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台湾PCB产业力求设备制造业转型升级
放眼高效运算电路板商机

【作者: 陳念舜】2021年11月25日 星期四

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迎接2021年底因为疫苗普及,各国逐渐适应与疫共存的在家工作新生活型态,以及无线通讯网路开始进入5G/6G高速传输时代,要求高效运算(HPC)装置微型化,期待藉由缩小体积优势,开创出更多应用需求商机同时,也逆推台湾电路板(PCB)产业上中游加工、设备制造厂商加速转型升级,甚至跨足半导体设备领域。


举例来说,过去被归类于铜箔基板的ABF载板曾普遍应用于CPU、GPU等高端晶片,却在10年前因为智慧型手机横空出世,早期还用不到ABF载板产出的高端晶片,而沉寂一段时间。直到近年来市场上对于传输讯息速度、效率提升与技术上的突破,让高效能运算新应用逐渐浮出台面,如今ABF已能跟上半导体先进制程的脚步,达到细线路、细线宽/线距的要求,造成需求在短期大量增加,也让ABF载板处于供不应求的状态。


由于ABF与类载板的制程品质提升,并适应多样化产品生产的机器人、物联网,于前段制程执行In-process检测+大数据分析立即回馈,再搭配AI智慧决策系统、专家知识库及资安解决方案,确保品质;在后段制程执行即时检测+填/叠孔、高阶HDI雷射打孔的精度最佳化分析,有效回馈生产结果,提升品质及稳定性,导入半导体、PCB及Mini LED等次世代产品封测应用,在目前PCB各项产品中的成长力道与后劲更是冠绝群伦,不仅相关终端应用产品持续火热,亚洲四强台、中、日、韩亦竞相进入战场,也让人看到PCB产业往高阶发展趋势。


目前载板应用市场趋势,依序为:智慧型手机BT载板占有最大应用市场、HPC会使用的ABF载板属高速成长应用市场,将随着5G商用化持续加速成长;电动车则是主要潜力市场,不仅从去年下半年开始延烧的车用晶片短缺问题仍未见缓解,未来还能受惠于国际净零碳排潮流推波助澜。



图1 : 目前载板应用市场趋势中,电动车为主要潜力市场,不仅从去年下半年开始延烧的车用晶片短缺问题仍未见缓解,未来还能受惠於国际净零碳排潮流。(source:istgroup.com)
图1 : 目前载板应用市场趋势中,电动车为主要潜力市场,不仅从去年下半年开始延烧的车用晶片短缺问题仍未见缓解,未来还能受惠於国际净零碳排潮流。(source:istgroup.com)

台湾PCB产值首破8000亿 载板供不应求成隐忧

根据台湾电路板协会(TPCA)最新发布2021年Q3台商两岸PCB产业产值达2,214亿新台币(约为79.43亿美元),创下历年Q3同期新高,亦较去年同期1,859亿新台币大幅成长19.1%,预估2021年Q4产值可达2,440亿新台币,全年预估产值上看8,211亿新台币,可望首次踏入8,000亿关卡。


在两岸生产比重方面,台商在大陆生产比重约63.2%,其中台商在台产值在今年逐季成长率均在20%以上,是过去几年不曾有的现象,主要因素为全球载板市场火热,而载板是台商于台湾生产的第一大产品,在Q3占比高达34.5%,受惠5G 通讯与高效能运算等应用兴起,半导体产业结构性的需求增加,同步带动高阶载板数量与价格成长。


TPCA表示,据统计台湾Q3产品产值除了软硬结合板持续下滑之外,其他产品皆维持今年整体成长趋势持续向上,其中IC载板受惠ABF载板供不应求,加上BT载板在iPhone新机拉货需求下,IC载板Q3同期成长率来到41.8%,与产值同创新高。同样受惠iPhone新品问世效应的还有软板,Q3成长率也来到20.8%;而多层板在传统电子旺季、WFH与宅经济商机等因素带动下,年成长率21.8%,幅度仅次于IC载板;HDI(高密度连接板)在笔电与消费性电子产品的辅助拉动下依然有双位数成长,本季成长为14.1%。


虽然台商PCB各项产品在Q3成长率皆表现亮眼,但耐人寻味的是,全球主要终端产品在同季出货趋势除了个人电脑有3.8%小幅成长之外,智慧型手机、汽车皆为下滑趋势,前者以南韩三星品牌衰退14.2%为主,但对于仰赖苹果供应链的台资厂商较不受影响;后者则受到车用晶片缺料延长交期波及整车出货,进而打乱PCB交货秩序。但因为车用电子化趋势显现,车体设计提高电子元件的使用数量,包括面板、雷达、天线等,均扩大电路板在车用市场的应用,即使缺料尚未缓解,但在多元应用的乘数效应下,让车用PCB在本季持续成长。


在产品布局方面,TPCA也观察出部分厂商顺势调整产品结构,因应市场变化适时将通讯应用转移至电脑与车用电子,显见台商以生产弹性与多样化之优势。随着2021年即将进入尾声,全球Q4的整体终端市场,不论是手机、笔电、汽车与半导体,在疫情逐渐趋缓后仍具相当的需求力道,加上载板持续供不应求,产能持续开出,乐观预估2021全年台商两岸PCB整体表现可望再创纪录。


惟TPCA也示警,电路板产业短期方面仍须留意晶片短缺、全球电子元件缺料与塞港现象尚未缓解,对供应链上下游出货影响是否产生抑制影响,也将左右整体台湾PCB产业成长;中长期则须关注大陆限电减排措施是否成为常态,及全球净零碳排趋势与客户压力,预估也都会是未来影响整体产业发展重要议题,值得业界持续关注与及早因应。



图2 : TPCA也示警,PCB产业中长期须关注中国大陆限电减排措施是否成为常态,及全球净零碳排趋势与客户压力,预估皆是未来影响整体产业发展重要议题。(source:calquality.com)
图2 : TPCA也示警,PCB产业中长期须关注中国大陆限电减排措施是否成为常态,及全球净零碳排趋势与客户压力,预估皆是未来影响整体产业发展重要议题。(source:calquality.com)

尤其依IEK统计台湾2020年台湾PCB产业链的总产值虽然达到了新台币1.03兆元,正式晋身兆元产业;并以33.9%的全球PCB市占率蝉联第一,同时是半导体产业的心脏地带,仍具备制造规模与地缘优势,在载板制造有不可忽视的实力。但根据台湾电路板协会甫出版的PCB高阶技术所调查的制程、材料、设备缺口与发展蓝图中,载板的自主化程度为最低,约7成的关键材料与设备需要依赖外商,在高阶材料自主化程度不足的有ABF、 BT、干膜、电镀药水;在机台方面,有DI的曝光机、雷射钻孔机、机械钻孔机、电测机等,其中绝大部分来自于日本,显见台湾PCB在关键材料与设备的自主能力上却还未达到相对应的表现。


面对次世代产品发展快速与全球净零碳排的挑战,加剧产业竞争,TPCA认为:「台商必须善用核心的优势,透过技术与品质的壁垒,全方位发展高阶PCB的制程、材料与设备,无论量产或利基型态,皆能提高产品附加价值,以串起台湾PCB产业链的竞争优势,打造成为全球高阶PCB产业枢纽。」


电路板终端应用日新月异 逆推中上游加工设备业者加速转型

大量科技便从早期从事PCB产业的多轴钻孔/成型机等标准机与自动化逐步转型,投入开发半导体产业所需的后段封装检测设备(Vision/Handler系列机种)、量测演算模组设备(CMP Pad),并持续积极投入研发PCB自动化单/6轴钻孔机,以及搭配机器视觉的CCD深控系列成型/钻孔机提高利润,应用范围广泛。跟随PCB厂的扩产需求逐渐显现,大量营运自去年下半年来逐步回温,尤其高阶制程需求走扬,如5G、车载、HPC、Mini LED等应用崛起,大量今年在带有CCD或深度控制的高阶成型机、高阶钻孔机出货也成长显著。


大量科技营运长李贤铭进一步表示,随着终端消费市场的电动车、高阶笔电及伺服器对于车载PCB、金手指卡槽及Mini LED背板、5G用光通讯模组等工件要求越来越细小,促使精准加工程度越来越高,除了形状合格外,也要求电路和边缘必须符合一定等级的极小公差,而须加装CCD辅助侦测定位、掌控深度,于加工同时检测,才能满足5G、边缘运算、HPC等高频高速通讯需求。


该公司除了以「六轴高效线马钻孔机」荣获第30届台湾精品奖,采用大量最新数位控制技术,搭配轻量化设计,台面加速度由1g提升到1.5g;加上属于低膨胀材质特性,降低工作环境影响,最终在精度及效率表现均可提升10~15%。


近年大量耕耘半导体也逐渐有所斩获,李贤铭指出,目前该公司在半导体检测设备技术,主要聚焦于5大视觉系统开发能力,包含:光学系统架构(Optical System Architecture)、演算法应用(Algorithm Application)、模组化(Modularization)、客制化(Customization)、嵌入式人工智慧(AI Embedded)。


借此开发的2大系列机种,则分为:封装领域的Vision series、测试领域的Handler Series等解决方案,前者系利用Wafer-base AOI、Non-Wafer-base AOI自动光学检查机,可依封装尺寸不同,提供适用于晶圆级与否的各种制程,透过光学架构以可见光用于检查wafer-base、IC缺陷,避免目测错误,提高缺陷检出率及产出效率。后者的IC Chip Test–Handler,可经过8站、6面检测,以配合客户产品尺寸进/出料;IC AVI Handler透过视觉+转塔,节省目检的人力,可用于车用晶片、记忆体。


进而持续向半导体前端制程延伸,推出CMP PAD抛光垫量测模组,是业界唯一率先在湿制程阶段,即时监控抛光垫粗糙度、均匀性与搜集产出的资讯,透过动态式、连续性、全面性精准判读研磨垫使用状况,累积成AI大数据的应用需求。不必仰赖老师傅经验法则更换,而影响品质和成本,得以最大化使用时间及智慧化调整制程参数,现正进行于商转前的场域实作验证。但李贤铭认为:「随着奈米级制程导致线径越来越小、CMP用量越来越多而垫高制程成本,即须提供更多CMP PAD所需量测解决方案。」



图3 : 大量科技从多轴钻孔/成型机等标准机与自动化逐步转型,并搭配机器视觉的CCD深控系列成型/钻孔机提高利润,近来更积极投入开发半导体后段封装检测、量测演算模组设备。 (摄影:陈念舜)
图3 : 大量科技从多轴钻孔/成型机等标准机与自动化逐步转型,并搭配机器视觉的CCD深控系列成型/钻孔机提高利润,近来更积极投入开发半导体后段封装检测、量测演算模组设备。 (摄影:陈念舜)

台湾泷泽科技也以经验丰富的CNC制造经验为基础,结合日系的硬体技术、搭配德国电脑软体,迄今已成功开发量产各式五轴、六轴到七轴的高效能、高精度PCB钻孔机,配备全线性马达,具有高速度、高精度、低震动、低噪音等特性,且有寿命长、维修方便等优点;加上5G大台面设计,可让客户针对电路板进行黄金比例规划,让设备产出效率最大化;并沿用该公司独特「气压脚座」设计,可使钻轴作动时更加平稳,也能针对钻径自动切换,大幅提升钻孔良率及集尘效率。


为因应高阶HDI、ABF制程需求,台湾泷泽突破PCB高速钻孔机光纤断针侦测的技术瓶颈,全系列机种都已搭载先进的CBD感电式断针侦测技术,除全面改善无效率行程及减少侦测误判外,还能进行盲钻而大幅提升30%效率、CPK值(制程能力)精度及应用范围;具备自动刃长、刀径及RUNOUT检测功能,防止人为错误,确保制程品质;R型QIC系统,可确保机台钻微小孔的稳定性与高加工精度。


最新发表的成型机将沿用PCB钻孔机同型控制器,让作业人员容易操作,台面尺寸亦配合5G需求,使用大板面设计,并运用有限元素分析软体,找出最佳强化结构设计,使整机重量预计减少20%以上,以因应客户摆放高楼层需求;再加上工作台轻量化及XY轴采用线性马达,即使放在高楼层也可达到需求精度。


产业外部挑战接踵而至 工研院眺望2022献策

值得一提的是,为了协助找寻产业转型的方向及契机,工研院产业科技国际策略发展所也照例在今年底举办「眺望~2022产业发展趋势」系列研讨会。工研院产科国际所经理董钟明于电子零组件与显示器场次首先指出,2021年台湾零组件暨显示器产业因受惠于终端系统产品出货回温,以及高阶产品出货比重增加的因素下,产值较前一年大幅成长19.3%,达到约新台币2.5兆元。


工研院产科国际所张渊菘进一步分析,相较于日本同步发展高阶软板与载板、南韩配合自身记忆体产业优势,集中发展载板。台湾则与中国大陆在PCB市场占有率相当,产品结构也大幅重叠,仅在载板有明显优势,也会是未来摆脱同业竞争关键!


由于终端产品对性能的要求日益增长,因此IC晶片朝向多层数、大尺寸以及更细的线宽设计,使得ABF载板面临制程与良率的挑战,且随着各种先进封装技术的演进,如CoWos、EMIB、Chiplet也将进一步提升ABF面积需求。不过目前主要生产ABF载板的板厂扩产速度还不足以满足市场需求,据IEK统计2021年市场对ABF的需求成长率为27%,而供给成长率仅16%,供需缺口达11%,预计供应吃紧的时间可能持续至2023年,到2024年才可望达供需平衡,而供需问题也让ABF的平均售价将呈上升趋势。


总结

美中不足的是,基于全球电子零组件产业正面临10年来最大的外部环境剧烈变化,势必重新定义产业秩序,以因应在地供应冲击全球化的营运模式,供应链正悄悄进行裂解及重整;而长短料问题,更是推翻零组件厂商对于库存水位的经验法则,还须重新适应产业新生态。


加上来自于全球领袖针对2050净零碳排的共识,促使终端品牌大厂须加紧脚步实现零碳排产品,造成零组件产业将长期面临由材料循环、制程减耗、绿色能源等各方面的挑战,中国大陆最近限电事故更是明证。董钟明认为:「虽然在分工体系下,台湾无法掌握整个供应链的完全自主性,但建议应透过与国外大厂在地合作,以提高供应链的自主性,对于长远发展带来稳定的基础力量。」


**刊头图:(source:cdn.hk01.com)


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