高密度印制电路板的投资关键－制程创新

陈志勇

（瀚宇博德科技（江阴）有限公司，江苏 江阴 214429）

很久以前， Y公司看到C公司和U公司在HDI（高密度互连）手机板赚的火热， 决定要想分一杯羹，立马决定投入相同的产品生产。Y公司很快地购入很多的新设备开始接单生产，生意搞得风风火火的。

有一天，市场上发生了一个严重的手机烧机事件，让Y公司一次性赔足前期30%的所有投资。虽然那样，Y公司仍想持续HDI领域运作，决定学习C和U公司的运作系统，强化研发产品流程及制造程序，希望能透过工序的改善重新站稳脚步。

到了最后，发现前期开厂时“产品制程创新过程”投注的不够，早已购买太多错误的设备，因为设备的先天性因素，导致产品质量及信赖度难以有效大幅提升，加上资金不厚实，最终Y公司也就以破产收尾。

上面的故事，这几年来在台湾的PCB企业屡见不鲜。许多PCB企业看到HDI新技术就心痒难耐的投入转型，没有考虑到要做技术的转换，加上没有长期的资金潜力，造成许多PCB企业终致破产的地步，佳鼎、耀文、台路、九德、雅新等等例子不胜枚举。以台资企业而言，目前于“HDI产品部分”营利较可观企业屈指可数，仅欣兴电子、华通计算机、耀华电子三家有所营利。

这几年，因为手机、平板领域的持续畅旺，穿戴式科技的前景看好，中国大陆地区电路板企业又开始对HDI的投资，前仆后继地步上类似台湾的产业轨迹，如方正、五株、博敏、中京、双赢、杰赛、世运、新兆丰等。

产品有生命周期，企业的核心产业或相关产业一定有成长到尽头的一天，因此一直保持原核心事业不是企业成长的万灵丹；要持续的获利与成长，企业创新是一个有效的方向。电子信息产业已走到“微利”困境中，加上现代科技产品的生命周期逐渐缩短，迫使科技企业对“企业创新”与“变革管理”更形重要，甚至是企业生死存亡的关键所在。

1 何谓产品的创新

“产品创新”，是对企业有形与无形的经营活动所做的任何大幅度改变，而使得企业的成长及经营绩效产生显着持续性进步的一连串思维与活动。如果依产业技术成熟度区分又可分为产品创新和制程创新两种。

（1）产品创新（Product Innovation）：在产品创新初期，由于技术的不确定性，设计原型尚未完成，因此创新者必须在产品本身进行系统上的创新。

（2）制程创新（Process Innovation）：当产品量产时，由于市场上的竞争，此时价格成为决定因素，因此必须在制程上不断寻找降低成本与提高生产力的方法。

现有HDI PCB市场中，先进科技大厂已占尽市场优势，后进厂商只能以制程创新做为整体资源能力的核心。制程创新策略是处于市场快速成长的阶段，这一阶段的创新重点在于制程与产能上的创新，企业组织运作相当程度的授权对于部门绩效的重视度要高过于内部管理制度建立。创新的焦点在于内部，在这一阶段研发与制造之间的整合十分重要，功能、速度、质量、成本都是这一阶段的竞争重心。

一家大型企业往往较困难从事根本性的创新，但如果对于市场前景较为明确的新产品，能够采取快速跟进的策略，并攫取大量的市场利润，应该是投资报酬最高的一种竞争策略。在过往台湾信息电子产业关键成功因素经验，可以归纳出关键成功因素有六项，分别为：（1）营销与产品创新能力；（2）服务支持能力；（3）成本效率能力；（4）设计与制程创新能力；（5）量产能力；（6）产品线完整能力。其中又以营销与产品创新能力；设计与制程创新能力最具关键性。

2 HDI创新过程的人员策略

高密度互连（HDI）技术，有着不可轻忽的专业性门坎，首要就是技术人才的策略方向，产品创新活动成败的关键是人的因素。在过去高密度积层技术的兴起，从日本、欧美、台湾转至于大中华区的过程，中国大陆地区的HDI产品设厂专业人才常常采用台资派系或外资派系人马。经过这数年采用派系建厂的经验却呈现非常的吊诡现象，常常无法能让HDI厂稳定而又有效的运作及营利。老板要求快速建厂，外派进来（8～20人）的派系人员，完成建厂成功后又成为掣肘之痛。因为整个派系的薪资成本太高，技术资源又怕被派系所掌握，若想移除派系，担忧整厂HDI制程设计系统有分崩离析的风险。造成近期陆资企业开始不再青睐采用派系建厂的方式，根究其原因主要是因为大型HDI厂分流出来的人员，每个人涉猎范畴都非常有限（例如C公司工程师甚至仅负责蚀刻线设备领域），这些人多无法俱备足够跨制程的系统概念，因此才会需要不同领域多人结派成系。以团队模式进行开厂，但派系人一多，因少数人员的流动，重新补上人有观念经验的差异，又开始改变制程设计，常造成无法完善一体化的HDI技术系统的转植。更严重的是制程设计系统有图形制程、干制程、湿制程分段，用多人建立的整个HDI制程设计系统的前后衔接串联性更是容易有问题。

然而，想由自己的旧有人马或其陆干技术人员建厂，却因为观念及技术力的差异，产品设立时程过长无法符合现有消费趋势的步调，以致丧失商机，甚至整体系统的架构虚弱，造成设备投资方向错误最终难以挽回。HDI建厂设备投资庞大，为了避免投资失利的问题；对于HDI制程设计方向，个人比较建议的方式是找一个HDI制程技术领域跨度大备有完整的HDI系统概念的专才，进行单一HDI制程体系的整合，在“老板的信任与授权”下，由公司内部找新进人员筹组产品开发项目运作团队。积极开放式的训练与技术转移，先有系统一体化完整的主支干，再同步繁茂枝叶及装饰，建立HDI的工序技术、文件等。如此整个制程控制系统的HDI产品成功机率会提升数倍。然而，在中国常见的民族性中，出钱的就是老大，强势主观的过度干涉与独断问题，让所谓的“老板的信任与授权”是非常的不容易达成，要知千里马难寻，伯乐却也是少之又少。因为管理策略或人事问题，或派系问题所造成的“人祸”，让关键人物的离开造成HDI投资困窘的实例不胜枚举。

3 HDI制程创新的专业性门坎

HDI产品的制程设计，技术分区是非常的繁复，以下是几大方向：

（1）精细线路的制作技术（短断路良率/阻抗控制不良/客户EMI问题……）

（2）基板材料压合应用技术（爆板分层/板弯翘……）

（3）激光钻孔技术（孔形异常/孔底残胶/激光漏接……）

（4）电镀填盲孔技术（残胶/分层/孔破/电镀蟹脚/填孔漏填率/填孔凹陷/客户焊锡空洞……）

（5）层间对位尺寸控制技术（激光漏接/通孔和地层短路/尺寸不良/客户CAF……）

（6）埋置孔制作技术（VOH塞孔凹陷/埋孔处爆板……）

（7）防焊制作技术（对偏线路侧漏/盲孔防焊漏铜/阻焊层脱落/客户连锡问题……）

（8）表面处理技术（贾凡尼效应/化金黑垫/化金镀不上/客户开路问题/焊锡性不良……）。

把将各项技术（相应质量问题）拆开来讨论非常的细琐复杂，坊间太多的文章刻意将HDI技术混杂繁复化，用错误的切片图引导读者错误的认知。例如使用LDI曝光机，采用自动对位（Auto Scale）功能的层偏切片图，来说明层间准度精确，将设备本体的对位能力，拿来说明其制程控制技术能力的优良。其实，在PCB量产过程不管使用何种设备，就PCB量产尺寸控制的逻辑上，材料本身必然有尺寸R值分布范围的问题，量产制程控制是不可能完全让层间尺寸对准的，需要应用客户设计允差空间去调整层间偏移，让生产尺寸的分堆控制极简化。

HDI的各项质量问题绝大多数是跨多个制程领域的，举例说明，盲孔电填孔质量问题，直接制程关连性是压合棕化、激光钻孔、填孔电镀。应该采用“跨制程产品整合方式”，来建立整个HDI制程设计系统才能够有效成功。

HDI制程设计的门坎高，以下从制程设备选择和设备厂家及功能的应用性方面来简单说明：

（1）图像转移部份：底片对孔曝光机有单面作业，及双面同时CCD对位曝光作业两种模式，有不需要底片的LDI直接曝光设备。

（2）压合制程部分：设备有热媒油压合系统，电热压合系统；X-Ray定位打靶有见靶Mark中心打靶，中央定距三靶打靶等模式。

（3）钻孔制程部分：CO2激光系统有三菱、日立、大族等厂家的选择性；机械钻孔有高转速或超高转速的选择性；钻孔上板定位有2PIN（机械零点）、3PIN、4PIN三种模式。

（4）电镀制程部分：除胶渣有湿式化学除胶渣、干式等离子体除胶渣；水平化学铜设备有不同机构设计选择性，化铜药水有碱性酸性两种系统；电镀设备有龙门式垂直电镀、VCP垂直连续式电镀、水平电镀三种模式，及多家选择。

（5）防焊制程部分：涂布制程有半自动印刷机、喷涂机、滚涂机各种设备；曝光机有手动人工对位曝光、半自动CCD对位曝光、全自动CCD对位曝光、分割对位曝光机、DI曝光机等的选择性。

针对HDI板不同结构的产品创新策略中，以上所提及的几个要项，光是乘幂关系3x5x8x15x8=14400就这么多条途径。要能够做到最适成本，质量优良，最终的最佳路线只有一条，有些选项错误只会影响成本投资，有些选项错误却会严重影响质量。

后面举列一些个人所知诸多台资企业因制程设计的错误造成公司出麻烦的实例。

（1）C公司于2002年生产Intel覆晶载板FC-II（单一客户），85批产品中有9批发生盲孔可靠性异常，因为 Intel 公司对其产品质量疑虑，C公司为顾及客户及维护商誉，只好将全数存货（含良率已符合要求的部分）予以报废，因此造成十个亿人民币重大损失，致使2002年～2004年连续三年公司严重的经营亏损。主要原因是覆晶载板采用ABF材料，于电镀水平除胶渣制程，设备槽内产生胶状悬浮物，因设备过滤系统无法负载而异物反进入微盲孔内，造成盲孔电镀制程的高风险。

（2）T公司建立HDI产品过程

①激光钻孔机为了产能最大化而选择单机四轴的机型，每台单机的每轴激光能量分配均匀度差，能量R值分布大，长期造成激光微孔能量偏大孔型差和能量偏低残胶未净同时存在两极端化的议题。

②机械钻孔流程，因钻孔产能压力，采2PIN钻孔操作系统，HDI尺寸分堆问题，钻孔程序输出CAM能力不足，因量产尺寸涨缩分批，未能补正机械钻孔程序旋转角设定，造成涨缩批机械钻孔和激光钻孔两者有大比例交互旋转问题，因此外层图像曝光作业困难度提升。

③因设备成本问题，一次性大量购买20条PAL垂直连续电镀设备，该设备属低涌流能力设备，药水因成本问题择取罗门哈斯需要高流量的药水系统，加上设定通盲孔共镀流程，镀铜总面铜厚度常批量性超标，因通孔存在问题采用砂带及陶瓷刷磨机械减铜，相对线路品质良率低。于2011年才开始进购亚硕高涌流VCP设备，大比例错误制程搭配已造成极大的成本压力。

T公司尚幸是采取不同厂区多角化产品策略，才能有效维持基本获利，但单论HDI厂区因有多项制程设计及设备购买错误之处，总体造成T公司HDI厂区连年亏损难以获利的现象。

（3）U集团昆山鼎鑫电子因延续Plasma干式除胶渣制程，长期陷入PCB在制板中央区除胶渣不足的质量问题。虽然U集团于2008年DOE实验确认，湿式除胶渣总体均匀性优于干式除胶渣设备以及克服微孔孔塞的能力较强，但早已投资的Plasma设备因折旧需求，延续困扰着相关质量问题。

（4）H公司2013年为减省填孔前闪镀制程，进购兴合发闪镀段和填孔段直接联机的填孔设备。因为设备水洗清洁段结构性设计错误，加上对铜离子污染会造成盲孔底垫分层相关学理的不够熟悉，建厂8年从未对微盲孔孔底分层进行相关监测，认证板TCT Test重复性盲孔底垫分离异常，难以取得大型日本客户的认证。

（5）U电子宜兰厂于2009年因为水平PTH采用酸性钯系统，酸性钯胶体分子尺寸较大，对微盲孔些许瑕疵背光覆盖性差，激光钻孔参数和化铜系统搭配不佳，造成大客户黑莓机微盲孔蟹脚孔破的重大客诉，连续3个月惩罚性抽单，因此影响该公司两季度以上的营利。

（6）G电子为开发苹果客户任意层 HDI 产品，采用高阶奥宝LDI设备，却因为对位系统设计概念的不熟悉，直接采用自动尺寸补偿高精度对位模式，造成量产尺寸分布，随着压程、批量呈现辐射状放大效应，终至于JP导电胶电测单元测试良率持续低于60%，无法因应客户小量试产认证时程需求，因此最终丧失苹果认证。大额的高阶设备投资，因制程设计能力不足，目前仅能主力生产2N2以下HDI产品。

举凡上面台资HDI企业的例证，连大型PCB企业都曾发生过相关产品设计系统上的错误，因此可见HDI产品投资于制程创新策略上的高门坎。

假设我们用任意层HDI产品来做个简单换算，假设一在制板（PNL）有四次压合与激光（iPhone 5基本构层），1PNL总激光孔数是100万个微盲孔，当有一个微盲孔发生质量问题，以总孔数算是百万分之一。但是客户是以PCB成品小片（PCS）为单位，一个微盲孔失效就等同1小片失效，如果1PNL有100小片，一个微孔造成1小片失效，将变成1%的放大效应。常见HDI工厂的制程工程师们，开口闭口都在微盲孔孔塞、激光胶渣、填孔电镀质量改善，长年在这些异常处理里面绕不出来。但是无须悲观，从大方向看，苹果、三星各厂家的高阶智能手机在世界普遍使用着，而且供货商都能持续的营利且扩大规模，这事实代表有能够越过这门坎的方法与机会。

在HDI PCB领域大家比的不只是谁做的好，更重要的是“谁错的少”。投资之初生产设备的选择，重点是要选“对”的设备，不一定要选“贵”的设备，选择的正确与否是决定该企业HDI营运的生死存亡，设备系统选择错误将是拖累质量成本重大的因素。举例来说，垂直连续电镀已达水平脉冲电镀90%以上的效能，硬件成本低50%以上，是符合HDI质量需求的高CP值设备选项；双面同时对孔对位曝光机上下底片对位精度比单面曝光机少10 μm，当做到2/N/2以上HDI产品会提高客户CAF的质量风险。建立一个让量产能够制程质量稳定、能力参数抚平均匀，能完全彻底阻绝机率风险的制程创新，这必须要有能对设备运作的学理和HDI结构质量的关联性非常熟悉的人员，才能做出最佳制程设计系统的建议。至于老板总是强势做决定或一昧地从低成本考虑设备的厂，HDI设厂投资是无法成功的。

4 企业的管理文化

企业的成长与永续绝对不只是产业、市场、技术、与产品等所能影响的因素，这些因素是动态变化且具有轨迹可循的特性，不足以让企业组织短期内消失不见。反而“人祸”从古至今皆是造成人类各种组织衰败灭亡的最大祸首，故企业更应该注意避免所谓的“人祸”产生。产品创新对企业而言是个机会，当然各种创新有其某程度的风险存在。创新的成功与否，还是需要天时、地利、人和的搭配呼应，但最重要的成功之钥是在于企业高阶领导人与全体员工的身上。

5 总结

新产品、新事业成功开发的关键因素，在于必须要由新人与新部门来推动，更重要的是需要主事者的正确心态才行。如果由成熟期事业部的旧主管与人员来主导新产品、新事业的开发时，则创新失败的风险可能非常大。创新才是PCB企业的出路，有许多小厂面临了极为严酷的考验，部份小厂受到不景气影响，财务不佳受到拖累，无论是机器设备更新速度、以及人才招募训练上都处于保守停滞阶段，也因此在主要成本、技术上都无法提升，形成恶性循环，在其他厂商扩充产能或跨入高阶制程时，小厂竞争力却日减，这也是PCB产业中小型同业经营状况，未来必定会有更多家PCB厂商淡出业界，甚至造成产业洗牌。成熟市场主要为大型企业所盘据，若要生存，中小企业最佳经营之道就是采取主动创新的攻击策略，由持续不断的创新活动上后发而先至，迎头赶上，以强势姿态争夺新产品市场的成长利润。