噴墨型電路技術分析

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。不過近年印刷技術不斷的改良，一些先進的印刷術如噴墨(Ink Jet Printing)、網印(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讓使用印刷術進行線路制作又重新獲得探討。近年不斷強調的綠色環(huán)保制程也是另一個拉升印刷術廣為討論的原因，因為印刷術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到節(jié)能及減廢。印制技術具有的優(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，不用再配合產品的不同而準備光置以及模具及設備
4.細線化線路：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備可以達到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。
以噴墨技術制作PCB的實例當以EPSON為范例，EPSON利用噴墨原有技術進行改良，目前已有CBIT(Circuit Board Innovation by Ink Jet Technology)透過其量產的噴墨機臺搭配金屬導體及絕緣材料在PI上做十層板，并以此為基礎選定COF為首例標的。
市場概況
1.市場規(guī)模
噴墨技術制作線路能否成功的應用于PCB線路制作，影響因子分別有制程、成本、材料進行觀察。
制程：噴墨技術目前還在持續(xù)發(fā)展中，PCB是需要大量快速生產的行業(yè)，所以噴墨技術的生產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：由于噴墨技術仍在發(fā)展中，目前的材料以及設備的成本都相當高，所以材料以及設備的成本都偏高，未來能夠降低的幅度有多大，會是影響其能否進入主流市場原因之一。
材料：導電油墨是否可以與設備達到良好配合，包括黏度/流量以及分子量、不會堵住噴墨頭、導電油墨的奈米金屬導體配方，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過燒結，但也因為混合其它物質漿化讓金屬粉體分布平均，所以使的燒結過的導體線路有阻抗的問題存在，故過細的線路電性的傳導就會產生問題，故也因為這個原因初期僅能運用在不講求細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裹足不前，也讓噴墨技術發(fā)展的資訊在市場上高度不透明，阻隔了對噴墨技術有興趣想嘗試的廠商投入，故IEK預估在2012年之前僅有極少數(shù)廠商利用噴墨技術，應用在PCB上光阻以及絲網印刷用以標示PCB上其它零組件的位置。使用噴墨技術用于線路制作僅止于研發(fā)以及原型產品的生產，且成功開發(fā)的廠商相當少，真正要能夠將IJP用于制作導電線路的產品也以線寬線距70um~100um的單、雙面軟板以及硬板為主，超過100um的線路產品考量成本會以網印技術進行生產，故讓噴墨技術制造的PCB市場成長相當緩慢。預估2012年全球使用噴墨技術用在電路板導電線路制作上的市場規(guī)?？梢赃_到0.09百萬美元，2013年市場規(guī)?？梢赃_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。到2013年噴墨技術對電路板產業(yè)仍僅為嘗試性的新技術，能否在2013年之后有機會導入到較寬線路電路板的應用，仍需要仰賴材料特性、材料及設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進行PCB的生產，需要考量廠商的營運策略、以及噴墨技術本身的材料、設備發(fā)展情況。
1.營運策略
PCB廠商本身所生產的產品類型會影響是否適合導入噴墨線路生產技術，目前的噴墨線路制作導體線路，目前還不夠成熟以致無法量產，若在未來五年之內可以量產，也會以應用在層數(shù)低、線路寬、導體要求阻抗較寬松的產品上，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的PCB業(yè)者對于采用噴墨技術較無誘因，反而是產品多樣化、多批次生產的業(yè)者有較大的誘因采用噴墨技術。長遠的觀察噴墨線路技術的確是可以減少PCB制程中的廢料，以達到環(huán)保以及節(jié)能的目的，若是PCB廠商對于導入環(huán)保制程有急迫需求，可以考慮使用噴墨線路技術于線路要求較低的產品上，至于細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備噴頭，此外由于金屬粉體漿料做為線路后仍需要經高溫燒結才能夠達到導電良好的特性，所以考量基板本身的特性，金屬粉子需達到40nm以下才能夠以200℃以下的溫度進行燒結，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的高，至于目前用在線路制作的奈米銅，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.設備發(fā)展及投資
目前噴墨線路的設備各廠仍在發(fā)展中，許多都仍然是實驗室設備，或是出售后必需簽保密合約不能公開。日本的設備廠商算是相當早投入開發(fā)的，挾帶著日本的材料以及設備優(yōu)勢共同開發(fā)，目前噴墨線路設備依機臺的大小約在新臺幣600~1000多萬之間。以目前設備的成熟度，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，短期內成本難以降低。