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台灣PCB產業力求設備製造業轉型升級
放眼高效運算電路板商機

【作者: 陳念舜】   2021年11月25日 星期四

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迎接2021年底因為疫苗普及,各國逐漸適應與疫共存的在家工作新生活型態,以及無線通訊網路開始進入5G/6G高速傳輸時代,要求高效運算(HPC)裝置微型化,期待藉由縮小體積優勢,開創出更多應用需求商機同時,也逆推台灣電路板(PCB)產業上中游加工、設備製造廠商加速轉型升級,甚至跨足半導體設備領域。


舉例來說,過去被歸類於銅箔基板的ABF載板曾普遍應用於CPU、GPU等高端晶片,卻在10年前因為智慧型手機橫空出世,早期還用不到ABF載板產出的高端晶片,而沉寂一段時間。直到近年來市場上對於傳輸訊息速度、效率提升與技術上的突破,讓高效能運算新應用逐漸浮出檯面,如今ABF已能跟上半導體先進製程的腳步,達到細線路、細線寬/線距的要求,造成需求在短期大量增加,也讓ABF載板處於供不應求的狀態。


由於ABF與類載板的製程品質提升,並適應多樣化產品生產的機器人、物聯網,於前段製程執行In-process檢測+大數據分析立即回饋,再搭配AI智慧決策系統、專家知識庫及資安解決方案,確保品質;在後段製程執行即時檢測+填/疊孔、高階HDI雷射打孔的精度最佳化分析,有效回饋生產結果,提升品質及穩定性,導入半導體、PCB及Mini LED等次世代產品封測應用,在目前PCB各項產品中的成長力道與後勁更是冠絕群倫,不僅相關終端應用產品持續火熱,亞洲四強台、中、日、韓亦競相進入戰場,也讓人看到PCB產業往高階發展趨勢。


目前載板應用市場趨勢,依序為:智慧型手機BT載板占有最大應用市場、HPC會使用的ABF載板屬高速成長應用市場,將隨著5G商用化持續加速成長;電動車則是主要潛力市場,不僅從去年下半年開始延燒的車用晶片短缺問題仍未見緩解,未來還能受惠於國際淨零碳排潮流推波助瀾。



圖1 : 目前載板應用市場趨勢中,電動車為主要潛力市場,不僅從去年下半年開始延燒的車用晶片短缺問題仍未見緩解,未來還能受惠於國際淨零碳排潮流。(source:istgroup.com)
圖1 : 目前載板應用市場趨勢中,電動車為主要潛力市場,不僅從去年下半年開始延燒的車用晶片短缺問題仍未見緩解,未來還能受惠於國際淨零碳排潮流。(source:istgroup.com)

台灣PCB產值首破8000億 載板供不應求成隱憂

根據台灣電路板協會(TPCA)最新發布2021年Q3台商兩岸PCB產業產值達2,214億新台幣(約為79.43億美元),創下歷年Q3同期新高,亦較去年同期1,859億新台幣大幅成長19.1%,預估2021年Q4產值可達2,440億新台幣,全年預估產值上看8,211億新台幣,可望首次踏入8,000億關卡。


在兩岸生產比重方面,台商在大陸生產比重約63.2%,其中台商在台產值在今年逐季成長率均在20%以上,是過去幾年不曾有的現象,主要因素為全球載板市場火熱,而載板是台商於台灣生產的第一大產品,在Q3佔比高達34.5%,受惠5G 通訊與高效能運算等應用興起,半導體產業結構性的需求增加,同步帶動高階載板數量與價格成長。


TPCA表示,據統計台灣Q3產品產值除了軟硬結合板持續下滑之外,其他產品皆維持今年整體成長趨勢持續向上,其中IC載板受惠ABF載板供不應求,加上BT載板在iPhone新機拉貨需求下,IC載板Q3同期成長率來到41.8%,與產值同創新高。同樣受惠iPhone新品問世效應的還有軟板,Q3成長率也來到20.8%;而多層板在傳統電子旺季、WFH與宅經濟商機等因素帶動下,年成長率21.8%,幅度僅次於IC載板;HDI(高密度連接板)在筆電與消費性電子產品的輔助拉動下依然有雙位數成長,本季成長為14.1%。


雖然台商PCB各項產品在Q3成長率皆表現亮眼,但耐人尋味的是,全球主要終端產品在同季出貨趨勢除了個人電腦有3.8%小幅成長之外,智慧型手機、汽車皆為下滑趨勢,前者以南韓三星品牌衰退14.2%為主,但對於仰賴蘋果供應鏈的台資廠商較不受影響;後者則受到車用晶片缺料延長交期波及整車出貨,進而打亂PCB交貨秩序。但因為車用電子化趨勢顯現,車體設計提高電子元件的使用數量,包括面板、雷達、天線等,均擴大電路板在車用市場的應用,即使缺料尚未緩解,但在多元應用的乘數效應下,讓車用PCB在本季持續成長。


在產品布局方面,TPCA也觀察出部分廠商順勢調整產品結構,因應市場變化適時將通訊應用轉移至電腦與車用電子,顯見台商以生產彈性與多樣化之優勢。隨著2021年即將進入尾聲,全球Q4的整體終端市場,不論是手機、筆電、汽車與半導體,在疫情逐漸趨緩後仍具相當的需求力道,加上載板持續供不應求,產能持續開出,樂觀預估2021全年台商兩岸PCB整體表現可望再創紀錄。


惟TPCA也示警,電路板產業短期方面仍須留意晶片短缺、全球電子元件缺料與塞港現象尚未緩解,對供應鏈上下游出貨影響是否產生抑制影響,也將左右整體台灣PCB產業成長;中長期則須關注大陸限電減排措施是否成為常態,及全球淨零碳排趨勢與客戶壓力,預估也都會是未來影響整體產業發展重要議題,值得業界持續關注與及早因應。



圖2 : TPCA也示警,PCB產業中長期須關注中國大陸限電減排措施是否成為常態,及全球淨零碳排趨勢與客戶壓力,預估皆是未來影響整體產業發展重要議題。(source:calquality.com)
圖2 : TPCA也示警,PCB產業中長期須關注中國大陸限電減排措施是否成為常態,及全球淨零碳排趨勢與客戶壓力,預估皆是未來影響整體產業發展重要議題。(source:calquality.com)

尤其依IEK統計台灣2020年台灣PCB產業鏈的總產值雖然達到了新台幣1.03兆元,正式晉身兆元產業;並以33.9%的全球PCB市占率蟬聯第一,同時是半導體產業的心臟地帶,仍具備製造規模與地緣優勢,在載板製造有不可忽視的實力。但根據台灣電路板協會甫出版的PCB高階技術所調查的製程、材料、設備缺口與發展藍圖中,載板的自主化程度為最低,約7成的關鍵材料與設備需要依賴外商,在高階材料自主化程度不足的有ABF、 BT、乾膜、電鍍藥水;在機台方面,有DI的曝光機、雷射鑽孔機、機械鑽孔機、電測機等,其中絕大部分來自於日本,顯見台灣PCB在關鍵材料與設備的自主能力上卻還未達到相對應的表現。


面對次世代產品發展快速與全球淨零碳排的挑戰,加劇產業競爭,TPCA認為:「台商必須善用核心的優勢,透過技術與品質的壁壘,全方位發展高階PCB的製程、材料與設備,無論量產或利基型態,皆能提高產品附加價值,以串起台灣PCB產業鏈的競爭優勢,打造成為全球高階PCB產業樞紐。」


電路板終端應用日新月異 逆推中上游加工設備業者加速轉型

大量科技便從早期從事PCB產業的多軸鑽孔/成型機等標準機與自動化逐步轉型,投入開發半導體產業所需的後段封裝檢測設備(Vision/Handler系列機種)、量測演算模組設備(CMP Pad),並持續積極投入研發PCB自動化單/6軸鑽孔機,以及搭配機器視覺的CCD深控系列成型/鑽孔機提高利潤,應用範圍廣泛。跟隨PCB廠的擴產需求逐漸顯現,大量營運自去年下半年來逐步回溫,尤其高階製程需求走揚,如5G、車載、HPC、Mini LED等應用崛起,大量今年在帶有CCD或深度控制的高階成型機、高階鑽孔機出貨也成長顯著。


大量科技營運長李賢銘進一步表示,隨著終端消費市場的電動車、高階筆電及伺服器對於車載PCB、金手指卡槽及Mini LED背板、5G用光通訊模組等工件要求越來越細小,促使精準加工程度越來越高,除了形狀合格外,也要求電路和邊緣必須符合一定等級的極小公差,而須加裝CCD輔助偵測定位、掌控深度,於加工同時檢測,才能滿足5G、邊緣運算、HPC等高頻高速通訊需求。


該公司除了以「六軸高效線馬鑽孔機」榮獲第30屆台灣精品獎,採用大量最新數位控制技術,搭配輕量化設計,台面加速度由1g提升到1.5g;加上屬於低膨脹材質特性,降低工作環境影響,最終在精度及效率表現均可提升10~15%。


近年大量耕耘半導體也逐漸有所斬獲,李賢銘指出,目前該公司在半導體檢測設備技術,主要聚焦於5大視覺系統開發能力,包含:光學系統架構(Optical System Architecture)、演算法應用(Algorithm Application)、模組化(Modularization)、客製化(Customization)、嵌入式人工智慧(AI Embedded)。


藉此開發的2大系列機種,則分為:封裝領域的Vision series、測試領域的Handler Series等解決方案,前者係利用Wafer-base AOI、Non-Wafer-base AOI自動光學檢查機,可依封裝尺寸不同,提供適用於晶圓級與否的各種製程,透過光學架構以可見光用於檢查wafer-base、IC缺陷,避免目測錯誤,提高缺陷檢出率及產出效率。後者的IC Chip Test–Handler,可經過8站、6面檢測,以配合客戶產品尺寸進/出料;IC AVI Handler透過視覺+轉塔,節省目檢的人力,可用於車用晶片、記憶體。


進而持續向半導體前端製程延伸,推出CMP PAD拋光墊量測模組,是業界唯一率先在濕製程階段,即時監控拋光墊粗糙度、均勻性與蒐集產出的資訊,透過動態式、連續性、全面性精準判讀研磨墊使用狀況,累積成AI大數據的應用需求。不必仰賴老師傅經驗法則更換,而影響品質和成本,得以最大化使用時間及智慧化調整製程參數,現正進行於商轉前的場域實作驗證。但李賢銘認為:「隨著奈米級製程導致線徑越來越小、CMP用量越來越多而墊高製程成本,即須提供更多CMP PAD所需量測解決方案。」



圖3 : 大量科技從多軸鑽孔/成型機等標準機與自動化逐步轉型,並搭配機器視覺的CCD深控系列成型/鑽孔機提高利潤,近來更積極投入開發半導體後段封裝檢測、量測演算模組設備。(攝影:陳念舜)
圖3 : 大量科技從多軸鑽孔/成型機等標準機與自動化逐步轉型,並搭配機器視覺的CCD深控系列成型/鑽孔機提高利潤,近來更積極投入開發半導體後段封裝檢測、量測演算模組設備。(攝影:陳念舜)

台灣瀧澤科技也以經驗豐富的CNC製造經驗為基礎,結合日系的硬體技術、搭配德國電腦軟體,迄今已成功開發量產各式五軸、六軸到七軸的高效能、高精度PCB鑽孔機,配備全線性馬達,具有高速度、高精度、低震動、低噪音等特性,且有壽命長、維修方便等優點;加上5G大檯面設計,可讓客戶針對電路板進行黃金比例規劃,讓設備產出效率最大化;並沿用該公司獨特「氣壓腳座」設計,可使鑽軸作動時更加平穩,也能針對鑽徑自動切換,大幅提升鑽孔良率及集塵效率。


為因應高階HDI、ABF製程需求,台灣瀧澤突破PCB高速鑽孔機光纖斷針偵測的技術瓶頸,全系列機種都已搭載先進的CBD感電式斷針偵測技術,除全面改善無效率行程及減少偵測誤判外,還能進行盲鑽而大幅提升30%效率、CPK值(製程能力)精度及應用範圍;具備自動刃長、刀徑及RUNOUT檢測功能,防止人為錯誤,確保製程品質;R型QIC系統,可確保機台鑽微小孔的穩定性與高加工精度。


最新發表的成型機將沿用PCB鑽孔機同型控制器,讓作業人員容易操作,台面尺寸亦配合5G需求,使用大板面設計,並運用有限元素分析軟體,找出最佳強化結構設計,使整機重量預計減少20%以上,以因應客戶擺放高樓層需求;再加上工作台輕量化及XY軸採用線性馬達,即使放在高樓層也可達到需求精度。


產業外部挑戰接踵而至 工研院眺望2022獻策

值得一提的是,為了協助找尋產業轉型的方向及契機,工研院產業科技國際策略發展所也照例在今年底舉辦「眺望~2022產業發展趨勢」系列研討會。工研院產科國際所經理董鍾明於電子零組件與顯示器場次首先指出,2021年台灣零組件暨顯示器產業因受惠於終端系統產品出貨回溫,以及高階產品出貨比重增加的因素下,產值較前一年大幅成長19.3%,達到約新台幣2.5兆元。


工研院產科國際所張淵菘進一步分析,相較於日本同步發展高階軟板與載板、南韓配合自身記憶體產業優勢,集中發展載板。台灣則與中國大陸在PCB市場占有率相當,產品結構也大幅重疊,僅在載板有明顯優勢,也會是未來擺脫同業競爭關鍵!


由於終端產品對性能的要求日益增長,因此IC晶片朝向多層數、大尺寸以及更細的線寬設計,使得ABF載板面臨製程與良率的挑戰,且隨著各種先進封裝技術的演進,如CoWos、EMIB、Chiplet也將進一步提升ABF面積需求。不過目前主要生產ABF載板的板廠擴產速度還不足以滿足市場需求,據IEK統計2021年市場對ABF的需求成長率為27%,而供給成長率僅16%,供需缺口達11%,預計供應吃緊的時間可能持續至2023年,到2024年才可望達供需平衡,而供需問題也讓ABF的平均售價將呈上升趨勢。


總結

美中不足的是,基於全球電子零組件產業正面臨10年來最大的外部環境劇烈變化,勢必重新定義產業秩序,以因應在地供應衝擊全球化的營運模式,供應鏈正悄悄進行裂解及重整;而長短料問題,更是推翻零組件廠商對於庫存水位的經驗法則,還須重新適應產業新生態。


加上來自於全球領袖針對2050淨零碳排的共識,促使終端品牌大廠須加緊腳步實現零碳排產品,造成零組件產業將長期面臨由材料循環、製程減耗、綠色能源等各方面的挑戰,中國大陸最近限電事故更是明證。董鍾明認為:「雖然在分工體系下,台灣無法掌握整個供應鏈的完全自主性,但建議應透過與國外大廠在地合作,以提高供應鏈的自主性,對於長遠發展帶來穩定的基礎力量。」


**刊頭圖:(source:cdn.hk01.com)


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