No11软性电路板技术及行业趋势200809

No 11 200809 from 世界材料网

软性电路板技术与产业发展趋势

软性印刷电路板（软板， Flexible Print Circuit; FPC）经历了2004~2005 年强烈的市场需求与成长后，从2005年下半年软板市场的反转走向持续到今年上半年，其中最重要的因素是供需及产销的严重失衡，失去理性的过度生产扩张，是造成此种现象的主因。本文将藉由2008JPCA Show的技术内容展示为内涵，谈一谈软板的技术发展近况与趋势，这其中包括薄型化、新型基板材料、功能化软板、高密度细线及光电软板等软板新技术。同时以国内软板产业现况作一分析，并探讨软板产业的问题与挑战。

近来的软板技术有逐渐往薄型化方向发展趋势，今年的JPCA Show 也不例外，各家公司分别提出小于1/2 mil 基材的软板材料与设计，除了轻量薄型一直是行动电子产品的最重要诉求外，薄型化所带来的高度挠曲性也是软板薄型化的要因。生产软板基材的Kanekafugi Chemicals（钟渊化学）已于去年推出10μm的PI(Polyimide)薄型基材，搭配1/3~1/4 oZ 的薄铜，可将软板厚度由现今主流的PI = 12.5μm 及1/2 oZ铜箔做有效的降低。

软板薄型化除了对应用产品的轻薄化具有贡献外，更因基板的薄型化使软板的挠曲性获得改善，依据钟渊化学所提供的测试数据，当PI 基材厚度由12.5μm 下降到10μm 时，其软板整体挠曲性将提升40% 。另一PI Film 生产大厂－DuPont（杜邦）不甘示弱地推出7.5μm的PI基材(Kapton 30EN)，号称其柔软性只有原12.5μm Kapton 50EN 的1/3（图一），希望与钟渊化学相抗衡。名列全球三大PI 膜生产公司的宇部兴产(Ube Industry)也不示弱地产出只有12.5μm 的薄型PI 膜（ 图二，Upilex 12.5CA），在搭配9μm 铜箔之下，其挠曲性可达到25μm PI 搭配同样9μm 铜箔的2 倍。只是生产超薄PI Film 技术即使克服生产良率过低的问题，但对于FCCL 及后段电路制程的软板厂而言，现有制程设备及基板Handling 的问题将会是一大难题，因此在技术相互追逐的盲点下，现实应用技术的搭配与否，值得大家思考。

强调轻量薄型一直是软板的主流价值，薄型化的趋势自然是因应可携式电子产品的需求而产生的，但在无止尽追求薄型的思维中，考虑制程及后段组装的良率问题是必要的。另由技术进展角度来观察，当新基材出现市场时，将会提供下游业者在新产品设计及开发上一些新的想象空间，有助于新应用的催生，所以薄型化基材所代表的意义将可由多重面向来思考，不过这样的趋势将是软板未来几年的主流。

图一、杜邦公司薄型PI 膜的柔软性比较

图二、宇部兴产所展出的12.5μm薄型PI 膜 立体FPC

OKI 展出立体FPC（图五），这是以一定温度与力量弯曲FPC ，使其成为一立体形状，如此可以将FPC 弯曲后避开PCB上布置的组件所产生的组装障碍，在基板各连接器间做任意的连接，达到高密度组装的功能。立体FPC 总厚度110μm ，为一般FPC 的1/3 ，在施以500mN 的力量下也不会产生变形。其所用的基材非PI 而是该公司与日本油脂公司所共同开发的PEN 材料，具有比PI 更低的介电常数(Dk=2.5)，很适用于高频讯号的传输，尤其是应用于3G手机的通讯基板。

图五、OKI 的PEN 立体FPC

杜邦公司也展出具有异曲同工之妙的立体FPC 产品（图六），这是使用一种热可塑型的PI 基材，可于高温及一定压力下制作成型的制程，形成3D 的立体结构。它跟OKI 立体FPC 最大的不同是以改质后的热可塑型PI 作基材，在耐热及尺寸安定性上较PEN 基材为佳，适用于系统组件的组（构）装。其最大的缺失是PI 系统基材的吸水性较PEN 为高，可能会在构装的长期可靠性上发生问题，至于其介电常数高于PEN ，有不利于高频传输的论点，以目前软板的主要应用而言，这样的介电差异在实质应用上是相差无几的。立体FPC 具有节省组装空间的优势，因而在一些组装空间有限的产品上拥有特殊地位，例如汽车的仪表板、车灯、LED 照明（图七）及显示器的背光模块等。

图六、杜邦公司3D结构的热可塑PI (Kapton JP)

图七、OKI 的PEN-FPC 用于LED 构装 薄铜所带来的软板细线化 软板薄型化已造成风潮，其中薄型铜箔所扮演的角色除了降低软板整体厚度外，也因薄铜化带来的软板的细线与高密度化，间接促成软板往高密度发展的自然趋势。在2008 JPCA Show 展览中较具特色的铜箔材料是超薄的载体铜箔，这是在一载体（Carrier ，厚度约为35μm ，一般为铜或铝箔）上再形成一1~8μm的超薄铜层，在使用时利用载体的承载特性使其可轻易地与基材进行贴合，而不会有贴合不良及皱折产生，而在贴合后可以很轻易将其与超薄铜层剥离，独自将超薄铜留于基材之上，如此藉由超薄铜层进行高密度细线化的制程。此法除了可以传统减去法(Subtractive)制作细线路外，更可以半加成法(Semi-additive)制作超细线路(Pitch<20μm)。超细线路COF(Chip on Flex)所用的材料也是展览的重点，各家针对低吸湿膨胀、极高尺寸安定基材提出构想，将PI 基材吸湿膨胀压到10ppm/Co 以下，尺寸安定也下降到0.01% ，不仅新的Sputtering 基材想打破住友金属(SMM)独占之市场，包括新日铁在内的各家2LFCCL公司展出新型Casting 及Lamination 基材，想进入COF 用高阶的IC 载板市场，其中以新日铁的Espanex（图十）最为积极。

图十、新日铁以Casting 2L-FCCL (Espanex)作为COF 之载 光传输的时代来临了？

2000 年前后的光通讯产业及技术被认为是下一世代重要的产业及技术，相关技术研发非常蓬勃，但随之而来的是光通讯产业的泡沫化，曾一度面临惨淡经营的困境。其中原本被视为将进入讯号传输瓶颈(GHz)的电传输方式虽然不断推陈出新、迭创纪录的进展到原本认为不可能达到的目标，然而制程、材料及封装成本的增加、日益严重的电磁干扰(EMI)及散热问题，已不断宣告电传输已走到了尽头。Intel 及IBM 等IC 电子产业龙头已双双体认到，要继续实现摩尔定律，非要以光取代电来传输讯号才有机会。近年来陆续各自发表了在硅晶圆上或是PCB 上建置光互连架构的研究成果，一改过去只有材料厂或是光通讯相关厂商惨淡经营的局面，着实令光通讯及传输业者为之一振。 杜邦以NTT-AT 公司的PI 为材料，在硅基板上制作长距离通讯的光电基板(1.33 and 1.5μm)，请参阅图十四。这是利用PI 优异的制程及可靠性作为光传输通路的介质。还有以全软板型式，将高分子树脂先调控成折射率不同的核壳(Clad)及核心(Core)材料，再利用一般电路板压合制程及曝光硬化制程，做成光电混成软板，应用于高频手机通讯之用（图十五）。波导基板之于光传信系统，就好比如PWB (Printed Wiring Boards)之于电传输系统，是用来建立光纤、连结器、光开关、雷射光源及光传感器等其它光学组件的信号连结，故又被称为平面光波导回路。Hitachi Chemical 展出以该高分子树脂材料所制作验证的光电混成基板，传输损失<0.04 dB/cm (850nm)，在手机软板的光信道上传送10Gbps 讯号。

图十四、杜邦公司用NTT-AT PI 做为光波导通路的硅基板

图十五、Hitachi Chemical 所展出全软板光波导通路在手机应用的示意

目前该技术尚处于研发阶段，没有看到相关的可靠性信息与数据，依据现场的讨论，该项技术将应用于可携式信息电子产品、通信机器及需要高速讯号处理及容量的影像情报处理装置。光电混成基板技术有复苏的态势，近来NTT-AT 公司又来台推广其光波导材料及通道制作的技术，加上各地相关研讨会及展览的热络状况，可预期光传输技术及光电混成基板技术将会燃起另一波热潮。光电传输混成基板在需求面上有一定的发展趋势，至于它的导入点（时间点）端看铜导体可以将传输频率持续往上推到什么境界。当然在技术面上，光电基板所面临的复杂光电转换设计及结构、光波导通路的制作与现有基板制程的相容度、光波导材的成熟度及其长期可靠度等，都还有技术需突破及发展的空间，不过它提供一个很好的设计及技术新空间，让电路板及构装产业有新的期待。

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