生產(chǎn)效率及良率，并降低制造成本，藉此提高終端產(chǎn)品的質(zhì)量為制造商帶來更佳的獲利能力。

雙方此次合作推出的ICA 001高精度藥液自動(dòng)分析管理添加儀重量只有5公斤，尺寸（寬30×高25×深20公分）約等同于一般鞋盒的大小，其設(shè)計(jì)輕巧卻具備高效能，能在線全自動(dòng)實(shí)時(shí)分析高達(dá)五種PTH銅制程藥液，且能自動(dòng)偵測并添加調(diào)整藥液狀態(tài)，取代了人工在生產(chǎn)在線手動(dòng)取樣再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試的過程。新產(chǎn)品就猶如「行動(dòng)實(shí)驗(yàn)室」，其輕巧的尺寸及高效能讓PCB制造商能方便轉(zhuǎn)移至不同產(chǎn)線并易于維護(hù)，大幅降低了生產(chǎn)制程變異性，提升操作人員安全性，更可以省去時(shí)間、原料清單（BOM），以及人力各項(xiàng)成本，為生產(chǎn)制造商帶來更高的競爭力。

此外，新產(chǎn)品在運(yùn)作期間每15分鐘內(nèi)會(huì)自動(dòng)采樣及分析藥液，同時(shí)視實(shí)際情況智慧調(diào)整，以確保其穩(wěn)定性高于97%，進(jìn)一步維持生產(chǎn)良率與運(yùn)作，避免傳統(tǒng)上人為檢測所可能產(chǎn)生的誤差，而其藥液參數(shù)分析誤差值甚至低于3%。

除了銅制程之外，ICA 001也具有高度的兼容性，其化學(xué)藥液分析功能可以使用于不同的濕式制程段，并且可與Manz設(shè)備以外的其他廠牌設(shè)備相互連結(jié)。除此之外，新款管理添加儀也能搭配計(jì)算機(jī)整合制造中央管理系統(tǒng)CIM，提供制造商整合所有生產(chǎn)參數(shù)，迎接大數(shù)據(jù)生產(chǎn)世代，進(jìn)一步為客戶強(qiáng)化智能生產(chǎn)制造能力。

PCBEI協(xié)助設(shè)備通訊語言統(tǒng)一

為使電路板產(chǎn)業(yè)快速邁向智能制造，***電路板協(xié)會(huì)與工研院，近期正式對外公開說明「***PCB設(shè)備通訊協(xié)議（PCBEI）」，此一通訊協(xié)議遵循國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）的SECS/GEM規(guī)范，將有助于建立電路板產(chǎn)線的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與分析平臺，建構(gòu)整廠生產(chǎn)信息系統(tǒng)，以進(jìn)一步朝高值化的方向前進(jìn)。

電路板（PCB）是***電子產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，目前產(chǎn)值已達(dá)新臺幣5，980億元。***電路板協(xié)會(huì)副理事長梁茂生表示，近年來中國大陸大資本的來襲，持續(xù)透過并購、投資大廠，以及大規(guī)模獎(jiǎng)勵(lì)、補(bǔ)貼等方式進(jìn)行規(guī)模競爭，無疑對***以中小企業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來說，是一大威脅。因此，運(yùn)用高值化的智能制造來幫助產(chǎn)業(yè)有所突破，將是提升競爭力的重要方向。

由于***電路板廠商的產(chǎn)線機(jī)臺，采用的通訊接口皆不一致，使得資料搜集與上傳面臨挑戰(zhàn)，一旦缺少資料，就無法實(shí)現(xiàn)智能制造各項(xiàng)長遠(yuǎn)目標(biāo)。 有鑒于此，***電路板協(xié)會(huì)與工研院，自2015年起開始著手研究***PCB設(shè)備通訊協(xié)議，在各方單位的努力之下，于近期正式對外公開說明。

圖2　工研院機(jī)械與機(jī)電研究系統(tǒng)研究所所長胡竹生指出，PCB設(shè)備通訊協(xié)議將可解決眾多設(shè)備通訊語言的問題，提高信息收集、應(yīng)用與分析的效益。

工研院嵌入式控制系統(tǒng)部經(jīng)理范逸之（圖2）指出，此一***PCB設(shè)備通訊協(xié)議，將遵循SEMI規(guī)范的設(shè)備通訊標(biāo)準(zhǔn)接口及機(jī)器行為模式—SECS/GEM。遵循此一規(guī)范的主要原因在于，SECS/GEM已是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遵循多年的通訊規(guī)范，該產(chǎn)業(yè)中，每片晶圓的完成須歷經(jīng)千道制程、監(jiān)測百萬筆數(shù)據(jù)。

范逸之進(jìn)一步分析，他們善用大數(shù)據(jù)分析，找出影響客戶產(chǎn)品規(guī)格的關(guān)鍵因子、加快產(chǎn)品投入市場應(yīng)用的時(shí)間，并成功從尋找制程變異，進(jìn)展到提前預(yù)測變異，像是臺積電（TSMC）幾乎所有的設(shè)備都掛上了SECS/GEM，因其須要將所有數(shù)據(jù)回到主控中心，同時(shí)也要能從上層下達(dá)到機(jī)臺。

***電路板協(xié)會(huì)秘書長賴家強(qiáng)則說，除了考慮到SECS/GEM已是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)成熟的通訊規(guī)范外，也由于目前國際上還沒有國家有做這樣的通訊協(xié)議，***是第一個(gè)，因此一旦以SEMI規(guī)范為基礎(chǔ)的協(xié)議產(chǎn)出，將能直接與各國協(xié)議對接，在達(dá)成后續(xù)效益上，也較有效率。

圖3　工研院嵌入式控制系統(tǒng)部經(jīng)理范逸之透露，對設(shè)備商而言，客制化通訊格式徒增了雙方成本，此一通訊協(xié)議，使得廠商只須專注于一種通訊技術(shù)開發(fā)。

針對PCB設(shè)備通訊協(xié)議將達(dá)成的效益，***電路板協(xié)會(huì)制造聯(lián)盟召集人許正宏指出，其不僅有助于建立電路板產(chǎn)線的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與分析平臺，建構(gòu)整廠生產(chǎn)信息系統(tǒng)，發(fā)揮預(yù)兆診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控、機(jī)臺互相溝通、制程仿真等智能制造效益，更可透過數(shù)據(jù)搜集、串聯(lián)與分析，讓工廠與生產(chǎn)線，變成可自主感知、運(yùn)作的智識型組織，進(jìn)一步達(dá)到智能生產(chǎn)決策的目標(biāo)。

工研院機(jī)械與機(jī)電研究系統(tǒng)研究所所長胡竹生（圖3）說，近期產(chǎn)業(yè)脈動(dòng)顯示，單一規(guī)格化產(chǎn)品市場變化很大，如手機(jī)等產(chǎn)品的量已開始趨緩，取而代之的是，各種不同要求的電子終端產(chǎn)品會(huì)慢慢出現(xiàn)。對制造業(yè)者來講，將采用客制化、量小，但變化很快的制造模式，而這也是工研院發(fā)展智能制造的主要方向。因此，若要實(shí)現(xiàn)智能制造，供應(yīng)鏈的機(jī)動(dòng)性便必須越來越高，有必要將所有生產(chǎn)設(shè)備整合連結(jié)，讓各節(jié)點(diǎn)設(shè)備能相互溝通，才能達(dá)到預(yù)測、控制與補(bǔ)償優(yōu)化的效益。

然而，欣興電子資深經(jīng)理李進(jìn)春（圖4）表示，PCBEI標(biāo)準(zhǔn)的訂定，確實(shí)有助于新設(shè)備中多標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，不過現(xiàn)有的舊設(shè)備，該如何也同時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一，也是亟須解決的問題。

圖4　欣興電子資深經(jīng)理李進(jìn)春表示，如何使舊設(shè)備與新設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，是目前亟須解決之挑戰(zhàn)。

對此，范逸之指出，如果控制器的本身，廠商有辦法讀到資料，就可以用另一臺控制器當(dāng)成是網(wǎng)關(guān)，以轉(zhuǎn)送的方式來進(jìn)行，而設(shè)備如果真的很舊的話，在控制器完全讀不到數(shù)據(jù)的情況下，則可以外接一臺現(xiàn)有的控制器來讀取設(shè)備訊號，再作轉(zhuǎn)送。

范逸之進(jìn)一步解釋，主要是因?yàn)樵瓉淼脑O(shè)備沒有標(biāo)準(zhǔn)的通訊模式，所以利用網(wǎng)關(guān)將設(shè)備的原始數(shù)據(jù)先讀取，再透過網(wǎng)關(guān)的程序，轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)的通訊格式，再往上層傳送。

HA-SAP技術(shù)突破印刷電路深寬比障礙

隨著行動(dòng)裝置的信息傳輸量增加與體積輕薄化，對電路板線路微細(xì)化的要求也隨之提升，如何突破現(xiàn)今印刷電路深寬比障礙，也成PCB設(shè)計(jì)主要重點(diǎn)項(xiàng)目之一。

未來印刷電路的線寬將逐步朝10～20μm邁進(jìn)，但目前黃光蝕刻技術(shù)僅能達(dá)到30μm，為此，工研院（ITRI）電子與光電系統(tǒng)研究所研發(fā)出「高深寬比無光罩超細(xì)線印刷技術(shù)（High Aspect Ratio Semi-Additive Process， HA-SAP）」，大舉突破了電路印刷的技術(shù)瓶頸，可實(shí)現(xiàn)線寬10～20μm的印刷電路，促使產(chǎn)業(yè)往高單價(jià)細(xì)線化產(chǎn)品邁進(jìn)，可望帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展，提升PCB及軟板產(chǎn)業(yè)的競爭力。

電子與光電系統(tǒng)研究所副所長胡紀(jì)平表示，未來許多電子產(chǎn)品所使用的電路板，其線路密度將越來越高，如何實(shí)現(xiàn)更纖細(xì)的印刷線路，成為一大重點(diǎn)。但以目前的技術(shù)，要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更纖細(xì)的印刷電路有其困難。目前印刷電路的線寬最細(xì)可做到18.4μm，但高度卻只有7.5μm。由于深寬比（Aspect Ratio）不足，這樣的電路對電流的承受能力有限。HA-SAP技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)寬度14.2μm、高度16.6μm的印刷線路，深寬比可達(dá)1：1，因此線路能承受的電流可比目前還要大2.5倍。

胡紀(jì)平也指出，一般印刷電路的線路剖面為半圓型，其形狀特點(diǎn)不容易偵測，以致于無法應(yīng)用于高密度3C產(chǎn)品、車用等高階應(yīng)用，而HA-SAP技術(shù)做出來的電路剖面是方形的，溝壁與底部的角度接近90度，是技術(shù)上的一大突破，如此一來，許多物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)便可采用新的導(dǎo)線技術(shù)來傳輸。

另外，此技術(shù)還有一項(xiàng)特點(diǎn)在于，現(xiàn)有的印刷電路技術(shù)須要用到電鍍鎳、銀線來印刷，而HA-SAP則是采用全銅線路。此一技術(shù)的突破，可望帶來新的市場應(yīng)用，尤其是高階的柔性電路板（FPC）。目前柔性電路板所使用的線路材料中，導(dǎo)電率最高的是銅。

工研院也透過與日本印刷大廠SERIA締結(jié)合作伙伴，目前已有支持該技術(shù)的機(jī)臺，可提供完善的量產(chǎn)技術(shù)給未來需要此制程的客戶。過去工研院與SERIA的合作是在觸控面板領(lǐng)域，不過當(dāng)觸控轉(zhuǎn)到柔性電路板時(shí)，需要的不只是細(xì)，還要能乘載更高的電流，導(dǎo)致線路截面積必須很大。為此，工研院花了一年多時(shí)間，研發(fā)出HA-SAP技術(shù)，才順利增加線路截面積。

在應(yīng)用市場方面，HA-SAP未來主要瞄準(zhǔn)的市場有三，一是消費(fèi)性電子，因其所需密度很高、數(shù)據(jù)量要很大；二是輕薄、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，要達(dá)到低功耗，線路導(dǎo)電度必須夠高；三是4K/8K顯示器，當(dāng)線路越來越多，驅(qū)動(dòng)器芯片也會(huì)越來越多，成本將隨之提升，因此透過將其變細(xì)，本來要8～10顆的驅(qū)動(dòng)器芯片，使用數(shù)量將可降低一半，可大幅降低成本。