勀傑科技 整理
引言
在 5G 時代，我們的生活與科技息息相關，電子產品的好壞直接關係到我們日常的便利與體驗品質。其中，印刷電路板（PCB）的角色愈發關鍵，成為支撐現代科技潮流不可或缺的元件。在這場科技變革的浪潮中，台灣以 PCB 產業嶄露頭角，在全球 PCB 市占高達 32.8%，擁有相當完整的產業鏈。
PCB 不僅是電子產品的神經中樞，更在 5G 時代發揮關鍵作用。其高度導電性和可靠性，是現代通信設備如智能手機、無線網絡等必不可少的組成部分。在這個全球互聯的時代，台灣的 PCB 製造商們不僅具有強大的生產能力，更以技術創新和敏銳的市場洞察力贏得國際競爭中的制高點。
本文將介紹PCB產業現況及瓶頸，以及如何在5G精細化趨勢下，藉由提升PCB切片分析檢測技術、增進產業競爭力。
PCB-電路板是什麼？
印刷電路板（Printed circuit board，PCB）又稱印刷線路板或印製電路板，是組裝電子零件需要使用的基底板材。透過板子上不同的金屬銅箔線路互相連接，導通到各層設計過的相關零組件，使得電子產品得以有效運作，因此又被稱為「電子產品之母」。
在 PCB 問世之前，電子產品零件都是透過電線來連接電路，為了簡化製造過程並節省成本，開始有人以銅箔取代原有電線連接，採用印刷方式在基板上製作電路，有效提高生產效率。隨著電子產品尺寸微縮和精細化的趨勢，現在多數電路板使用覆蓋蝕刻阻劑，經曝光顯影後，藉由蝕刻去除不需要的銅箔，製作出更精密的 PCB 電路板。
PCB 電路板的材質包括電木板、玻璃纖維和各類塑膠板，製造商通常使用玻璃纖維不織物和環氧樹脂組成的絕緣預浸漬材料，再以銅箔壓製成銅箔基板。
常見PCB 電路板類型：
PCB-硬板
Rigid PCB（簡稱 RPCB），是一種硬的塑膠板，再將銅導線製作在電路板上，最大的特色是「不可活動」。在電腦內部零件結構中，硬板一般指的是電腦主機板等主要基板，大多數情況下，提到印刷電路板或PCB通常也是指硬板。硬板又可依照層數來做分類，像是單層板、雙層板與多層板，當電子產品的功能設計越複雜，電路板的迴路距離越長、接腳越多的時候，所需的 PCB 層數也會越多。
PCB-軟板
FPC（Flexible Printed Circuit），又可稱為 Flexible PCB，是柔性的材料，通常以 PI 為基材，較薄且可以隨意彎曲或凹折，因此被廣泛作為連接零組件的板。依據所使用的材料不同，軟板又可分為 PI、MPI、LCP 三種類型。由於無法適應演進快速的高科技，PI 材料已幾乎被淘汰，而 MPI 則以高性價比而被廣泛採用，因此目前的中低頻產品多採用 MPI，高頻產品則常使用 LCP，滿足電子產品小型化的趨勢。
IC 載板
IC 載板（或稱 IC 基板）的主要功能是做為承載 IC 的載體使用，並以 IC 載板內部線路連接晶片與 PCB 之間的訊號，主要為保護電路、固定線路與導散餘熱，是封裝製程中的關鍵零件。隨著目前科技發展對於傳輸速率與訊號干擾等功能需求提高，晶圓製程進步快速，對於 IC 載板的需求也逐漸增加。
PCB 切片分析是什麼
切片分析技術在 PCB 行業中是常見的分析方法之一，這是一種對印刷電路板進行微觀結構分析的精密技術。它的主要目的在於深入觀察 PCB 的內部結構，了解其電子元件的配置和連接方式，以及潛在的製程缺陷。這項技術的重要性不僅是在確保產品品質以及如何提升產品性能，更在於協助 PCB 製造商優化製程並改進產品設計。
PCB 切片分析操作原理
切片分析實驗通常會將檢驗樣品表面經研磨抛光，或者使用化學抛光、電化學抛光等方法，使其達到無划痕光滑的鏡面效果。接著，利用特定的腐蝕液進行腐蝕，不同的物質或是同一物質在不同方向上會有不同的腐蝕程度，呈現出各種不同的特徵，形成各向異性（anisotropy）的現象。最後，使用電子顯微鏡等儀器進行觀察，獲得更加詳盡和高解析度的結構資訊。
PCB 切片分析方法
在切片分析中，常見的分類方式有縱切片（Vertical Section）和水平切片（Horizontal Section）。縱切片是指沿著垂直方向切割 PCB，這樣可以測量不同層次的厚度，並清楚展現各層之間的電子元件和連接是否正常；水平切片則是沿著水平方向，一層一層進行切割，可用以觀察 PCB 各層次內部的連接和電路結構。
透過 PCB 切片分析，可以更深入了解 PCB 的微觀結構、解析其性能特點，進一步提升電子產品的品質、可靠性與耐用性。
PCB 切片分析必備觀測工具：顯微鏡
光學顯微鏡為常見的PCB切片分析檢測工具，主要用於觀測樣品的整體結構、焊點、印刷線路等基本分析。而當有金屬層微觀結構和相變的深入分析需求時，則可能使用到金相顯微鏡。
光學顯微鏡可看倍率約為10-2000倍，若是需看更微小的樣品，就需用到更進階的設備，如：掃描式電子顯微鏡 (SEM)。
PCB-電路板的產業現況
PCB 電路板產業的困境
2023年後，PCB產業面臨著諸多挑戰。除了後疫情時代的市場還需要時間復甦，充滿不確定性，東南亞地區的低成本勞動力競爭力，也使廠商必須新評估製造成本，尋求提升競爭力的策略。除此之外，舊有的生產設備在面對市場需求的多樣性和技術進步的同時，已逐漸顯露出分析能力不足的問題。
其中，光學顯微鏡及其他僅能進行表面分析的設備，已難以應對日益複雜的電路板微觀結構分析需求。為了提升產業競爭力，PCB 製造商迫切需要跟進新技術，特別是在微觀層面的精密分析上，必須引進更先進的工具，例如高解析的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）。不僅能有效解決表面分析的不足，更能提供高度精確的微觀分析，為製程優化和品質控制提供更全面的支援。
PCB 電路板市場趨勢
隨著數據需求的快速增長，PCB 市場正迎來一波新的趨勢，高速數據傳輸成為一個主要驅動力；科技的不斷進步促使設備變得更小型化，這對PCB的製造提出了更高的要求；而近年來環保意識的提高使得無鉛製程成為新的標準，高密度互連技術的發展則在實現更複雜電路佈局的同時，縮小了電子設備的整體體積。
這些市場趨勢的崛起，迫使 PCB 廠商進行技術和製程上的不斷創新，以滿足客戶對更高性能、更小型化、更環保的電子產品的需求。
台灣 PCB 電路板產業的轉機
在面臨大環境低迷、淨零排碳的環保需求、以及南向佈局等跳戰，台灣 PCB 產業也逐漸找到其產業轉機。高階產品的需求不斷提高，像是 5G 通訊的快速發展，可以帶動市場對高速數據傳輸能力的需求，使 PCB 廠商有許多機會參與發展，而為了因應淨零排碳的要求，汽車產業的電子化趨勢與醫療電子產品的普及也為 PCB 產業開啟了新的商機，使其在不斷變化的市場中找到了轉機的契機。
透過積極參與高階應用領域，台灣 PCB 產業有望在轉型中找到新的發展方向，實現更全面、穩健的發展。
PCB 切片分析檢測利器——桌上型掃描式電子顯微鏡
如上所述，電子元件不斷精緻化，PCB（印刷電路板）的微觀結構分析變得愈發複雜，傳統的表面分析工具已難以滿足需求，若是要競爭微型化趨勢的PCB市場就需添購設備來提升競爭力。然而，實際上的應用差異大嗎？如果添購設備又要做什麼準備？掃描式電子顯微鏡使用門檻高嗎？這些問題讓人望之卻步。
掃描式電子顯微鏡在PCB檢測應用上與光學顯微鏡的差異
SEM掃描式電子顯微鏡是利用電子束對樣品進行掃描，透過反射、散射等信號獲得影像。相較於傳統光學顯微鏡，SEM 擁有較高的解析度，能夠觀看微奈米級的樣品，以進行表面形貌分析，同時還能結合EDS功能分析元素組成，滿足微型PCB不論是量產前檢測或失效分析，都能獲得更全面精準的檢測結果。
舉例來說，以同樣的樣品做PCB缺陷分析，光學顯微鏡僅能看出較表面的裂痕或孔洞，但若是需要深入到觀察晶粒的程度，除了在樣品製備上，會需要使用ion milling 拋光避免機械研磨刮傷及髒汙以讓晶粒更加顯著外，也必須使用SEM這類高階電子顯微鏡才能精確分析。
高解析影像、低使用門檻的桌上型掃描式電子顯微鏡
傳統落地款電子顯微鏡需要較高的操作技術，因此使用者需經過冗長培訓才能使用設備。同時因其體積龐大，需要較大的實驗室空間來安置，在安裝前還需評估環境條件是否符合設備的規定範圍內。從設備、人員到維護成本都相對高。
近年來桌上型掃描式電子顯微鏡的崛起，解決了傳統落地款電子顯微鏡在使用上的高門檻問題。除了僅需一張桌子空間即可放置的優點，內建光學導航系統及直覺性的UI介面，讓使用者只需花費簡短時間就能學會操作SEM。
| 光學顯微鏡 | 桌上型掃描式電子顯微鏡(Phenom系列) | |
| 原理 | 透過可見光成像 | 透過電子束成像 |
| 解析度 | 最高約200nm | 最高約3 nm (使用BSD) |
| 放大倍率 | 10～2000倍 | 數萬倍-百萬倍 |
| 使用優點 | 門檻低、易上手 | 需約30分鐘的培訓 |
| 應用 | 表面結構 (微奈米等級如：晶粒無法觀測) | •微奈米程度的表面結構 •搭配EDS可做元素分析 |
| 成本 | 設備及維護成本皆較低 | 相較於光學高，維護上比落地款單純 |
桌上型掃描式電子顯微鏡為PCB產業轉型開啟新的契機，提供的高解析度影像既能檢測出如5G通信產業這類高密度PCB的細微結構缺陷，同時也滿足使用上的方便性。
如果您對於掃描式電子顯微鏡(SEM) 在PCB產業上的應用有興趣
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