噴墨型電路技術(shù)分析

 PCB最初起源就是以印刷制程制作電路板的電路圖型，只是后來因?yàn)閷?duì)于線路的解析度要求提高，而印刷制程又無法滿足，故改以具有較高線路解析度的黃光微影制程取代。不過近年印刷技術(shù)不斷的改良，一些先進(jìn)的印刷術(shù)如噴墨(Ink Jet Printing)、網(wǎng)印(Screen Printing)、平版印刷(Flexography Printing)及凹版印刷(Gravure
Printing)，可以將線路印制的解析度由數(shù)百um提升到數(shù)十um讓使用印刷術(shù)進(jìn)行線路制作又重新獲得探討。近年不斷強(qiáng)調(diào)的綠色環(huán)保制程也是另一個(gè)拉升印刷術(shù)廣為討論的原因，因?yàn)橛∷⑿g(shù)的使用可以減少電路制作過程中材料的浪費(fèi)，同時(shí)可以減縮制程的步驟達(dá)到節(jié)能及減廢。印制技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)如下。

  1.制程步驟減少：可將電路板線路制作的上光阻、曝光、顯影、蝕刻以及光阻剝離步驟減縮，改以印制光阻、導(dǎo)體線路以及絕緣材料在基板上，免除使用工作底片以及光罩。
  2.材料使用減少：可以減少光阻、顯影液、蝕刻液以及剝膜劑等化學(xué)藥劑的使用，同時(shí)也免除制程的廢棄物及廢液的處理。
  3.制程轉(zhuǎn)換容易：可直接藉由電腦數(shù)位化處理，直接將所要的線路印制在基材上，不用再配合產(chǎn)品的不同而準(zhǔn)備光置以及模具及設(shè)備
  4.細(xì)線化線路：黃光制程的PCB線路制程能力為L/S=3 mil/3mil，研發(fā)能力為2mil/2mil，印制線路若是搭配良好的材料及設(shè)備可以達(dá)到1mil/1mil的解析度。
  5.低成本制程：可以減少光阻、顯影液、蝕刻液以及剝膜劑等化學(xué)藥劑的使用，減少材料成本，此外因?yàn)橹瞥滩襟E減少，也可以增加廠房空間使用彈性。
  以噴墨技術(shù)制作PCB的實(shí)例當(dāng)以EPSON為范例，EPSON利用噴墨原有技術(shù)進(jìn)行改良，目前已有CBIT(Circuit Board Innovation by Ink Jet Technology)透過其量產(chǎn)的噴墨機(jī)臺(tái)搭配金屬導(dǎo)體及絕緣材料在PI上做十層板，并以此為基礎(chǔ)選定COF為首例標(biāo)的。
市場(chǎng)概況
  1.市場(chǎng)規(guī)模
  噴墨技術(shù)制作線路能否成功的應(yīng)用于PCB線路制作，影響因子分別有制程、成本、材料進(jìn)行觀察。
  制程：噴墨技術(shù)目前還在持續(xù)發(fā)展中，PCB是需要大量快速生產(chǎn)的行業(yè)，所以噴墨技術(shù)的生產(chǎn)速度及良率能否與現(xiàn)有黃光制程相同，或更佳會(huì)是影響能否在未來取代黃光制程成為主流的原因。
  成本：由于噴墨技術(shù)仍在發(fā)展中，目前的材料以及設(shè)備的成本都相當(dāng)高，所以材料以及設(shè)備的成本都偏高，未來能夠降低的幅度有多大，會(huì)是影響其能否進(jìn)入主流市場(chǎng)原因之一。
  材料：導(dǎo)電油墨是否可以與設(shè)備達(dá)到良好配合，包括黏度/流量以及分子量、不會(huì)堵住噴墨頭、導(dǎo)電油墨的奈米金屬導(dǎo)體配方，目前已商品化的材料以使用銀Ag的材料為主，因?yàn)殂~還必需要克服氧化的問題。但是銀為貴金屬、價(jià)格高，能否降低成本或是開發(fā)奈米銅的導(dǎo)電漿體將是重點(diǎn)。
  因?yàn)椴牧鲜怯山饘俜垠w漿化制成，在噴墨線路后仍需要經(jīng)過燒結(jié)，但也因?yàn)榛旌掀渌镔|(zhì)漿化讓金屬粉體分布平均，所以使的燒結(jié)過的導(dǎo)體線路有阻抗的問題存在，故過細(xì)的線路電性的傳導(dǎo)就會(huì)產(chǎn)生問題，故也因?yàn)檫@個(gè)原因初期僅能運(yùn)用在不講求細(xì)線路的一般家電用單/雙面板為主。
  因?yàn)橐陨戏N種限制，所以PCB廠商對(duì)于采用噴墨技術(shù)裹足不前，也讓噴墨技術(shù)發(fā)展的資訊在市場(chǎng)上高度不透明，阻隔了對(duì)噴墨技術(shù)有興趣想嘗試的廠商投入，故IEK預(yù)估在2012年之前僅有極少數(shù)廠商利用噴墨技術(shù)，應(yīng)用在PCB上光阻以及絲網(wǎng)印刷用以標(biāo)示PCB上其它零組件的位置。使用噴墨技術(shù)用于線路制作僅止于研發(fā)以及原型產(chǎn)品的生產(chǎn)，且成功開發(fā)的廠商相當(dāng)少，真正要能夠?qū)JP用于制作導(dǎo)電線路的產(chǎn)品也以線寬線距70um~100um的單、雙面軟板以及硬板為主，超過100um的線路產(chǎn)品考量成本會(huì)以網(wǎng)印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，故讓噴墨技術(shù)制造的PCB市場(chǎng)成長相當(dāng)緩慢。預(yù)估2012年全球使用噴墨技術(shù)用在電路板導(dǎo)電線路制作上的市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到0.09百萬美元，2013年市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到0.5百萬美元，如圖1。2012年之前?大多數(shù)的廠商僅止于試制品，不會(huì)量產(chǎn)。到2013年噴墨技術(shù)對(duì)電路板產(chǎn)業(yè)仍僅為嘗試性的新技術(shù)，能否在2013年之后有機(jī)會(huì)導(dǎo)入到較寬線路電路板的應(yīng)用，仍需要仰賴材料特性、材料及設(shè)備成本以及噴頭所能夠制作的線路寬窄而訂。        
投資噴墨線路基板要件
  PCB廠商是否愿意以噴墨技術(shù)進(jìn)行PCB的生產(chǎn)，需要考量廠商的營運(yùn)策略、以及噴墨技術(shù)本身的材料、設(shè)備發(fā)展情況。
  1.營運(yùn)策略
  PCB廠商本身所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型會(huì)影響是否適合導(dǎo)入噴墨線路生產(chǎn)技術(shù)，目前的噴墨線路制作導(dǎo)體線路，目前還不夠成熟以致無法量產(chǎn)，若在未來五年之內(nèi)可以量產(chǎn)，也會(huì)以應(yīng)用在層數(shù)低、線路寬、導(dǎo)體要求阻抗較寬松的產(chǎn)品上，所以商品化的初期較有機(jī)會(huì)出現(xiàn)在單、雙面板以及RFID基板上，由于這些產(chǎn)品的線路較寬，對(duì)線路的阻抗要求也較寬松較有機(jī)會(huì)切入。
  由于噴墨線路基板相較曝光、顯影、蝕刻制程在線路制作的速度仍然慢上許多，所以講求大量快速生產(chǎn)的PCB業(yè)者對(duì)于采用噴墨技術(shù)較無誘因，反而是產(chǎn)品多樣化、多批次生產(chǎn)的業(yè)者有較大的誘因采用噴墨技術(shù)。長遠(yuǎn)的觀察噴墨線路技術(shù)的確是可以減少PCB制程中的廢料，以達(dá)到環(huán)保以及節(jié)能的目的，若是PCB廠商對(duì)于導(dǎo)入環(huán)保制程有急迫需求，可以考慮使用噴墨線路技術(shù)于線路要求較低的產(chǎn)品上，至于細(xì)線路則仍然是以采用現(xiàn)有制程為主。
  2.材料發(fā)展
  噴墨線路基板能否商品化最重要的就是材料以及設(shè)備的相搭配發(fā)展。包括材料使用奈米級(jí)金屬粉體混合漿料，金屬粉體粒子不能過大以免堵塞設(shè)備噴頭，此外由于金屬粉體漿料做為線路后仍需要經(jīng)高溫?zé)Y(jié)才能夠達(dá)到導(dǎo)電良好的特性，所以考量基板本身的特性，金屬粉子需達(dá)到40nm以下才能夠以200℃以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)，這也才是基板所能夠承受的溫度。
  目前所使用的金屬粉體漿料以奈米銀為主，不過銀為貴金屬所以成本也相對(duì)的高，至于目前用在線路制作的奈米銅，則是因?yàn)殂~易氧化的問題難以克服，所以目前沒有使用銅的金屬粉體漿料使為材料。
  3.設(shè)備發(fā)展及投資
  目前噴墨線路的設(shè)備各廠仍在發(fā)展中，許多都仍然是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，或是出售后必需簽保密合約不能公開。日本的設(shè)備廠商算是相當(dāng)早投入開發(fā)的，挾帶著日本的材料以及設(shè)備優(yōu)勢(shì)共同開發(fā)，目前噴墨線路設(shè)備依機(jī)臺(tái)的大小約在新臺(tái)幣600~1000多萬之間。以目前設(shè)備的成熟度，以及其與材料商緊密配合的程度，使用某家廠商的設(shè)備必需會(huì)使用搭配的材料，以避免噴墨頭損害，故目前不管是購置成本或是材料專屬性都很高，短期內(nèi)成本難以降低。