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一文读懂高密度FPC软板

作者:BC  时间:2018-08-17  点击:

一、高密度PCB软板定义:
 
一般是从细线与微孔的制程能力来定义高密度PCB软板,线间距(Pitch)小于150μm,微孔孔径小于150μm(IPC之定义)都可说是高密度PCB软板,而超高密度PCB软板,则是进一步缩小。应用高密度PCB软板可区分几个领域:
 
A.IC载板:如CSP、BGA等
 
B.资讯产品:如硬碟(Hard Disk)、喷墨印表机(Ink Jet Printer)
 
C.消费性产品:如照相机(Camera)、行动电话(Mobile Phone)
 
D.办公室自动化产品:如传真机(Facsimile Machine)
 
E.医疗产品:如助听器(Hearingaid)、电击器(Defibrillator)
 
F.LCD模组
 
从可以知道近两年高密度PCB软板需求成长较传统FPC要高很多,本文针对几种需求量较大的高密度PCB软板做一整理介绍。
 
 
 
二、应用
 
1.TBGA(Tape Ball Grid Array)
 
IC构装一直朝轻量化发展,许多公司设计使用软板当做IC载板,除了高密度外,优异的热传及电性也是考虑使用的主因。
 
TBGA是使用软板当做IC的载体,具有细线及薄型效果,目前应用以一层金属铜较多,二层金属的使用也逐渐增加。TBGA量产的尺寸由11mm×11mm至42.5mm×42.5mm,脚数由100到768,图6是SONY公司以软板为构装载板的TBGA。最大量的TBGA构装应是256及352脚数,35mm×35mm的构装。应用TBGA构装的产品主要是微处理器、晶片组、记忆体、DSP、ASIC及PC网路系统等。
 
2.Chip Scale Package
 
CSP晶片级尺寸构装CSP的构装强调晶片尺寸的构装体积,目前有四种主要的型式,分别为硬质基板(Rigid Substrate)、导线架(Lead Frame)、软质基板(Flex Interposer)及晶圆型(Wafer Level),其中软质基板即是采用高密度PCB软板当做IC承载基板,它跟TBGA最大的不同是在构装完成后的尺寸,因TBGA是采Fan-out方式构装,构装实体较IC大很多,而CSP采用Fan-in方式构装,实际构装实体不超过IC的1.2倍,所以有晶片级构装之称,使用的构装IC有Flash记忆体、SILM、ASIC及数位讯号处理器(DSP)等,用途则是在数位相机、摄录影机、行动电话、记忆卡等产品。一般使用Wire Bonding方式做IC与软性载板的连接,但近来逐渐使用Flip Chip方式的连接方法。至于与PCB的连接,主要还是以锡球阵列(BGA)方式的为主。CSP整个构装实体尺寸视IC大小而定,一般尺寸由6m×6mm到17m×17mm,构装间距则由0.5mm到1.0mm,TI的μStar BGA立体剖面图,是典型的软板型CSP构装代表之一。Tessera的μBGA则是CSP的鼻祖,国内有几家由其授权生产。
 
3.LCD驱动IC构装
 
过去LCD驱动IC大部分是以高密度PCB软板的TAB(Tape Automatic Bonding)的方式进行构装,藉由异方性导电胶(ACF)将TAB外接脚(内接脚与IC Bonding)与LCD面板的ITO电极做导通连接,最小pitch可达50μm。所采用的TAB Tape宽幅为48mm与7mm较多,典型的1/0数目为380,主要的应用产品是行动电话、摄录影机、笔记型电脑等。不过以TAB方式进行LCD驱动IC的构装,只单纯对驱动IC进行构装,其它的被动元件还是必须靠另一PCB来承载,如此将造成整个LCD构装尺寸无法再有效缩小,于是有人开始使用不同于TAB方式但同属高密度PCB软板构装的COF(Chip on Flex)方式来做LCD驱动IC的构装,COF方式构装除了可置放驱劝IC外,一些电阻、电容被动元件亦可以表面黏著方式置于其上,解决了再使用比PCB所造成构装体复杂及过大的问题,这是目前热门的LCD构装方式,非常具有潜在的市场,但细线、薄型、及材料附著的议题,将是软板制造(线宽150μm)、设备研发(50μm以下厚度的传输)及材料提供(无胶及铜附著)者的挑战。
 
4.喷墨印表机喷墨头
 
喷墨印表机的喷墨头驱动构装也是采用高密度的软板,目前采用无接著剂型软板,解析间距中150μm左右,但有逐渐向下发展的趋势,使用软板的宽辐以24mm为最普遍,目前这种高密度PCB软板几乎由3M公司所垄断。
 
5.硬碟机(HDD)读取头
 
由于资料储存设备随资讯、网际网路、数位影像的迅速发展,在储存容量及存取速度呈现快速成长。不仅仅PC、Notebook的硬碟机的需求而已,汽车用电脑、GPS系统、数位相机与数位摄录影机的大容量记忆装置等,都需要用到所谓的R/WFPC—读写头使用的软板。不仅是高密度结构的设计,对于操作温度可能高到80℃,以及需要高速动态的震动而不使导线有断裂的情形,信赖度要求的严苛可见一般。
 
 
 
三、发展趋势与技术要求
 
1.Fine Lines&Microvia
 
例如COF的PITCH将减小到25μm~50μm,这将挑战基材(铜接著力、厚度)、线路制程(感光解析度、蚀刻控制、设备传动)等。而孔径小到50μm,甚至更小;也有盲、埋孔的需求,势必带动如雷射等非机钻制程。
 
2.Microvias
 
当孔径小至50μm时,传统机钻已无法应付,必须仰赖雷射烧孔,直接蚀刻PI膜,这在IC Substrate如CSP、TAB等最常应用。
 
3.Flying Leads
 
有些特殊结构的高密度PCB软板,可以乾式或湿式方法PI膜蚀除,而留下所谓的飞脚(Flying Leads),可以直接和硬板已热压或和焊接连接。
 
4.Small Coverlay Openings
 
由于Coverlay Opening解析将达50μm以下,且开口数量大增,传统冲孔方式已无法做到,因此PIC(Photoimageble Coverlayer)被发展出来,以应付未来需求。
 
5.Surface Finish
 
使用于硬板的如化镍金、电镀软硬镍金、纯锡等无铅制程将是可预期的主流。
 
6.Microbump Array
 
CSP、Flip Chip等的信赖度及密集化的要求,MBA势必是软板制作的一大挑战。
 
7.Dimensional Control
 
细小化的结果就是精密度亦需大大提高,对于材料选择、排版设计、设备考量、各制程控制及补尝值设计等,都是要面临的极大挑战。
 
8.Inspection AOI与非接触电性测试的搭配检验
 
这是未来解决高密度PCB软板出货前检验的一参考方向。
 
 
 
结语
 
软性基板为了维持高成长率及利润,势必朝向高刻度的应用发展,这时必须在材料上同时做改良及突破,其中无接著剂型基材及感光型保护膜二项材料将扮演传统软板走入高密度PCB软板的重要角色。国内在IC及LCD构装上已有良好基楚,而且在软板制造能力及规模上也有一定水准,如能搭配国内早已深耕的IC及LCD面板制造能力,在创造新构装产品及技术上应该有很大的先机及利基。但是别忘了新材料开发是掌握利润及成本的重要关键,如何在上游软板新材料的研发与制作同步进行,才能确保此一优势。
 
根据TechSearch预估传统板在1999至2004年的年平均成长率为9.8%,HDI软板的年平均成长率则接近40%,成长幅度为传统软板的4倍以上,预估HDI软板将是未来软板市场需求的趋势。而根据Prismark资料显示,2000年IC Substrate产出为3125000m2,其中软式PI基材占了约8%,预估2005年,总IC Substrate需求约为9587000m2,成长3倍多,软式PI基材所占比例提升到11%。所以未来FPC需求的成长是可乐观期待的。

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