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智慧手持裝置帶動PCB應用需求

  • 魏淑芳

蘋果iPhone產品推動了類載板的需求。圖片來源:ifixit

印刷電路板(Printed Circuit Board)被稱為「電子工業之母」,目前所有的電子產品都必須使用印刷電路板來固定積體電路(IC)與其他電子元件(電阻、電容、電感等),並且將所有功能不同的IC及電子元件以許多銅導線連接起來,讓電子訊號可以在不同的電子元件之間流通,印刷電路板是所有電子產品不可缺的基礎零件。

根據產品或需求類型的不同,也有分不同的類型。目前台灣的PCB產值是全球第一,而這種電子基礎料件在技術層次上雖沒有像IC設計那樣需要極為高深的技術,但實際上仍算不上簡單。

手機網路往5G前進,帶動相關天線技術發展。(圖片來源:spectrum.ieee.org)

終端輕薄走勢推動HDI線寬微細化

目前手機發展越來越走向智慧化、輕薄化,而且未來可撓設計,甚至螢幕比例大幅增加的情況之下,內部零組件更為緊湊,也需要更彈性的設計,在此情形之下,軟板(FPC)以及類載板(SLP)都會在未來相關的產品設計中,佔有更加重要的份量。

FPC主要是將軟性銅箔基板(FCCL)和軟性絕緣層使用接著劑貼附後壓合而成的軟板,之後經過蝕刻等加工過程,最後留下所需的線路,做為電子訊號傳輸媒介,如同硬板一般,軟板也會搭配積體電路晶片、電容、電阻等電子元件。

而類載板則是屬於硬板,其製程則介於高階HDI和IC載板之間,一般而言,高階HDI廠商和IC載板廠商都有機會切入這塊市場。

為了因應更複雜的電路設計,以及包含無線通訊模組織後的複雜元件,PCB中的HDI(High Density Interconnect)線路也會越來越複雜,傳統的去除法(Subtractive)已經不敷所需,必須改用半加成法(mSAP),甚至利用更薄的CCL銅厚度(3μm以下)以及1μm化銅厚度的進階式半加成法來達到更細線路的設計目的。

另一方面,蘋果與三星使用類載板帶來產品設計上的好處,而蘋果搶先使用了線寬線距更小的SLP技術之後,也讓整個HDI市場逐漸走向類載板的形式,三星與蘋果大約同時採用SLP技術類載板,而華為也在2019年進入SLP類載板領域,這也推動了國際一線智慧型手機大廠採用相關技術。

除了手機以外,智慧手錶為了要在極小的空間中塞入更多的元件,同樣也是SLP技術的使用大戶。目前SLP技術由台灣、南韓與日本主導,但隨著技術轉移,中國大陸的PCB廠商也會逐漸掌握SLP製程關鍵,並快速提高市場滲透率。

值得注意的是,大陸目前雖然深陷貿易戰風暴,整體經濟走向衰退,內需和出口都表現不佳,但大陸PCB廠商仍然不斷擴產,並沒有因為貿易戰而退縮,其實也可看到未來大陸製造轉型,以及智慧設備的大量普及,仍將有效推動相關PCB產業的需求。

尤其是大陸手機製造公司,目前的製造技術其實還不如蘋果或三星,比如說大陸手機平均FPC的使用量大約在10片左右,但蘋果的iPhone則逼近20片,可見相關的市場還有很大的成長空間。

5G複雜設計需求將帶動PCB新一波商機

另一方面,隨著5G技術從概念到量產,與之搭配的大規模MIMO天線配置越趨複雜,也使得射頻前端在5G智慧型手機內佔據更多空間。此外,5G系統處理的資料數量將成幾何式成長,這對電池容量要求也會提升,這意味著PCB和其他電子零組件必須被壓縮以更高密度、更小型化的形式完成封裝。

而5G的逐漸普及,對PCB業者而言,帶來的最直接貢獻就是FPC的需求大增,尤其是前述MIMO天線的需求,對材料與製程的革新也發揮了一定的推動作用。比如說從2019年開始,由於5G還沒有普及,因此使用了在4G頻段表現仍不錯的MPI(Modified Polyimide)為主要材料,然而隨著5G帶來的設備製造需求,能夠適應更高頻段的LCP(液晶高分子)材料將會成為主流。

目前還沒有用上LCP材料的主要原因之一,除了頻段支援能力尚無用武之處外,LCP材料本身有吸濕性,且生產過程中因為材料特性比較脆,加工難度較高。但考慮到未來5G天線FPC的需求,當製程有了突破,就會快速普及,並在手機市場上取代傳統的MPI。

除了FPC外,前面也提到,由於蘋果、三星以及華為等對類載板的採用,這類PCB產品的需求也有大幅提升的趨勢,而5G的普及會增加PCB上元件的複雜度,類載板可以有效縮減線寬與線距,讓零組件機構在手機內可以做到更緊緻,除了可以降低因為5G帶來的複雜零件佈線需求,藉此還可以容納更多電池空間,放進更大容量的電池,滿足5G高速傳輸時代來的高耗電。

然而值得注意的是,由於 5G 頻段更高,因此需要更嚴格的阻抗控制。如果沒有透過極為精密的方式成形,HDI更纖薄、緊湊的線路布局可能增加訊號干擾或衰減的風險,降低網路傳輸速度。目前PCB製造商透過mSAP製程來解決此問題。

需求持平但價值提升

隨著5G概念的風行,以及各種手持或移動設備的設計走向多變,比如說折疊式手機隨著可撓顯示面板的技術突破而重回市場,隨之而來的軟性設計或者是連接設計就需要PCB業者發展出新的技術或者是製程來加以因應。

尤其是使用可撓面板的折疊手機,其FPC與軟性連接器的需求都會大幅增加,雖然相關高密度製造技術的發展,以及晶片封裝技術的演進,使得單一設備的PCB需求減少,雖然設備類型變多,但整體而言,總量並不會有太大的變化,不過由於新技術的導入,以及走向更高附加價值的產品中,PCB的平均單價的提升仍能有效提高相關產業的產值表現。