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高密度FPC軟板

2016-12-20 09:56

  一、高密度軟板定義:

  一般是從細(xì)線與微孔的制程能力來(lái)定義高密度軟板,線間距(Pitch)小于150μm,微孔孔徑小于150μm(IPC之定義)都可說(shuō)是高密度軟板,而超高密度軟板,則是進(jìn)一步縮小 。應(yīng)用高密度軟板可區(qū)分幾個(gè)領(lǐng)域:

  A.IC載板:如CSP、BGA等

  B.資訊產(chǎn)品:如硬碟(Hard Disk)、噴墨印表機(jī)(Ink Jet Printer)

  C.消費(fèi)性產(chǎn)品:如照相機(jī)(Camera)、行動(dòng)電話(Mobile Phone)

  D.辦公室自動(dòng)化產(chǎn)品:如傳真機(jī)(Facsimile Machine)

  E.醫(yī)療產(chǎn)品:如助聽(tīng)器(Hearingaid)、電擊器(Defibrillator)

  F.LCD模組

 近兩年高密度軟板需求成長(zhǎng)較傳統(tǒng)FPC要高很多,本文針對(duì)幾種需求量較大的高密度軟板做一整理介紹。

  二、應(yīng)用

  1. TBGA(Tape Ball Grid Array)

  IC構(gòu)裝一直朝輕量化發(fā)展,許多公司設(shè)計(jì)使用軟板當(dāng)做IC載板,除了高密度外,優(yōu)異的熱傳及電性也是考慮使用的主因。

  TBGA是使用軟板當(dāng)做IC的載體,具有細(xì)線及薄型效果,目前應(yīng)用以一層金屬銅較多,二層金屬的使用也逐漸增加,見(jiàn)圖3~5。TBGA量產(chǎn)的尺寸由11mm×11mm至42.5mm×42.5mm,腳數(shù)由100到768,圖6是SONY公司以軟板為構(gòu)裝載板的TBGA。最大量的TBGA構(gòu)裝應(yīng)是256及352腳數(shù),35mm×35mm的構(gòu)裝。應(yīng)用TBGA構(gòu)裝的產(chǎn)品主要是微處理器、晶片組、記憶體、DSP、ASIC及PC網(wǎng)路系統(tǒng)等。

  2.Chip Scale Package,CSP晶片級(jí)尺寸構(gòu)裝CSP的構(gòu)裝強(qiáng)調(diào)晶片尺寸的構(gòu)裝體積,目前有四種主要的型式,分別為硬質(zhì)基板(Rigid Substrate)、導(dǎo)線架(Lead Frame)、軟質(zhì)基板(Flex Interposer)及晶圓型(Wafer Level),其中軟質(zhì)基板即是采用高密度軟板當(dāng)做IC承載基板,它跟TBGA最大的不同是在構(gòu)裝完成后的尺寸,因TBGA是采Fan-out方式構(gòu)裝,構(gòu)裝實(shí)體較IC大很多,而CSP采用Fan-in方式構(gòu)裝,實(shí)際構(gòu)裝實(shí)體不超過(guò)IC的1.2倍,所以有晶片級(jí)構(gòu)裝之稱,使用的構(gòu)裝IC有Flash記憶體、SILM、ASIC及數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)等,用途則是在數(shù)位相機(jī)、攝錄影機(jī)、行動(dòng)電話、記憶卡等產(chǎn)品。一般使用Wire Bonding方式做IC與軟性載板的連接,但近來(lái)逐漸使用Flip Chip方式的連接方法。至于與PCB的連接,主要還是以錫球陣列(BGA)方式的為主。CSP整個(gè)構(gòu)裝實(shí)體尺寸視IC大小而定,一般尺寸由6m×6mm到17m×17mm,構(gòu)裝間距則由0.5mm到1.0mm, 是典型的軟板型CSP構(gòu)裝代表之一。Tessera的μBGA則是CSP的鼻祖,國(guó)內(nèi)有幾家由其授權(quán)生產(chǎn)。

  3.LCD驅(qū)動(dòng)IC構(gòu)裝

  過(guò)去LCD驅(qū)動(dòng)IC大部分是以高密度軟板的TAB(Tape Automatic Bonding)的方式進(jìn)行構(gòu)裝,藉由異方性導(dǎo)電膠(ACF)將TAB外接腳(內(nèi)接腳與IC Bonding,見(jiàn)圖9)與LCD面板的ITO電極做導(dǎo)通連接,最小pitch可達(dá)50μm。所采用的TAB Tape寬幅為48mm與7mm較多,典型的1/0數(shù)目為380,主要的應(yīng)用產(chǎn)品是行動(dòng)電話、攝錄影機(jī)、筆記型電腦等。不過(guò)以TAB方式進(jìn)行LCD驅(qū)動(dòng)IC的構(gòu)裝,只單純對(duì)驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行構(gòu)裝,其它的被動(dòng)元件還是必須靠另一PCB來(lái)承載,如此將造成整個(gè)LCD構(gòu)裝尺寸無(wú)法再有效縮小,于是有人開(kāi)始使用不同于TAB方式但同屬高密度軟板構(gòu)裝的COF(Chip on Flex)方式來(lái)做LCD驅(qū)動(dòng)IC的構(gòu)裝,COF方式構(gòu)裝除了可置放驅(qū)勸IC外,一些電阻、電容被動(dòng)元件亦可以表面黏著方式置于其上,解決了再使用比PCB所造成構(gòu)裝體復(fù)雜及過(guò)大的問(wèn)題,這是目前熱門(mén)的LCD構(gòu)裝方式,非常具有潛在的市場(chǎng),但細(xì)線、薄型、及材料附著的議題,將是軟板制造(線寬150μm)、設(shè)備研發(fā)(50μm以下厚度的傳輸)及材料提供(無(wú)膠及銅附著)者的挑戰(zhàn)?!?/p>

  4.噴墨印表機(jī)噴墨頭

  噴墨印表機(jī)的噴墨頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)裝也是采用高密度的軟板,目前采用無(wú)接著劑型軟板,解析間距中150μm左右,但有逐漸向下發(fā)展的趨勢(shì),使用軟板的寬輻以24mm為最普遍,目前這種高密度軟板幾乎由3M公司所壟斷。圖11是Lexmark噴墨頭的驅(qū)動(dòng)軟板結(jié)構(gòu)。

  5.硬碟機(jī)(HDD)讀取頭

  由于資料儲(chǔ)存設(shè)備隨資訊、網(wǎng)際網(wǎng)路、數(shù)位影像的迅速發(fā)展,在儲(chǔ)存容量及存取速度呈現(xiàn)快速成長(zhǎng)。不僅僅PC、Notebook的硬碟機(jī)的需求而已,汽車用電腦、GPS系統(tǒng)、數(shù)位相機(jī)與數(shù)位攝錄影機(jī)的大容量記憶裝置等,都需要用到所謂的R/WFPC—讀寫(xiě)頭使用的軟板。不僅是高密度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),對(duì)于操作溫度可能高到80℃,以及需要高速動(dòng)態(tài)的震動(dòng)而不使導(dǎo)線有斷裂的情形,信賴度要求的嚴(yán)苛可見(jiàn)一般。

  三、發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)要求

  1. 1Fine Lines&Microvia

  例如COF的PITCH將減小到25μm~50μm,這將挑戰(zhàn)基材(銅接著力、厚度)、線路制程(感光解析度、蝕刻控制、設(shè)備傳動(dòng))等。而孔徑小到50μm,甚至更?。灰灿忻?、埋孔的需求,勢(shì)必帶動(dòng)如雷射等非機(jī)鉆制程。

  2.Microvias

  當(dāng)孔徑小至50μm時(shí),傳統(tǒng)機(jī)鉆已無(wú)法應(yīng)付,必須仰賴?yán)咨錈?,直接蝕刻PI膜,這在IC Substrate如CSP、TAB等最常應(yīng)用。

  3.Flying Leads

  有些特殊結(jié)構(gòu)的高密度軟板,可以乾式或濕式方法PI膜蝕除,而留下所謂的飛腳(Flying Leads),可以直接和硬板已熱壓或和焊接連接,見(jiàn)圖13。

  4.Small Coverlay Openings

  由于Coverlay Opening解析將達(dá)50μm以下,且開(kāi)口數(shù)量大增,傳統(tǒng)沖孔方式已無(wú)法做到,因此PIC(Photoimageble Coverlayer)被發(fā)展出來(lái),以應(yīng)付未來(lái)需求。

  5.Surface Finish

  使用于硬板的如化鎳金、電鍍軟硬鎳金、純錫等無(wú)鉛制程將是可預(yù)期的主流。

  6.Microbump Array

  CSP、Flip Chip等的信賴度及密集化的要求,MBA勢(shì)必是軟板制作的一大挑戰(zhàn)。 

  7.Dimensional Control

  細(xì)小化的結(jié)果就是精密度亦需大大提高,對(duì)于材料選擇、排版設(shè)計(jì)、設(shè)備考量、各制程控制及補(bǔ)嘗值設(shè)計(jì)等,都是要面臨的極大挑戰(zhàn)。

  8.Inspection AOI與非接觸電性測(cè)試的搭配檢驗(yàn),是未來(lái)解決高密度軟板出貨前檢驗(yàn)的一參考方向。

  四、結(jié)語(yǔ)

  軟性基板為了維持高成長(zhǎng)率及利潤(rùn),勢(shì)必朝向高刻度的應(yīng)用發(fā)展,這時(shí)必須在材料上同時(shí)做改良及突破,其中無(wú)接著劑型基材及感光型保護(hù)膜二項(xiàng)材料將扮演傳統(tǒng)軟板走入高密度軟板的重要角色。國(guó)內(nèi)在IC及LCD構(gòu)裝上已有良好基楚,而且在軟板制造能力及規(guī)模上也有一定水準(zhǔn),如能搭配國(guó)內(nèi)早已深耕的IC及LCD面板制造能力,在創(chuàng)造新構(gòu)裝產(chǎn)品及技術(shù)上應(yīng)該有很大的先機(jī)及利基。但是別忘了新材料開(kāi)發(fā)是掌握利潤(rùn)及成本的重要關(guān)鍵,如何在上游軟板新材料的研發(fā)與制作同步進(jìn)行,才能確保此一優(yōu)勢(shì)。

  根據(jù)TechSearch預(yù)估傳統(tǒng)板在1999至2004年的年平均成長(zhǎng)率為9.8%,HDI軟板的年平均成長(zhǎng)率則接近40%,成長(zhǎng)幅度為傳統(tǒng)軟板的4倍以上,預(yù)估HDI軟板將是未來(lái)軟板市場(chǎng)需求的趨勢(shì)。而根據(jù)Prismark資料顯示,2000年IC Substrate產(chǎn)出為3125000m2,其中軟式PI基材占了約8%,預(yù)估2005年,總IC Substrate需求約為9587000m2,成長(zhǎng)3倍多,軟式PI基材所占比例提升到11% 。所以未來(lái)FPC需求的成長(zhǎng)是可樂(lè)觀期待的。

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