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噴墨技術(shù)在印刷線路板領(lǐng)域的應(yīng)用
2010-05-05 09:07 來源：中國噴墨網(wǎng) 責(zé)編：Quincy
【CPP114】訊：一,、噴墨型電路技術(shù)概述
印刷線路板（PCB）最初起源就是以印刷制程制作電路板的電路圖型,，只是后來因為對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（InkJet 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。近年不斷強調(diào)的綠色環(huán)保制程也是另一個拉升印刷術(shù)廣為討論的原因,，因為印刷術(shù)的使用可以減少電路制作過程中材料的浪費,，同時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,，此外因為制程步驟減少,，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)的噴墨機臺搭配金屬導(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。
二,、市場概況
1.市場規(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,，會是影響其能否進(jìn)入主流市場原因之一,。
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,，因為銅還必需要克服氧化的問題,。但是銀為貴金屬、價格高,，能否降低成本或是開發(fā)奈米銅的導(dǎo)電漿體將是重點,。
因為材料是由金屬粉體漿化制成，在噴墨線路后仍需要經(jīng)過燒結(jié),，但也因為混合其它物質(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)就會產(chǎn)生問題,，故也因為這個原因初期僅能運用在不講求細(xì)線路的一般家電用單/雙面板為主,。
因為以上種種限制，所以PCB廠商對于采用噴墨技術(shù)裹足不前,，也讓噴墨技術(shù)發(fā)展的資訊在市場上高度不透明,，阻隔了對噴墨技術(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規(guī)�,？梢赃_(dá)到0.09百萬美元，2013年市場規(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,，不會量產(chǎn)。到2013年噴墨技術(shù)對電路板產(chǎn)業(yè)仍僅為嘗試性的新技術(shù),，能否在2013年之后有機會導(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,。
三,、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. 營運策略
PCB廠商本身所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型會影響是否適合導(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會出現(xiàn)在單,、雙面板以及RFID基板上，由于這些產(chǎn)品的線路較寬,，對線路的阻抗要求也較寬松較有機會切入,。
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納米銀為主,，不過銀為貴金屬所以成本也相對的高，至于目前用在線路制作的納米銅,，則是因為銅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,，許多都仍然是實驗室設(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)勢共同開發(fā),，目前噴墨線路設(shè)備依機臺的大小約在新臺幣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。
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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,，此外因為制程步驟減少,，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)的噴墨機臺搭配金屬導(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。
二,、市場概況
1.市場規(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,，會是影響其能否進(jìn)入主流市場原因之一,。
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,，因為銅還必需要克服氧化的問題,。但是銀為貴金屬、價格高,，能否降低成本或是開發(fā)奈米銅的導(dǎo)電漿體將是重點,。
因為材料是由金屬粉體漿化制成，在噴墨線路后仍需要經(jīng)過燒結(jié),，但也因為混合其它物質(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)就會產(chǎn)生問題,，故也因為這個原因初期僅能運用在不講求細(xì)線路的一般家電用單/雙面板為主,。
因為以上種種限制，所以PCB廠商對于采用噴墨技術(shù)裹足不前,，也讓噴墨技術(shù)發(fā)展的資訊在市場上高度不透明,，阻隔了對噴墨技術(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規(guī)�,？梢赃_(dá)到0.09百萬美元，2013年市場規(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,，不會量產(chǎn)。到2013年噴墨技術(shù)對電路板產(chǎn)業(yè)仍僅為嘗試性的新技術(shù),，能否在2013年之后有機會導(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,。
三,、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. 營運策略
PCB廠商本身所生產(chǎn)的產(chǎn)品類型會影響是否適合導(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會出現(xiàn)在單,、雙面板以及RFID基板上，由于這些產(chǎn)品的線路較寬,，對線路的阻抗要求也較寬松較有機會切入,。
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納米銀為主,，不過銀為貴金屬所以成本也相對的高，至于目前用在線路制作的納米銅,，則是因為銅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,，許多都仍然是實驗室設(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)勢共同開發(fā),，目前噴墨線路設(shè)備依機臺的大小約在新臺幣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。
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