消費電子產品功能增多,要求電路板搭載元器件數量增加,現有電路板難以滿足空間需求。目前,電子產品越來越向多功能化、小型化方向發展,在電池提升遇到瓶頸的背景下,元器件數量和體積空間受限,HDI所能搭載的元器件數幾乎到了極限,而線寬線距等參數提升受制程限制已難以實現。類載板(Substrate-Like PCB,簡稱SLP)技術首次在蘋果應用,它在HDI技術的基礎上,采用M-SAP制程,不僅提升線寬線距等參數,同樣減小導體層和絕緣層厚度,使得單塊特定尺寸PCB線路板在維持原厚度重量的前提下,得以承載更多的元器件,連接與承載功能大幅提升。
SLP解放空間,提升智能機續航能力。iPhone X應用SLP技術,在保留所有芯片情況下將體積減少至原來的70%,為電池騰出更多空間,使iPhone X的電池容量達到2716mAh,較大程度提升續航能力和用戶體驗。
HDI 與 SLP 的對比
消費電子中,SLP有望由蘋果向安卓滲透。根據Prismark數據,最新款蘋果各條產品線一年PCB(軟板+HDI+多層板)使用量接近100億美元,全球PCB市場份額20%。與蘋果在全球PCB線路板市場中的地位類似,SLP市場也由蘋果主導。我們判斷,未來一代蘋果手機將有望沿用SLP技術,同時由于對于內部空間的重視,安卓公司有望模仿蘋果使用SLP技術——預計三星也將在2018年的新款高階智能手機中使用SLP。據Prismark預測,2017-2021年SLP市場容量和搭載手機數量將逐年增長,至2021年,市場容量將破億。
未來SLP將普及至多行業。小型電子產品往往要求具有小巧、便攜的特性,SLP節約空間的優勢與小型電子產品有較高的匹配度,智能手機、平板電腦、可穿戴電子設備領域將成為未來SLP的主要市場;此外,SLP技術的逐步推廣有望實現PCB線路板行業的更新換代,原來運用傳統PCB線路板的行業也將是SLP的潛在客戶。因此,計算機、汽車電子、網絡通訊、工業醫療、航空航天等行業或將成為SLP的下一個推廣領域。
PCB A需求與非A需求
類載板市場容量
SLP采用MSAP工藝,對于設備制程要求較高,全加成法和半加成法成為主流方案。目前,在PCB制作工藝中,主要有減成法、全加成法與半加成法三種工藝技術:
參考觀研天下發布《中國IC載板市場盈利現狀調查及十三五投資戰略評估報告》
(1)減成法:減成法是最早出現的PCB線路板傳統工藝,是在覆銅箔層壓板表面上,有選擇性除去部分銅箔來獲得導電圖形的方法。減成法是當今印制電路板制造的主要方法,它的最大優點是工藝成熟、穩定和可靠。當線寬/線距小于50μm(2mil)時,減成法由于良率過低已無用武之地。目前減成法主要用于生產PCB線路板、FPC軟板、HDI線路板等印制電路板產品。
(2)全加成法(SAP):全加成法工藝是在絕緣基材表面上,有選擇性地沉積導電金屬而形成導電圖形的方法。全加成法采用含光敏催化劑的絕緣基板,在按線路圖形曝光后,通過選擇性化學沉銅得到導體圖形。全加成法工藝比較適合制作精細線路,但是由于其對基材、化學沉銅均有特殊要求,可用于生產WB或FC覆晶載板,其制程可達12μm/12μm。
(1)由于加成法避免大量蝕刻銅,以及由此帶來的大量蝕刻溶液處理費用,大大降低了印制電路板生產成本。
(2)加成法工藝比減成法工藝的工序減少了約1/3,簡化了生產工序,提高了生產效率。尤其避免了產品檔次越高,工序越復雜的惡性循環。(3)加成法工藝能達到齊平導線和齊平表面,從而能制造SMT、等高精密度印制電路板。
(4)在加成法工藝中,由于孔壁和導線同時化學鍍銅,孔壁和板面上導電圖形的鍍銅層厚度均勻一致,提高了金屬化孔的可靠性,也能滿足高厚徑比印制電路板,小孔內鍍銅的要求。
(5)半加成法(MSAP):半加成法作為對減成法的改進、全加成法的過渡,立足于如何克服減成法與加成法在精細線路制作上各自存在的問題。半加成法形成抗蝕圖形,經過電鍍工藝將基板上圖形加厚,去除抗蝕圖形,然后再經過閃蝕將多余的化學銅層去除,被干膜保護沒有進行電鍍加厚的區域在差分蝕刻過程中被很快的除去,保留下來的部分形成線路。
與減成法相比,半加成法線路的寬度具有更高的解析度,制作精細線路的線寬和線距幾乎一致,良率大幅提升。半加成法可達最小線寬/線距14μm/14μm,最小孔徑55μm,主要應用于CSP、WB和FC覆晶載板等精細線路載板的制造。
SLP由于最小線寬/線距為30μm/30μm,無法采用減成法生產,同樣需要使用MSAP制程技術。MSAP的特點是圖形形成主要靠電鍍和閃蝕。在閃蝕過程中,由于蝕刻的化學銅層非常薄,因此蝕刻時間非常短,對線路側向的蝕刻比較小,因此減成法中蝕刻能力是瓶頸因素,圖形轉移流程和電鍍均勻性均需要優化,而半加成法和加成法線型容易控制,精細線路的線頂寬與底寬幾乎一致,線路厚度降低,因此串擾低,信噪比高,信號完整性提高,將成為SLP的主要生產工藝。MSAP的另一個優點是,采用標準PCB流程,如鉆孔和電鍍等現有技術,而且使用傳統的材料可以在銅和介電層之間提供很好的附著力,保證最終產品的可靠性。
MSAP 工藝流程
PCB三種工藝技術的對比