雷射誘發全加成軟性電路板製程

摘要：隨著消費性電子產品輕薄短小需求逐漸興起，無論穿戴式裝置、數位相機、消費性電子產品、智慧手機等皆大幅採用軟性電路板製程。現今軟性電路板一般使用減法製程進行製作，藉由黃光微影製程於軟性銅箔基板上形成圖案化線路，再以酸性蝕刻液將銅箔基板上未覆蓋光阻之銅箔蝕刻，即獲得所需的銅線路。由於減法蝕刻製程具有材料損耗大、生產步驟多等環保問題。為符合未來穿戴式電子少量多樣與雙面軟性電路板需求逐漸提升，本研究開發雷射誘發全加成軟性電路板技術，將觸媒混合於具有可撓性高分子膠體中，如：聚氨酯 （polyurethane, PU)、環氧樹酯（epoxy)、聚亞醯胺（polyimide, PI)膠體中，將此觸發膠體材料進行大面積可撓式薄膜塗佈後，只需要使用雷射設備，即可進行雙面雷射圖案化與鑽孔製程。之後再以無電鍍製程將金屬沉積附著在雷射圖案化區域上，因此可同時進行雙面電路與鑽孔區域之金屬沉積。與傳統減法蝕刻軟性電路板製程相比較，本技術可將製程步驟由10步簡化為3步，大幅降低製程成本，並藉由全加成製程降低汙染之問題。

Abstract: More and more attention is being paid for flexible printed circuit board (FPCB), a key electronic component which fulfills the needs in miniaturizing wearable devices, including digital camera and other consumer products. A subtractive processing (photolithography process), conventionally used for fabrication of FPCB, involves several manufacturing steps: metal lamination, photoresist patterning and wet etching etc.; thus, the process has disadvantages of low materials utilization and low eco-friendliness. We proposed a laser-induced technology, which provides an alternative for FPCB development, even for double-sided structures. Compared to conventional subtractive processing using 10 process steps, this proposed additive manufacturing is with merely 3 process steps. A flexible PI-based substrate mixing with laser-activated colloidal particles was developed. An energetic laser shots was used to directly define circuit patterns on the PI-based substrate; and lastly an electroless plating process is applied for completion of circuit metallization. We developed a promising technology for FPCB fabrication with benefits of process efficacy and cost reduction.

關鍵詞：軟性電路板、雷射誘發技術、近場無線通訊天線

Keywords：Flexible Printed Circuit Board, Laser-Induced Technique, Near Field Communication (NFC) Antenna

前言
隨著消費性電子產品輕薄短小需求逐漸興起，無論穿戴式裝置、數位相機、消費性電子產品、智慧手機等皆大幅採用軟性電路板製程，利用軟性電路板厚度薄、具可撓性、能依照空間改變形狀等優勢，協助產品達到輕薄短小之功能。根據Prismark預估，2014年度全球軟板產值將年增7%達到128.77 億美元。隨著智慧型行動裝置產業的持續成長及應用片數增加，預估到2017年時，軟板產值將以年複合成長率7.7%之速度，成長至156.63億美元之規模。其中又以通訊產品佔的比重最高，其次為Panel、與PC及週邊設備等為其主要應用。

軟板依產品結構可分為：1.單面板（single side）：為最基本的軟板種類之一，組成方式為將聚亞醯胺（PI）薄膜塗佈接著層，並黏貼銅箔導體層，將圖案化金屬線路製作於銅箔上，優點為製程容易、價格較低等。2.雙面板（double side）：組成的方式為PI薄膜雙面貼覆銅箔導體層，並利用鑽孔、電鍍等製程形成導通孔，連接雙層電路，並於雙面銅箔形成金屬電路，因為厚度增厚，因此可撓性降低。隨著電路密集化後，雙層板需求也大幅增加。3.多層板（multilayer）：主要由單面板或雙面板所組成，透過鑽孔使導電層相通；但因層數更多，可撓性也變差，目前應用較少。4.軟硬結合板（rigid-flex）：由多層硬板加上單面軟板或雙面軟板所組成，其優點為減少使用連接器，縮短訊號傳遞的距離，有助於提升訊號傳遞的效率和可靠度，並能進一步減少電子產品之空間，目前軟硬結合板需求也逐漸提升。

現今軟性電路板一般使用減法製程進行製作，將軟性銅箔基板和軟性絕緣層使用接著劑貼附壓合而成，將感光乾膜滾壓於銅箔基板上，經UV光曝光與顯影後形成圖案化，再以酸性蝕刻液（FeCl3或CuCl2系）將銅箔基板上未覆蓋光阻之銅箔蝕刻，即獲得所需的銅線路。由於減法蝕刻製程具有材料損耗大、生產步驟多等環保問題，並且為解決未來電路板細線化需求，故現今材料與製程廠商皆積極研發半加成與全加成製程，以提高生產效率，解決環保問題。