新技术/新规范纷亮相 协助PCB产业持续升级 - 全文

智能制造将是提升PCB产业关键因素。为协助PCB产业加速走向智慧化，产官学界纷纷研发一代PCB创新制造技术，并同时推动PCB设备通讯协议，进一步整合物联网（IoT）、大数据（Big Data）与云端运算等技术，协助PCB产业持续升级。

印刷电路板（PCB）加速迈向智能制造。现今电子产品已经从过去的标准化规格，转变为弹性客制化规格为主的形态，而面对未来科技产品「少量多样」的发展趋势，PCB产业必须加速朝智能制造迈进，才能快速满足客户多变的需求。为此，产官学界纷纷推出新一代解决方案，运用高值化的智能制造帮助PCB产业有所突破，提升市场竞争力。

奥宝新品竞出加PCB制造智能化

为加速PCB产业制造智能化，并抢占市场商机，奥宝科技（Orbotech）日前于2016电路板产业国际展览会（TPCA 2016）展会上推出新一代 PCB制造解决方案。其中包括令人瞩目的四大主力新品，分别为Nuvogo Fine直接成像系统、Precise 800自动光学成形系统、Sprint 200 Flex软板文字喷印系统和整合先进自动化功能的Discovery II 9200，将为PCB制造商降低生产成本，并提高良率、性能，提升竞争力。

图1　奥宝科技亚太区AOI&AOS营销经理王俊杰表示，因应新制程与市场成长，驱使高阶制程的系统和解决方案需求大增。

奥宝科技亚太区AOI&AOS营销经理王俊杰（图1）表示，智慧手机、工业4.0、自动驾驶及5G基础建设四大领域将促进PCB市场持续成长。这四大市场推动PCB制程设备性能不断提升，为因应日渐增加的生产需求，客户须购买设备以提升自身生产能力。另外，新的制程技术也趁势而起，例如于智能手机PCB制造上，有越来越多业者采用改良型半加成（mSAP）技术；或是将类基板运用于新一代的高密度互连技术（（High Density Interconnect， HDI），在在都显示高阶制程的系统和解决方案需求大增。为此，该公司推出新一代PCB制造解决方案，满足市场需求。

据悉，新推出的Nuvogo Fine解决方案可以为高阶HDI和软板的进阶版mSAP提供较佳产能，其高分辨率特色可兼顾成像质量与产能，专为PCB制造业生产更加纤薄的高密度多功能装置而设计，加速制造商上市时间，并确保较低的单次印刷成本。

同时，保持高良率也是目前PCB制造重点。为此，Precise 800便是首款针对高阶HDI与复杂多层PCB板制造的自动光学成形AOS解决方案，其能够烧蚀残铜（短路）并修补缺铜（断路），能在先进的PCB设计中实现精确、高质量的3D成形，解决内层、外层、多线条、转角和焊盘上的缺陷，因此可大幅度减少PCB报废，提高良率。

另外，为因应轻薄型软板PCB的大量生产需求，该公司则推出首款PCB文字喷印机--Sprint 200 Flex。该产品具备多块板处理功能及先进的对位与串行化工具，让制造商在各种软板PCB材料上进行大量生产与达到高良率高质量文字喷印；而整合先进自动化解决方案的Discovery II 9200，则是将该公司旗下高性能AOI解决方案结合自动化功能，以获得更高的生产效率。该款系统专为MLB和HDI批量生产而设计，提升缺陷侦测率，进而强化产能与产品良率。

打造PCB智慧产线　亚智/EIKO携手合作

另一方面，Manz亚智科技也宣布与日本自动分析管理装置制造商エイコー电机株式会社（EIKO ELECTRIC CO， LTD）进行技术策略合作。藉由此次德国及日本跨国际的专业技术合作，Manz亚智科技得以提供首个高整合性的PCB生产线，其范围涵盖了干、湿制程设备，包括计算机整合制造中央管理系统（Computer-Integrated Manufacturing， CIM）及在线式高精度药液自动分析管理添加仪器（Inline Precise Chemical Analysis and Dosing Systems，　ICA）--ICA 001。

Manz亚智科技执行长暨创办人Dieter Manz指出，该公司此次与EIKO的技术策略合作，再次强化现有的一站式生产解决方案。透过这次的合作，双方期许能够强化高度整合的概念，从制造端的数据收集、实时药液监控与调整，一直到智慧生产，大幅提升客户的生产效率及良率，并降低制造成本，藉此提高终端产品的质量为制造商带来更佳的获利能力。

双方此次合作推出的ICA 001高精度药液自动分析管理添加仪重量只有5公斤，尺寸（宽30×高25×深20公分）约等同于一般鞋盒的大小，其设计轻巧却具备高效能，能在线全自动实时分析高达五种PTH铜制程药液，且能自动侦测并添加调整药液状态，取代了人工在生产在线手动取样再进入实验室进行测试的过程。新产品就犹如「行动实验室」，其轻巧的尺寸及高效能让PCB制造商能方便转移至不同产线并易于维护，大幅降低了生产制程变异性，提升操作人员安全性，更可以省去时间、原料清单（BOM），以及人力各项成本，为生产制造商带来更高的竞争力。

此外，新产品在运作期间每15分钟内会自动采样及分析药液，同时视实际情况智慧调整，以确保其稳定性高于97%，进一步维持生产良率与运作，避免传统上人为检测所可能产生的误差，而其药液参数分析误差值甚至低于3%。

除了铜制程之外，ICA 001也具有高度的兼容性，其化学药液分析功能可以使用于不同的湿式制程段，并且可与Manz设备以外的其他厂牌设备相互连结。除此之外，新款管理添加仪也能搭配计算机整合制造中央管理系统CIM，提供制造商整合所有生产参数，迎接大数据生产世代，进一步为客户强化智能生产制造能力。

PCBEI协助设备通讯语言统一

为使电路板产业快速迈向智能制造，***电路板协会与工研院，近期正式对外公开说明「***PCB设备通讯协议（PCBEI）」，此一通讯协议遵循国际半导体产业协会（SEMI）的SECS/GEM规范，将有助于建立电路板产线的数据储存与分析平台，建构整厂生产信息系统，以进一步朝高值化的方向前进。

电路板（PCB）是***电子产业的重要一环，目前产值已达新台币5，980亿元。***电路板协会副理事长梁茂生表示，近年来中国大陆大资本的来袭，持续透过并购、投资大厂，以及大规模奖励、补贴等方式进行规模竞争，无疑对***以中小企业为主的产业结构来说，是一大威胁。因此，运用高值化的智能制造来帮助产业有所突破，将是提升竞争力的重要方向。

由于***电路板厂商的产线机台，采用的通讯接口皆不一致，使得资料搜集与上传面临挑战，一旦缺少资料，就无法实现智能制造各项长远目标。 有鉴于此，***电路板协会与工研院，自2015年起开始着手研究***PCB设备通讯协议，在各方单位的努力之下，于近期正式对外公开说明。

图2　工研院机械与机电研究系统研究所所长胡竹生指出，PCB设备通讯协议将可解决众多设备通讯语言的问题，提高信息收集、应用与分析的效益。

工研院嵌入式控制系统部经理范逸之（图2）指出，此一***PCB设备通讯协议，将遵循SEMI规范的设备通讯标准接口及机器行为模式—SECS/GEM。遵循此一规范的主要原因在于，SECS/GEM已是半导体产业遵循多年的通讯规范，该产业中，每片晶圆的完成须历经千道制程、监测百万笔数据。

范逸之进一步分析，他们善用大数据分析，找出影响客户产品规格的关键因子、加快产品投入市场应用的时间，并成功从寻找制程变异，进展到提前预测变异，像是台积电（TSMC）几乎所有的设备都挂上了SECS/GEM，因其须要将所有数据回到主控中心，同时也要能从上层下达到机台。

***电路板协会秘书长赖家强则说，除了考虑到SECS/GEM已是半导体产业成熟的通讯规范外，也由于目前国际上还没有国家有做这样的通讯协议，***是第一个，因此一旦以SEMI规范为基础的协议产出，将能直接与各国协议对接，在达成后续效益上，也较有效率。

图3　工研院嵌入式控制系统部经理范逸之透露，对设备商而言，客制化通讯格式徒增了双方成本，此一通讯协议，使得厂商只须专注于一种通讯技术开发。

针对PCB设备通讯协议将达成的效益，***电路板协会制造联盟召集人许正宏指出，其不仅有助于建立电路板产线的数据储存与分析平台，建构整厂生产信息系统，发挥预兆诊断、实时监控、机台互相沟通、制程仿真等智能制造效益，更可透过数据搜集、串联与分析，让工厂与生产线，变成可自主感知、运作的智识型组织，进一步达到智能生产决策的目标。

工研院机械与机电研究系统研究所所长胡竹生（图3）说，近期产业脉动显示，单一规格化产品市场变化很大，如手机等产品的量已开始趋缓，取而代之的是，各种不同要求的电子终端产品会慢慢出现。对制造业者来讲，将采用客制化、量小，但变化很快的制造模式，而这也是工研院发展智能制造的主要方向。因此，若要实现智能制造，供应链的机动性便必须越来越高，有必要将所有生产设备整合连结，让各节点设备能相互沟通，才能达到预测、控制与补偿优化的效益。

然而，欣兴电子资深经理李进春（图4）表示，PCBEI标准的订定，确实有助于新设备中多标准的统一，不过现有的旧设备，该如何也同时进行统一，也是亟须解决的问题。

图4　欣兴电子资深经理李进春表示，如何使旧设备与新设备标准统一，是目前亟须解决之挑战。

对此，范逸之指出，如果控制器的本身，厂商有办法读到资料，就可以用另一台控制器当成是网关，以转送的方式来进行，而设备如果真的很旧的话，在控制器完全读不到数据的情况下，则可以外接一台现有的控制器来读取设备讯号，再作转送。

范逸之进一步解释，主要是因为原来的设备没有标准的通讯模式，所以利用网关将设备的原始数据先读取，再透过网关的程序，转换原始数据为标准的通讯格式，再往上层传送。

HA-SAP技术突破印刷电路深宽比障碍

随着行动装置的信息传输量增加与体积轻薄化，对电路板线路微细化的要求也随之提升，如何突破现今印刷电路深宽比障碍，也成PCB设计主要重点项目之一。

未来印刷电路的线宽将逐步朝10∼20μm迈进，但目前黄光蚀刻技术仅能达到30μm，为此，工研院（ITRI）电子与光电系统研究所研发出「高深宽比无光罩超细线印刷技术（High Aspect Ratio Semi-Additive Process， HA-SAP）」，大举突破了电路印刷的技术瓶颈，可实现线宽10∼20μm的印刷电路，促使产业往高单价细线化产品迈进，可望带动相关产品发展，提升PCB及软板产业的竞争力。

电子与光电系统研究所副所长胡纪平表示，未来许多电子产品所使用的电路板，其线路密度将越来越高，如何实现更纤细的印刷线路，成为一大重点。但以目前的技术，要进一步实现更纤细的印刷电路有其困难。目前印刷电路的线宽最细可做到18.4μm，但高度却只有7.5μm。由于深宽比（Aspect Ratio）不足，这样的电路对电流的承受能力有限。HA-SAP技术则可实现宽度14.2μm、高度16.6μm的印刷线路，深宽比可达1：1，因此线路能承受的电流可比目前还要大2.5倍。

胡纪平也指出，一般印刷电路的线路剖面为半圆型，其形状特点不容易侦测，以致于无法应用于高密度3C产品、车用等高阶应用，而HA-SAP技术做出来的电路剖面是方形的，沟壁与底部的角度接近90度，是技术上的一大突破，如此一来，许多物联网传感器的数据便可采用新的导线技术来传输。

另外，此技术还有一项特点在于，现有的印刷电路技术须要用到电镀镍、银线来印刷，而HA-SAP则是采用全铜线路。此一技术的突破，可望带来新的市场应用，尤其是高阶的柔性电路板（FPC）。目前柔性电路板所使用的线路材料中，导电率最高的是铜。

工研院也透过与日本印刷大厂SERIA缔结合作伙伴，目前已有支持该技术的机台，可提供完善的量产技术给未来需要此制程的客户。过去工研院与SERIA的合作是在触控面板领域，不过当触控转到柔性电路板时，需要的不只是细，还要能乘载更高的电流，导致线路截面积必须很大。为此，工研院花了一年多时间，研发出HA-SAP技术，才顺利增加线路截面积。

在应用市场方面，HA-SAP未来主要瞄准的市场有三，一是消费性电子，因其所需密度很高、数据量要很大；二是轻薄、低功耗的物联网传感器，要达到低功耗，线路导电度必须够高；三是4K/8K显示器，当线路越来越多，驱动器芯片也会越来越多，成本将随之提升，因此透过将其变细，本来要8∼10颗的驱动器芯片，使用数量将可降低一半，可大幅降低成本。