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智能手持装置带动PCB应用需求

  • 魏淑芳

苹果iPhone产品推动了类载板的需求。图片来源:ifixit

印刷电路板(Printed Circuit Board)被称为「电子工业之母」,目前所有的电子产品都必须使用印刷电路板来固定集成电路(IC)与其它电子元件(电阻、电容、电感等),并且将所有功能不同的IC及电子元件以许多铜导线连接起来,让电子讯号可以在不同的电子元件之间流通,印刷电路板是所有电子产品不可缺的基础零件。

根据产品或需求类型的不同,也有分不同的类型。目前台湾的PCB产值是全球第一,而这种电子基础料件在技术层次上虽没有像IC设计那样需要极为高深的技术,但实际上仍算不上简单。

手机网络往5G前进,带动相关天线技术发展。(图片来源:spectrum.ieee.org)

终端轻薄走势推动HDI线宽微细化

目前手机发展越来越走向智能化、轻薄化,而且未来可挠设计,甚至屏幕比例大幅增加的情况之下,内部零组件更为紧凑,也需要更弹性的设计,在此情形之下,软板(FPC)以及类载板(SLP)都会在未来相关的产品设计中,占有更加重要的份量。

FPC主要是将软性铜箔基板(FCCL)和软性绝缘层使用接著剂贴附后压合而成的软板,之后经过蚀刻等加工过程,最后留下所需的线路,做为电子讯号传输媒介,如同硬板一般,软板也会搭配集成电路芯片、电容、电阻等电子元件。

而类载板则是属于硬板,其制程则介于高阶HDI和IC载板之间,一般而言,高阶HDI厂商和IC载板厂商都有机会切入这块市场。

为了因应更复杂的电路设计,以及包含无线通讯模块织后的复杂元件,PCB中的HDI(High Density Interconnect)线路也会越来越复杂,传统的去除法(Subtractive)已经不敷所需,必须改用半加成法(mSAP),甚至利用更薄的CCL铜厚度(3μm以下)以及1μm化铜厚度的进阶式半加成法来达到更细线路的设计目的。

另一方面,苹果与三星使用类载板带来产品设计上的好处,而苹果抢先使用了线宽线距更小的SLP技术之后,也让整个HDI市场逐渐走向类载板的形式,三星与苹果大约同时采用SLP技术类载板,而华为也在2019年进入SLP类载板领域,这也推动了国际一线智能型手机大厂采用相关技术。

除了手机以外,智能手表为了要在极小的空间中塞入更多的元件,同样也是SLP技术的使用大户。目前SLP技术由台湾、韩国与日本主导,但随著技术转移,中国大陆的PCB厂商也会逐渐掌握SLP制程关键,并快速提高市场渗透率。

值得注意的是,大陆目前虽然深陷贸易战风暴,整体经济走向衰退,内需和出口都表现不佳,但大陆PCB厂商仍然不断扩产,并没有因为贸易战而退缩,其实也可看到未来大陆制造转型,以及智能设备的大量普及,仍将有效推动相关PCB产业的需求。

尤其是大陆手机制造公司,目前的制造技术其实还不如苹果或三星,比如说大陆手机平均FPC的使用量大约在10片左右,但苹果的iPhone则逼近20片,可见相关的市场还有很大的成长空间。

5G复杂设计需求将带动PCB新一波商机

另一方面,随著5G技术从概念到量产,与之搭配的大规模MIMO天线配置越趋复杂,也使得射频前端在5G智能型手机内占据更多空间。此外,5G系统处理的资料数量将成几何式成长,这对电池容量要求也会提升,这意味著PCB和其它电子零组件必须被压缩以更高密度、更小型化的形式完成封装。

而5G的逐渐普及,对PCB业者而言,带来的最直接贡献就是FPC的需求大增,尤其是前述MIMO天线的需求,对材料与制程的革新也发挥了一定的推动作用。比如说从2019年开始,由于5G还没有普及,因此使用了在4G频段表现仍不错的MPI(Modified Polyimide)为主要材料,然而随著5G带来的设备制造需求,能够适应更高频段的LCP(液晶高分子)材料将会成为主流。

目前还没有用上LCP材料的主要原因之一,除了频段支持能力尚无用武之处外,LCP材料本身有吸湿性,且生产过程中因为材料特性比较脆,加工难度较高。但考虑到未来5G天线FPC的需求,当制程有了突破,就会快速普及,并在手机市场上取代传统的MPI。

除了FPC外,前面也提到,由于苹果、三星以及华为等对类载板的采用,这类PCB产品的需求也有大幅提升的趋势,而5G的普及会增加PCB上元件的复杂度,类载板可以有效缩减线宽与线距,让零组件机构在手机内可以做到更紧致,除了可以降低因为5G带来的复杂零件布线需求,藉此还可以容纳更多电池空间,放进更大容量的电池,满足5G高速传输时代来的高耗电。

然而值得注意的是,由于 5G 频段更高,因此需要更严格的阻抗控制。如果没有透过极为精密的方式成形,HDI更纤薄、紧凑的线路布局可能增加讯号干扰或衰减的风险,降低网络传输速度。目前PCB制造商透过mSAP制程来解决此问题。

需求持平但价值提升

随著5G概念的风行,以及各种手持或移动设备的设计走向多变,比如说折叠式手机随著可挠显示面板的技术突破而重回市场,随之而来的软性设计或者是连接设计就需要PCB业者发展出新的技术或者是制程来加以因应。

尤其是使用可挠面板的折叠手机,其FPC与软性连接器的需求都会大幅增加,虽然相关高密度制造技术的发展,以及芯片封装技术的演进,使得单一设备的PCB需求减少,虽然设备类型变多,但整体而言,总量并不会有太大的变化,不过由于新技术的导入,以及走向更高附加价值的产品中,PCB的平均单价的提升仍能有效提高相关产业的产值表现。