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探讨前沿技术
  2023-01-17      

文章来源:PCB007中文线上杂志

我最近参观了在俄勒冈州比弗顿的MKS工厂,采访了Todd Templeton、Chris Ryder、Kyle Baker和Martin Orrick。值得注意的是,MKS在2019年收购了ESI,并保留了ESI品牌。在这次采访中,他们介绍了MKS采用HDI和UHDI技术的方法、基础材料的现状,以及前沿技术的未来发展趋势。  

Nolan Johnson:Todd,目前的市场发展趋势是什么,客户有什么动态?有哪些挑战?

Todd Templeton:提到HDI,行业发生了有史以来很大的变化,即更多的投资进入了IC载板领域。2019年我们推出了主要针对HDI市场的Geode™钻孔系统。从那以后,我们经常听到客户说“这个系统很好,但贵公司能开发针对IC载板的设备吗?”因此我们关注ABF(Ajinomoto积成膜)载板,并加大投资以满足客户的需求。

Chris Ryder:我们将Geode CO2钻孔系统扩展到IC载板领域,结果证明它是可以适用于广泛应用的极佳模块化平台,可以很好适应各种刚性面板产品。目前Geode钻孔系统已经有了相当广泛的应用,从标准的商用HDI产品到mSAP和SLP载板,但这些都是覆铜板材料。因此我们制定了扩展FCBGA市场的未来计划,一直在为该市场开发和调整平台,以适应额外的ABF特有结构。

需要明确的是,我们通过高端Geode钻孔系统配置为部分基于ABF的市场提供服务,但仍需更具体地关注该产品的范围和细分市场。随着发展我们会分享更多的信息。

Johnson:你是否发现全球范围的投资意愿都增强了?

Templeton:是的,到处都是这种情况,不局限于地区。正如Chris所说,我们有针对HDI和mSAP市场的稳定产品平台,但客户表示“在IC载板方面的投资越来越多,你们有相应的解决方案吗?”通过对系统架构进行一些小的调整,可以拥有在该领域极具竞争力的产品,这一需求推动了我们在刚性板领域的开发和关注。对于挠性PCB,我们有多种方式来支撑对产品的需求。

Johnson:疫情开始时你认为这些应用将成为主流,现在是否发生了变化?

Templeton:有改变吗?最初主要是由5G驱动,要确保每件产品都有正确的元器件,比如天线、间隔站等。我认为现在情况没有太多变化。

Ryder:疫情导致对高功率、高性能计算(high-performance computing ,HPC)产生了更多的需求。这无疑是FCBGA和ABF快速发展的推动因素。疫情之前该市场就开始发展了,但自那之后,焦点有所增长,需求也在加速发展。

Johnson:还有基于云的数据中心和核心信息流内容?

Ryder:是的。过去几年,服务器、HPC和数据中心需求一直在上升。另一方面,客户对所投资的技术以及投资的时机变得更加谨慎,这在一定程度上改变了过去十多年采用新技术的速度。

Johnson:这似乎意味着经济正在放缓并趋于保守。

Ryder:不一定。制造商希望能够对目前的市场趋势做出更迅速的反应,而不是对长期趋势进行猜测。例如客户希望缩短设备的交付周期,以便在产品整合、产品实施和上市方面做出更及时的决策。在行业的某些领域,通过及时响应这些需求我们取得了一些成功。当客户决定启动项目时,他们无法接受购买制造工具需要一年的交付周期。因此敏捷性将有益于我们。

Johnson:部分市场显示我们正处于从电路板制造到组装的激进投资边缘。在过度优化供应链方面,我们吸取了很多教训。

Ryder:我认为最近东南亚和北美地区业务和发展的增长对公司和团队来说是非常积极的促进。

Templeton:这一趋势确实有些逆转,美国和欧洲在这方面的投资更多。以前这并不是受到重视的选项。

Ryder:例如,我们的钻孔系统与北美PCB制造市场的相关性越来越强;老实说这不是开发该工具时的核心关注点。美国PCB市场的技术范围不同于亚洲市场,对此我们在技术开发方面有了新的焦点和区域投资,我们很自豪能够进军美国PCB市场。

Johnson:北美和欧洲地区的优势是更模块化和适应性更强。但亚洲就不是这样了,亚洲已经优化了全面生产。这为公司在北美的扩张奠定了基础。你发现这种情况了吗?

Ryder:我们发现了一些迹象,有一些标示性投资。例如我们最近成为了TTM的战略合作伙伴和供应商。目前我们没有看到较大的扩张,但重新关注点显然是卓越制造。我们会看到它的发展方向。《CHIPS法案》是朝着正确方向迈出的一步,但它也是供应链上的三四步。它开始考虑半导体采购问题,但没有直接考虑PCB、载板和封装技术的采购问题。或许我们会看到,在这些细分市场上的一些国内投资将从半导体繁荣中剥离出来。

Johnson:根据你所看到的行业活动,北美公司在投资什么类型的设施?是否有更多未开发地区的机会?

Ryder:我没有看到新建很多未开发区,但这并不是说没有。

Johnson:那么这些公司正在调整和更新现有设施吗?

Kyle Baker:基本上是这样的,尽管规模比我们从亚洲客户那里看到的要小。

Johnson:当考虑HDI,尤其是UHDI中的特征尺寸和公差时,在异构集成方面有很多工作要做,使这些组件和部件相互配合。我们开始缩小尺寸,类似于半导体行业在洁净室制造的尺寸。

Templeton:我们发现工厂环境的清洁度和控制越来越关键,尤其是对我们的系统来说。当然,随着面板通孔和密度的增加,系统、环境、温度控制和湿度控制的公差将更加严格。这一切都在发挥作用。

Johnson:还有载板本身。

Ryder:钻孔对系统清洁度的需求一直存在,但凡事都有两面性。有来自车间清洁度的因素,还有系统本身的因素。这是两种不同的需求。在美国PCB制造业中,我们目前没有看到任何不匹配的清洁度公差。但随着特征越来越小,需要更多地关注客户设备。外部因素,如空气质量和温度完整性,对系统能否有效运行起着重要作用。对我们而言,需要与当前和未来的客户密切合作,以确保无论是系统内部还是外部,都有最佳的条件来实现所要求的小型化。

Johnson:似乎即将有更清洁的新工厂,专门从事UHDI和HDI生产。

Ryder:我不是说高端产品不应该有更严格的公差。归根结底,这是一个经济问题,高端领域需要的投资可能还不能完全适应目前PCB和载板市场。

Johnson:我不知道PCB在经济上与半导体有多大区别,但半导体的高性能驱动了工厂对PCB的多数要求,PCB是一种低成本产品。对此贵公司如何削减成本?如何在最低限度的前提下保持盈利?

Ryder:可以肯定的是,这是一种方法的转变,而答案部分是基于更多部门间的合作。我们发现,系统设计层面或产品设计层面的交互越来越多。仅仅需要一个可以钻X个通孔的系统已经不那么容易了,无论是从软件自动化的角度,还是从实际面板装载的角度,或者从产品清洁度的角度来看,微观/宏观环境对产能和质量的要求都开始相互影响。

为了更高效、更可持续、更经济地生产,需要某种意义上的共同开发。

Templeton:我们也听到了更多关于自动化需求的信息。过去在半导体行业,所有东西都是手动移动的,接着是前开腔体(front opening universal pods,简称FOUP)、前开式运输盒( front opening shipping box ,简称FOSB)、高架升降机。PCB行业正朝着该趋势发展,使面板处理装置自动化,使工艺之间的移动自动化。

Johnson:贵公司的设备如何应对这种情况?设计的关注点有哪些变化?疫情暴发后,出现了一定程度的变化。我们在人员配备方面,尤其是后备人员配备存在严重的问题。因此推动了制造商实现更多的自动化,以便集中现有的员工专注于擅长的工作。弄清楚这一点,特别是在PCB制造工厂方面,一直是特别棘手的问题。

在美国新罕布什尔州有一家名为GreenSource的工厂,拥有一个完全成熟的、直到层压工艺的一站式制程。他们建立了全自动化的批量生产系统,批量可为1块面板。该系统甚至会泵出化学药水,冲洗槽,并为下一块板添加新的化学药水。系统以传送带的方式运行,已经证明了可以做到。这并不是一项巨大的投资,当然不能与半导体工厂相比,但在此之前,还没有公司真正实现这种级别的自动化。它是如何将实现自动化生产的?

Martin Orrick:我们现在看到的自动化挑战与疫情前没有太大区别。如果你审视我们的设备,并将其分为刚性环境和FPC环境,可以肯定地说,99.9%的刚性应用都需要某种程度的自动化,即从输入设备提升面板(无论是叠层、磁带、叠层面板),还是使用工具进行处理,并将其放入类似的输出设备和容纳盒。HDI领域可能有一两个可以手动加载的小应用,但很少。

在FPC领域,我们的工具被销售到各个领域。任何从事大批量生产的企业,比如手机的FPC,都倾向于运行自动化的卷对卷解决方案。要么是250~260毫米宽的卷材,要么是500~520毫米宽的卷材。他们投入生产的部件批量非常大,以至于这是他们唯一生产的部件;即他们只生产这种部件。FPC领域也有一些工具用于非卷对卷的情况。通常这是在小批量、快捷生产应用中,其中可能并不需要自动化。

直到近期,我们销往北美和欧洲的大多数工具都还没实现自动化,只是手动装载,因为它们的生产批量小。但总的来说,在整个FPC领域,自动化与非自动化工具的比例可能为六四开。随着FPC技术的发展,我们会在FPC领域看到更多的自动化。

Johnson:我相信,找到针对多品种生产实现自动化的方法也是有压力的。这一领域是什么状况?

Ryder:在刚性板方面,我们的系统设计目标是适应任何可实现的自动化工序。我们有很好的第三方合作伙伴来设计和构建自动化系统。我们有标准的产品装载机,具有不同的配置。如果客户有特殊需求,适应他们的技术规范要求是简单的过程。

目前越来越多人选择自动导向搬运车(Automated Guided Vehicles,简称AGV)。有些公司使用AGV在制造过程中转运面板。我们可以简单地设计端口,使面板进入到系统中进行加工。只需要具有灵活设计概念的系统,在侧面的装载/卸载端口,以及能够管控各种加载方案之间连接的软件协议。

Orrick:我们的系统设计始终具有自动化功能。电气接口、机械接口和软件接口的标准一直是我们愿意与第三方供应商共享协议的组成部分。因为主要发展趋势是由大型制造商推动的,我们与这些公司合作开发自动化解决方案,其他一切都会迎刃而解。

Johnson:你们如何实现整套解决方案?

Templeton:我们处在更广泛过程的关键点,我们要问“谁是实现这个过程的合适人选?如何与之连接?如何实现这一目标?”而且,我了解MKS能够提出更全面的解决方案,所以会问客户需要什么样的终端产品。

Johnson:你认为贵公司产品将向何处发展?你们的目标是什么?

Ryder:有一些非常有趣的基材开发正在进行中。我知道Martin正在与各种技术联盟及组织密切合作,涵盖了从玻纤到高度工程化树脂系统/非覆箔材料/陶瓷的各个领域。你永远不知道一个产品会有哪些概念,并需要哪些特定的材料,但很明显,我们关注所有流行的材料和产品。

此外我们完成了对Atotech的收购,Atotech是PCB行业工艺化学药水、设备、软件、服务以及半导体IC封装、表面涂层方面的全球领导者。MKS和Atotech的结合有望拓宽生产能力,为客户提供更快、更好的解决方案。我们相信MKS和Atotech专业技能的结合将使MKS在优化InterconnectSM方面处于特有的位置,InterconnectSM是下一代高阶电子产品的重要支撑点,代表着小型化和复杂性的下一前沿技术。

此外,我们看到PCB和IC载板制造工艺之间的界限越来越模糊。材料、化学药水和设计规则相互交织,适应变化的能力决定了成功的机会。因此我们将继续开发激光/材料专业技能以及系统的能力,以应对一般小型化发展趋势。

Johnson:是什么推动了新材料的发展?

Orrick:以5G为例。现在的移动频率范围是以前基础材料不能实现的工作范围。以前工作的频段是3~4 GHz,现在已经升到6 GHz以下了,毫米波进入20~40 GHz频带。此前汽车雷达在30 GHz范围内,然后上升到77 GHz。现在汽车行业正在研究100 GHz的频段以提高性能。如果要实现高性能计算和不断增加带宽,就需要高速、低损耗材料。我们在整个行业中都发现了这一趋势。

在用于HPC环境的FC-BGA载板中,传统的ABF系列材料会变得更薄,需要调整基材以获得所需的Dk和Df特性。LCP作为一种众所周知的材料已经使用了二三十年,但投入到大批量应用中却是不划算的。将其应用于移动设备中并不会更具成本效益,但将其应用到更广泛的产品中则会增加产量,从而降低成本。未来几年,我们将在高频应用中看到更多含氟聚合物。很多技术已在开发中,但目前只局限于低产量的航空电子设备或军用设备。

Johnson:非常感谢贵公司的盛情款待。

Orrick:谢谢。很高兴见到你。

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