高密度印制電路板的投資關(guān)鍵－制程創(chuàng)新

陳志勇

（瀚宇博德科技（江陰）有限公司，江蘇 江陰 214429）

很久以前， Y公司看到C公司和U公司在HDI（高密度互連）手機(jī)板賺的火熱， 決定要想分一杯羹，立馬決定投入相同的產(chǎn)品生產(chǎn)。Y公司很快地購入很多的新設(shè)備開始接單生產(chǎn)，生意搞得風(fēng)風(fēng)火火的。

有一天，市場上發(fā)生了一個嚴(yán)重的手機(jī)燒機(jī)事件，讓Y公司一次性賠足前期30%的所有投資。雖然那樣，Y公司仍想持續(xù)HDI領(lǐng)域運作，決定學(xué)習(xí)C和U公司的運作系統(tǒng)，強(qiáng)化研發(fā)產(chǎn)品流程及制造程序，希望能透過工序的改善重新站穩(wěn)腳步。

到了最后，發(fā)現(xiàn)前期開廠時“產(chǎn)品制程創(chuàng)新過程”投注的不夠，早已購買太多錯誤的設(shè)備，因為設(shè)備的先天性因素，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量及信賴度難以有效大幅提升，加上資金不厚實，最終Y公司也就以破產(chǎn)收尾。

上面的故事，這幾年來在臺灣的PCB企業(yè)屢見不鮮。許多PCB企業(yè)看到HDI新技術(shù)就心癢難耐的投入轉(zhuǎn)型，沒有考慮到要做技術(shù)的轉(zhuǎn)換，加上沒有長期的資金潛力，造成許多PCB企業(yè)終致破產(chǎn)的地步，佳鼎、耀文、臺路、九德、雅新等等例子不勝枚舉。以臺資企業(yè)而言，目前于“HDI產(chǎn)品部分”營利較可觀企業(yè)屈指可數(shù)，僅欣興電子、華通計算機(jī)、耀華電子三家有所營利。

這幾年，因為手機(jī)、平板領(lǐng)域的持續(xù)暢旺，穿戴式科技的前景看好，中國大陸地區(qū)電路板企業(yè)又開始對HDI的投資，前仆后繼地步上類似臺灣的產(chǎn)業(yè)軌跡，如方正、五株、博敏、中京、雙贏、杰賽、世運、新兆豐等。

產(chǎn)品有生命周期，企業(yè)的核心產(chǎn)業(yè)或相關(guān)產(chǎn)業(yè)一定有成長到盡頭的一天，因此一直保持原核心事業(yè)不是企業(yè)成長的萬靈丹；要持續(xù)的獲利與成長，企業(yè)創(chuàng)新是一個有效的方向。電子信息產(chǎn)業(yè)已走到“微利”困境中，加上現(xiàn)代科技產(chǎn)品的生命周期逐漸縮短，迫使科技企業(yè)對“企業(yè)創(chuàng)新”與“變革管理”更形重要，甚至是企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵所在。

1 何謂產(chǎn)品的創(chuàng)新

“產(chǎn)品創(chuàng)新”，是對企業(yè)有形與無形的經(jīng)營活動所做的任何大幅度改變，而使得企業(yè)的成長及經(jīng)營績效產(chǎn)生顯著持續(xù)性進(jìn)步的一連串思維與活動。如果依產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度區(qū)分又可分為產(chǎn)品創(chuàng)新和制程創(chuàng)新兩種。

（1）產(chǎn)品創(chuàng)新（Product Innovation）：在產(chǎn)品創(chuàng)新初期，由于技術(shù)的不確定性，設(shè)計原型尚未完成，因此創(chuàng)新者必須在產(chǎn)品本身進(jìn)行系統(tǒng)上的創(chuàng)新。

（2）制程創(chuàng)新（Process Innovation）：當(dāng)產(chǎn)品量產(chǎn)時，由于市場上的競爭，此時價格成為決定因素，因此必須在制程上不斷尋找降低成本與提高生產(chǎn)力的方法。

現(xiàn)有HDI PCB市場中，先進(jìn)科技大廠已占盡市場優(yōu)勢，后進(jìn)廠商只能以制程創(chuàng)新做為整體資源能力的核心。制程創(chuàng)新策略是處于市場快速成長的階段，這一階段的創(chuàng)新重點在于制程與產(chǎn)能上的創(chuàng)新，企業(yè)組織運作相當(dāng)程度的授權(quán)對于部門績效的重視度要高過于內(nèi)部管理制度建立。創(chuàng)新的焦點在于內(nèi)部，在這一階段研發(fā)與制造之間的整合十分重要，功能、速度、質(zhì)量、成本都是這一階段的競爭重心。

一家大型企業(yè)往往較困難從事根本性的創(chuàng)新，但如果對于市場前景較為明確的新產(chǎn)品，能夠采取快速跟進(jìn)的策略，并攫取大量的市場利潤，應(yīng)該是投資報酬最高的一種競爭策略。在過往臺灣信息電子產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵成功因素經(jīng)驗，可以歸納出關(guān)鍵成功因素有六項，分別為：（1）營銷與產(chǎn)品創(chuàng)新能力；（2）服務(wù)支持能力；（3）成本效率能力；（4）設(shè)計與制程創(chuàng)新能力；（5）量產(chǎn)能力；（6）產(chǎn)品線完整能力。其中又以營銷與產(chǎn)品創(chuàng)新能力；設(shè)計與制程創(chuàng)新能力最具關(guān)鍵性。

2 HDI創(chuàng)新過程的人員策略

高密度互連（HDI）技術(shù)，有著不可輕忽的專業(yè)性門坎，首要就是技術(shù)人才的策略方向，產(chǎn)品創(chuàng)新活動成敗的關(guān)鍵是人的因素。在過去高密度積層技術(shù)的興起，從日本、歐美、臺灣轉(zhuǎn)至于大中華區(qū)的過程，中國大陸地區(qū)的HDI產(chǎn)品設(shè)廠專業(yè)人才常常采用臺資派系或外資派系人馬。經(jīng)過這數(shù)年采用派系建廠的經(jīng)驗卻呈現(xiàn)非常的吊詭現(xiàn)象，常常無法能讓HDI廠穩(wěn)定而又有效的運作及營利。老板要求快速建廠，外派進(jìn)來（8～20人）的派系人員，完成建廠成功后又成為掣肘之痛。因為整個派系的薪資成本太高，技術(shù)資源又怕被派系所掌握，若想移除派系，擔(dān)憂整廠HDI制程設(shè)計系統(tǒng)有分崩離析的風(fēng)險。造成近期陸資企業(yè)開始不再青睞采用派系建廠的方式，根究其原因主要是因為大型HDI廠分流出來的人員，每個人涉獵范疇都非常有限（例如C公司工程師甚至僅負(fù)責(zé)蝕刻線設(shè)備領(lǐng)域），這些人多無法俱備足夠跨制程的系統(tǒng)概念，因此才會需要不同領(lǐng)域多人結(jié)派成系。以團(tuán)隊模式進(jìn)行開廠，但派系人一多，因少數(shù)人員的流動，重新補(bǔ)上人有觀念經(jīng)驗的差異，又開始改變制程設(shè)計，常造成無法完善一體化的HDI技術(shù)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)植。更嚴(yán)重的是制程設(shè)計系統(tǒng)有圖形制程、干制程、濕制程分段，用多人建立的整個HDI制程設(shè)計系統(tǒng)的前后銜接串聯(lián)性更是容易有問題。

然而，想由自己的舊有人馬或其陸干技術(shù)人員建廠，卻因為觀念及技術(shù)力的差異，產(chǎn)品設(shè)立時程過長無法符合現(xiàn)有消費趨勢的步調(diào)，以致喪失商機(jī)，甚至整體系統(tǒng)的架構(gòu)虛弱，造成設(shè)備投資方向錯誤最終難以挽回。HDI建廠設(shè)備投資龐大，為了避免投資失利的問題；對于HDI制程設(shè)計方向，個人比較建議的方式是找一個HDI制程技術(shù)領(lǐng)域跨度大備有完整的HDI系統(tǒng)概念的專才，進(jìn)行單一HDI制程體系的整合，在“老板的信任與授權(quán)”下，由公司內(nèi)部找新進(jìn)人員籌組產(chǎn)品開發(fā)項目運作團(tuán)隊。積極開放式的訓(xùn)練與技術(shù)轉(zhuǎn)移，先有系統(tǒng)一體化完整的主支干，再同步繁茂枝葉及裝飾，建立HDI的工序技術(shù)、文件等。如此整個制程控制系統(tǒng)的HDI產(chǎn)品成功機(jī)率會提升數(shù)倍。然而，在中國常見的民族性中，出錢的就是老大，強(qiáng)勢主觀的過度干涉與獨斷問題，讓所謂的“老板的信任與授權(quán)”是非常的不容易達(dá)成，要知千里馬難尋，伯樂卻也是少之又少。因為管理策略或人事問題，或派系問題所造成的“人禍”，讓關(guān)鍵人物的離開造成HDI投資困窘的實例不勝枚舉。

3 HDI制程創(chuàng)新的專業(yè)性門坎

HDI產(chǎn)品的制程設(shè)計，技術(shù)分區(qū)是非常的繁復(fù)，以下是幾大方向：

（1）精細(xì)線路的制作技術(shù)（短斷路良率/阻抗控制不良/客戶EMI問題……）

（2）基板材料壓合應(yīng)用技術(shù)（爆板分層/板彎翹……）

（3）激光鉆孔技術(shù)（孔形異常/孔底殘膠/激光漏接……）

（4）電鍍填盲孔技術(shù)（殘膠/分層/孔破/電鍍蟹腳/填孔漏填率/填孔凹陷/客戶焊錫空洞……）

（5）層間對位尺寸控制技術(shù)（激光漏接/通孔和地層短路/尺寸不良/客戶CAF……）

（6）埋置孔制作技術(shù)（VOH塞孔凹陷/埋孔處爆板……）

（7）防焊制作技術(shù)（對偏線路側(cè)漏/盲孔防焊漏銅/阻焊層脫落/客戶連錫問題……）

（8）表面處理技術(shù)（賈凡尼效應(yīng)/化金黑墊/化金鍍不上/客戶開路問題/焊錫性不良……）。

把將各項技術(shù)（相應(yīng)質(zhì)量問題）拆開來討論非常的細(xì)瑣復(fù)雜，坊間太多的文章刻意將HDI技術(shù)混雜繁復(fù)化，用錯誤的切片圖引導(dǎo)讀者錯誤的認(rèn)知。例如使用LDI曝光機(jī)，采用自動對位（Auto Scale）功能的層偏切片圖，來說明層間準(zhǔn)度精確，將設(shè)備本體的對位能力，拿來說明其制程控制技術(shù)能力的優(yōu)良。其實，在PCB量產(chǎn)過程不管使用何種設(shè)備，就PCB量產(chǎn)尺寸控制的邏輯上，材料本身必然有尺寸R值分布范圍的問題，量產(chǎn)制程控制是不可能完全讓層間尺寸對準(zhǔn)的，需要應(yīng)用客戶設(shè)計允差空間去調(diào)整層間偏移，讓生產(chǎn)尺寸的分堆控制極簡化。

HDI的各項質(zhì)量問題絕大多數(shù)是跨多個制程領(lǐng)域的，舉例說明，盲孔電填孔質(zhì)量問題，直接制程關(guān)連性是壓合棕化、激光鉆孔、填孔電鍍。應(yīng)該采用“跨制程產(chǎn)品整合方式”，來建立整個HDI制程設(shè)計系統(tǒng)才能夠有效成功。

HDI制程設(shè)計的門坎高，以下從制程設(shè)備選擇和設(shè)備廠家及功能的應(yīng)用性方面來簡單說明：

（1）圖像轉(zhuǎn)移部份：底片對孔曝光機(jī)有單面作業(yè)，及雙面同時CCD對位曝光作業(yè)兩種模式，有不需要底片的LDI直接曝光設(shè)備。

（2）壓合制程部分：設(shè)備有熱媒油壓合系統(tǒng)，電熱壓合系統(tǒng)；X-Ray定位打靶有見靶Mark中心打靶，中央定距三靶打靶等模式。

（3）鉆孔制程部分：CO2激光系統(tǒng)有三菱、日立、大族等廠家的選擇性；機(jī)械鉆孔有高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速的選擇性；鉆孔上板定位有2PIN（機(jī)械零點）、3PIN、4PIN三種模式。

（4）電鍍制程部分：除膠渣有濕式化學(xué)除膠渣、干式等離子體除膠渣；水平化學(xué)銅設(shè)備有不同機(jī)構(gòu)設(shè)計選擇性，化銅藥水有堿性酸性兩種系統(tǒng)；電鍍設(shè)備有龍門式垂直電鍍、VCP垂直連續(xù)式電鍍、水平電鍍?nèi)N模式，及多家選擇。

（5）防焊制程部分：涂布制程有半自動印刷機(jī)、噴涂機(jī)、滾涂機(jī)各種設(shè)備；曝光機(jī)有手動人工對位曝光、半自動CCD對位曝光、全自動CCD對位曝光、分割對位曝光機(jī)、DI曝光機(jī)等的選擇性。

針對HDI板不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品創(chuàng)新策略中，以上所提及的幾個要項，光是乘冪關(guān)系3x5x8x15x8=14400就這么多條途徑。要能夠做到最適成本，質(zhì)量優(yōu)良，最終的最佳路線只有一條，有些選項錯誤只會影響成本投資，有些選項錯誤卻會嚴(yán)重影響質(zhì)量。

后面舉列一些個人所知諸多臺資企業(yè)因制程設(shè)計的錯誤造成公司出麻煩的實例。

（1）C公司于2002年生產(chǎn)Intel覆晶載板FC-II（單一客戶），85批產(chǎn)品中有9批發(fā)生盲孔可靠性異常，因為 Intel 公司對其產(chǎn)品質(zhì)量疑慮，C公司為顧及客戶及維護(hù)商譽(yù)，只好將全數(shù)存貨（含良率已符合要求的部分）予以報廢，因此造成十個億人民幣重大損失，致使2002年～2004年連續(xù)三年公司嚴(yán)重的經(jīng)營虧損。主要原因是覆晶載板采用ABF材料，于電鍍水平除膠渣制程，設(shè)備槽內(nèi)產(chǎn)生膠狀懸浮物，因設(shè)備過濾系統(tǒng)無法負(fù)載而異物反進(jìn)入微盲孔內(nèi)，造成盲孔電鍍制程的高風(fēng)險。

（2）T公司建立HDI產(chǎn)品過程

①激光鉆孔機(jī)為了產(chǎn)能最大化而選擇單機(jī)四軸的機(jī)型，每臺單機(jī)的每軸激光能量分配均勻度差，能量R值分布大，長期造成激光微孔能量偏大孔型差和能量偏低殘膠未凈同時存在兩極端化的議題。

②機(jī)械鉆孔流程，因鉆孔產(chǎn)能壓力，采2PIN鉆孔操作系統(tǒng)，HDI尺寸分堆問題，鉆孔程序輸出CAM能力不足，因量產(chǎn)尺寸漲縮分批，未能補(bǔ)正機(jī)械鉆孔程序旋轉(zhuǎn)角設(shè)定，造成漲縮批機(jī)械鉆孔和激光鉆孔兩者有大比例交互旋轉(zhuǎn)問題，因此外層圖像曝光作業(yè)困難度提升。

③因設(shè)備成本問題，一次性大量購買20條PAL垂直連續(xù)電鍍設(shè)備，該設(shè)備屬低涌流能力設(shè)備，藥水因成本問題擇取羅門哈斯需要高流量的藥水系統(tǒng)，加上設(shè)定通盲孔共鍍流程，鍍銅總面銅厚度常批量性超標(biāo)，因通孔存在問題采用砂帶及陶瓷刷磨機(jī)械減銅，相對線路品質(zhì)良率低。于2011年才開始進(jìn)購亞碩高涌流VCP設(shè)備，大比例錯誤制程搭配已造成極大的成本壓力。

T公司尚幸是采取不同廠區(qū)多角化產(chǎn)品策略，才能有效維持基本獲利，但單論HDI廠區(qū)因有多項制程設(shè)計及設(shè)備購買錯誤之處，總體造成T公司HDI廠區(qū)連年虧損難以獲利的現(xiàn)象。

（3）U集團(tuán)昆山鼎鑫電子因延續(xù)Plasma干式除膠渣制程，長期陷入PCB在制板中央?yún)^(qū)除膠渣不足的質(zhì)量問題。雖然U集團(tuán)于2008年DOE實驗確認(rèn)，濕式除膠渣總體均勻性優(yōu)于干式除膠渣設(shè)備以及克服微孔孔塞的能力較強(qiáng)，但早已投資的Plasma設(shè)備因折舊需求，延續(xù)困擾著相關(guān)質(zhì)量問題。

（4）H公司2013年為減省填孔前閃鍍制程，進(jìn)購興合發(fā)閃鍍段和填孔段直接聯(lián)機(jī)的填孔設(shè)備。因為設(shè)備水洗清潔段結(jié)構(gòu)性設(shè)計錯誤，加上對銅離子污染會造成盲孔底墊分層相關(guān)學(xué)理的不夠熟悉，建廠8年從未對微盲孔孔底分層進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測，認(rèn)證板TCT Test重復(fù)性盲孔底墊分離異常，難以取得大型日本客戶的認(rèn)證。

（5）U電子宜蘭廠于2009年因為水平PTH采用酸性鈀系統(tǒng)，酸性鈀膠體分子尺寸較大，對微盲孔些許瑕疵背光覆蓋性差，激光鉆孔參數(shù)和化銅系統(tǒng)搭配不佳，造成大客戶黑莓機(jī)微盲孔蟹腳孔破的重大客訴，連續(xù)3個月懲罰性抽單，因此影響該公司兩季度以上的營利。

（6）G電子為開發(fā)蘋果客戶任意層 HDI 產(chǎn)品，采用高階奧寶LDI設(shè)備，卻因為對位系統(tǒng)設(shè)計概念的不熟悉，直接采用自動尺寸補(bǔ)償高精度對位模式，造成量產(chǎn)尺寸分布，隨著壓程、批量呈現(xiàn)輻射狀放大效應(yīng)，終至于JP導(dǎo)電膠電測單元測試良率持續(xù)低于60%，無法因應(yīng)客戶小量試產(chǎn)認(rèn)證時程需求，因此最終喪失蘋果認(rèn)證。大額的高階設(shè)備投資，因制程設(shè)計能力不足，目前僅能主力生產(chǎn)2N2以下HDI產(chǎn)品。

舉凡上面臺資HDI企業(yè)的例證，連大型PCB企業(yè)都曾發(fā)生過相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)上的錯誤，因此可見HDI產(chǎn)品投資于制程創(chuàng)新策略上的高門坎。

假設(shè)我們用任意層HDI產(chǎn)品來做個簡單換算，假設(shè)一在制板（PNL）有四次壓合與激光（iPhone 5基本構(gòu)層），1PNL總激光孔數(shù)是100萬個微盲孔，當(dāng)有一個微盲孔發(fā)生質(zhì)量問題，以總孔數(shù)算是百萬分之一。但是客戶是以PCB成品小片（PCS）為單位，一個微盲孔失效就等同1小片失效，如果1PNL有100小片，一個微孔造成1小片失效，將變成1%的放大效應(yīng)。常見HDI工廠的制程工程師們，開口閉口都在微盲孔孔塞、激光膠渣、填孔電鍍質(zhì)量改善，長年在這些異常處理里面繞不出來。但是無須悲觀，從大方向看，蘋果、三星各廠家的高階智能手機(jī)在世界普遍使用著，而且供貨商都能持續(xù)的營利且擴(kuò)大規(guī)模，這事實代表有能夠越過這門坎的方法與機(jī)會。

在HDI PCB領(lǐng)域大家比的不只是誰做的好，更重要的是“誰錯的少”。投資之初生產(chǎn)設(shè)備的選擇，重點是要選“對”的設(shè)備，不一定要選“貴”的設(shè)備，選擇的正確與否是決定該企業(yè)HDI營運的生死存亡，設(shè)備系統(tǒng)選擇錯誤將是拖累質(zhì)量成本重大的因素。舉例來說，垂直連續(xù)電鍍已達(dá)水平脈沖電鍍90%以上的效能，硬件成本低50%以上，是符合HDI質(zhì)量需求的高CP值設(shè)備選項；雙面同時對孔對位曝光機(jī)上下底片對位精度比單面曝光機(jī)少10 μm，當(dāng)做到2/N/2以上HDI產(chǎn)品會提高客戶CAF的質(zhì)量風(fēng)險。建立一個讓量產(chǎn)能夠制程質(zhì)量穩(wěn)定、能力參數(shù)撫平均勻，能完全徹底阻絕機(jī)率風(fēng)險的制程創(chuàng)新，這必須要有能對設(shè)備運作的學(xué)理和HDI結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性非常熟悉的人員，才能做出最佳制程設(shè)計系統(tǒng)的建議。至于老板總是強(qiáng)勢做決定或一昧地從低成本考慮設(shè)備的廠，HDI設(shè)廠投資是無法成功的。

4 企業(yè)的管理文化

企業(yè)的成長與永續(xù)絕對不只是產(chǎn)業(yè)、市場、技術(shù)、與產(chǎn)品等所能影響的因素，這些因素是動態(tài)變化且具有軌跡可循的特性，不足以讓企業(yè)組織短期內(nèi)消失不見。反而“人禍”從古至今皆是造成人類各種組織衰敗滅亡的最大禍?zhǔn)?，故企業(yè)更應(yīng)該注意避免所謂的“人禍”產(chǎn)生。產(chǎn)品創(chuàng)新對企業(yè)而言是個機(jī)會，當(dāng)然各種創(chuàng)新有其某程度的風(fēng)險存在。創(chuàng)新的成功與否，還是需要天時、地利、人和的搭配呼應(yīng)，但最重要的成功之鑰是在于企業(yè)高階領(lǐng)導(dǎo)人與全體員工的身上。

5 總結(jié)

新產(chǎn)品、新事業(yè)成功開發(fā)的關(guān)鍵因素，在于必須要由新人與新部門來推動，更重要的是需要主事者的正確心態(tài)才行。如果由成熟期事業(yè)部的舊主管與人員來主導(dǎo)新產(chǎn)品、新事業(yè)的開發(fā)時，則創(chuàng)新失敗的風(fēng)險可能非常大。創(chuàng)新才是PCB企業(yè)的出路，有許多小廠面臨了極為嚴(yán)酷的考驗，部份小廠受到不景氣影響，財務(wù)不佳受到拖累，無論是機(jī)器設(shè)備更新速度、以及人才招募訓(xùn)練上都處于保守停滯階段，也因此在主要成本、技術(shù)上都無法提升，形成惡性循環(huán)，在其他廠商擴(kuò)充產(chǎn)能或跨入高階制程時，小廠競爭力卻日減，這也是PCB產(chǎn)業(yè)中小型同業(yè)經(jīng)營狀況，未來必定會有更多家PCB廠商淡出業(yè)界，甚至造成產(chǎn)業(yè)洗牌。成熟市場主要為大型企業(yè)所盤據(jù)，若要生存，中小企業(yè)最佳經(jīng)營之道就是采取主動創(chuàng)新的攻擊策略，由持續(xù)不斷的創(chuàng)新活動上后發(fā)而先至，迎頭趕上，以強(qiáng)勢姿態(tài)爭奪新產(chǎn)品市場的成長利潤。