物聯網裝置帶動 軟板需求上升

軟式印刷電路板適用穿戴式裝置。來源：jwxfpc.com

印刷電路板結合光學、電學、化學、機械、材料各種科學於一身，所有電子產品皆需使用PCB，因此素有電子產品之母的美稱。此前，受惠於手機、平板的快速成長，PCB也隨之水漲船高，享有一段榮景。然而，隨著手機、平板成長趨緩，甚至衰退，也使得PCB的需求大幅滑落。

以台灣印刷電路板產業為例，根據工研院IEK研究報告及台灣電路板協會統計指出，2016年台商兩岸PCB產值為新台幣5,656億元，較2015年衰退1.62%。

隨著手機等行動裝置的需求看淡，PCB的成長顯然需要其他助力，物聯網(IoT)堪稱是眾所寄望。物聯網帶動下的各種量小樣多的利基型產品，包括無人機、AR/VR、穿戴式裝置等，由於成長後進可期，因此日漸攫獲PCB業者的目光。

軟板可撓特性  適用穿戴式裝置

拜物聯網趨勢所賜，各式各樣小型、輕量化、高機能的電子裝置紛紛現身，對於軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit；FPC)的需求日漸增多。

軟性印刷電路板可簡稱為軟板，是由軟性銅箔基(FCCL)和軟性絕緣層使用接著劑貼合而成，具有配線密度高、輕薄、可彎曲、可立體組裝的優點，可滿足物聯網裝置的要求。基本上，由於軟式板具有薄且軟的特性，因此在電子產品持續要求更薄更小之下，可以預見軟板的成長力道頗有後勁。

例如，隨著物聯網的發展，穿戴式醫療裝置市場也日漸蓬勃。此類用於監測、收集包括心跳、血壓、血糖、心電圖(ECG)及肌肉運動等各類生理狀態資料的裝置穿戴於人體，而軟式電路板(Flexible PCB)可以讓穿戴感受更舒適，因此軟板在醫療照護領域頗有發揮空間。

整體而言，有別於大多數電子產品內的印刷電路板為硬式電路板，穿戴式裝置則多採用軟板，例如，以往動態心率監控器等可攜式醫療裝置，多是採用肩背或腰繫的配戴方式，而穿戴式裝置直接接觸柔韌且具可移動性的人體，因此必須用到軟板。

此外，由於裝置小型化，電路密度高，再加上電路板的形狀通常是圓形或甚至特殊形狀，因此必須使用軟硬結合板的設計，利用可撓與摺疊的軟式電路板連接硬式電路板，如此能增加組裝的彈性，讓硬式電路板佔用最少空間，軟硬結合板得以符合產品的內部安裝尺寸。

軟板在穿戴式及其他物聯網裝置的使用愈來愈常見，現在，除了既有的軟板材料技術外，因應穿戴裝置與其他物聯網裝置的需求，也開始出現一些新型軟板產品，例如伸縮軟板(Stretchable FPCs)、可生物分解軟板(Biodegradable Printed FPCs)，以及感應器內藏型軟板(Pressure Sensitive FPCs)等，這些新產品都是在軟板材料上尋求改變。

其中，伸縮性軟板就能應用於智慧衣所使用的紡織科技，其彈性伸縮率應用在人體各部位，分別有不同的要求，皮膚表面所需的伸縮率約在15%以下；使用在人體關節部位的穿戴產品，伸縮率則高達50%。

裝置體積微小化  PCB技術挑戰多

針對軟性印刷電路板，工研院所開發的「加成法微細電子線路綠色製造技術」可滿足於2D平面或3D曲面上製作微細電路的需求。相較於目前大部份電子線路製作使用的微影蝕刻製程技術，不僅耗費大量能源且材料利用率不佳，工研院的「加成法微細電子線路綠色製造技術」核心包括2D精密轉印技術、3D曲面雷射加工技術、前驅物觸發膠體材料及線路金屬化等關鍵技術與設備，使其可因應基板形狀進行線路產生、活化及金屬化等製程，完成於2D平面或3D曲面上製作微細電路需求。

此技術可取代傳統微影蝕刻製程，最多可縮減約80%的能源消耗量且材料利用率最高可達95%左右。目前該技術已導入軟性印刷電路板、觸控元件及天線等產品製作。

此外，隨著物聯網行動裝置的輕薄短小化，軟硬印刷電路板各式產品大多進入到15？20µm線寬需求，對於細線化要求增加，對於電流負載也與日俱增，而採用可降低成本的印刷法及半加成法為細線化重要方向，然而過去此種方法形成的電路剖面是半圓形，深寬比不足，以致於無法應用於高密度產品。

日本印刷大廠SERIA公司與工研院與共同開發深寬比達1:1以上的印刷式半加成導線製作技術(High Aspect Ratio Semi-Additive Process；HA-SAP)，適足以解決相關問題。此技術結合高速印刷製程，突破高容量電路的瓶頸，其所製作的銅導線側壁垂直度幾近90度，可提供高電流承載、相容現有電路設計。

另外，物聯網裝置所採用的電子元件尺寸持續縮小，但同時又需增加功率來滿足設計與功能性要求，因此使得PCB熱效應議題愈來愈受到重視。

基本上， PCB除了做為乘載電子元件的基板之外，也透過導線將這些元件連結在一起，以達到所需的系統功能，因此，PCB上電性與熱傳導的相互作用必定會影響其效能與可靠度。然而，在封裝或系統中，晶片常會隨著時間的改變而有溫度上升的現象，或甚至會在系統中出現「熱點」。

因此，明確研判PCB溫度隨時間的變化情況，才能知道系統元件是否會如同設計所預期地正常運作。此外，PCB板上的功率消耗及散熱路徑也必須詳細的評估，才能確認電子元件的有效性與功能性不會因溫度升高而受到影響。

電子設計自動化的軟體公司Cadence建立的Thermal Network方法，就是為了解決這些問題，此方法是利用熱參數來代表各個固體元件的熱傳特性，再與流場熱模型結合，以進行系統級熱分析。

PCB導入智慧製造  因應產品多樣化

除了個別技術上的進展外，物聯網的興起也凸顯了智慧製造的必要性。隨著電子產品市場成長推力從手機、電腦等大量量產型產品過渡到「多樣」的物聯網裝置，PCB做為關鍵零組件，勢必也得從標準規格的大量生產，轉向「少量多樣」與「多量多樣」特色化的生產模式，而傳統的自動化設備已難因應現有需求，PCB產業必須加速朝智慧製造邁進，才能快速滿足客戶多變的需求。

針對趨勢轉變，台灣的PCB協會、研華、迅得等業者已聯手推動共同通訊協定、智慧製造技術平台，協助台灣PCB產業邁向工業4.0，使PCB業者的接單範圍可不再侷限於邁入成熟期的3C電子裝置，進而積極掌握新興物聯網市場的商機崛起。