產業脈動

【趨勢專欄】當漲聲響起,如何維持銅箔基板未來的競爭力?

 

訊息提供:PCB Shop 更新時間:2018/01/08

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標簽: 銅礦 趨勢

 

    2017年年初,就傳來全球最大的銅礦必和必拓旗下智利Escondido銅礦工人罷工以及全球第二大銅礦印尼Grasberg礦區的出口中斷的消息。根據估計,Escondido停產20天、Grasberg出口推遲一個月,將導致全球的銅產供應量將減少大約10萬噸。無獨有偶,二月中玻纖龍頭南亞在兩岸約有6座電子級玻纖紗窯,將有1座年產3萬噸紗窯進入冷修,並預計三個月後恢復生產。另外,據傳建滔也將在6月冷修1座年產5萬噸紗窯,而台玻位在昆山3座紗窯也規劃陸續移往安徽廠,福隆玻璃纖維將冷修。自去年第四季已有內地廠商以缺貨為由,大舉調漲電子級玻纖布的報價,如今電子級玻纖紗窯冷修,預料將會更助長漲價的連鎖效應,雖然玻纖布與銅箔材料漲價可以讓多年慘澹經營的產業得以喘息,但是,海峽兩岸台廠銅箔基板供應商未來該如何因應上游材料成本的墊高,未來又該如何修正過去的經營策略,是否該藉此調漲成本之際稍做盤整,方能維持既有的競爭優勢。

一、    PCB上游關鍵材料-銅箔基板

製造PCB的過程中主要有:銅箔基板的前段製作、內層線路製作、積層壓合、通孔及外層線路製造、阻焊與表面處理等多項分工步驟。其中以銅箔基板的製造是印刷電路板之基礎、同時也是關鍵技術。銅箔基板可以利用各類材質如絕緣紙、玻璃纖維布或其他纖維材料等當補強材料,目前使用的比重最多、也是主流的材料是玻纖布,以電子級的玻纖布為首要要求,製作過程是將多層經過含浸樹脂的玻纖布亦稱樹脂生膠片或簡稱膠片(Prepreg)疊合而成,稱之為積層板,再在高溫高壓下於單面或雙面覆加銅箔而成。圖一所整理的PCB製造流程的關鍵技術可以清楚看到:玻纖布的預浸、壓合與積層是影響PCB等級與品質的關鍵。
    玻纖布的厚與薄以及層數,直接影響了銅箔基板的厚度,在一片輕薄短小的訴求中,PCB與其直接材料(也就是銅箔基板)首當其衝的被要求薄型化,因此玻纖布薄型化的供應與織造技術也一直被推進中。
    其次是預浸用的樹脂,樹脂的功能在於絕緣的效果,通常是以低介電常數/高阻燃性為訴求的標準。在智慧型手機或平板電腦等這類手持裝置中,因為需要大量的傳輸訊號,所以降低傳輸損耗是首先被要求的項目,因此用於低介電常數的樹脂需求因應而起,樹脂的配方也是各家的本領。
    第三個關鍵材料是銅箔。銅箔在CCL與FCCL的製程中是不可或缺的基本原料,近年來銅箔的應用除了PCB產業外,新興的鋰電池產業在製程中對於銅箔的需求量也在逐年增加中。

資料來源:富士經濟,工研院IEK 研究整理,201611

圖一 印刷電路板製造流程

二、    銅箔基板的市場概況

由於玻纖銅箔基板(CCL)的組成主要由玻纖布浸入環氧樹脂成為High Tg (板材玻璃轉化溫度)、或高耐熱性的低介電常數之預浸材料(Prepreg),或是具低熱膨脹係數(低CTE)、高性能的封裝基板用基材。為因應下游高階產品規格的需求,近年來CCL的規格又依下游的應用所需分為:汎用的玻纖CCL,High Tg用CCL,載板用CCL以及高頻/高速板用CCL等四大類。CCL總體的市場規模自2014年預估至2018年預估量詳如圖二所整理:其中泛用型CCL的市場需求自2014年2.54億平方米逐年擴增至2016年約2.59億平方米,預估2018年仍將有機會成長至2.63億平方米,其年複合成長率為0.90%。

由於High Tg的主要應用包括:伺服器、基地台控制板及儲存裝置,隨著物聯網、4G基地台大量建置以及巨量儲存產品高速成長,需求量逐年增加,High Tg用CCL市場需求自2014年2675萬平方米逐年擴增至2016年的2852萬平方米,預估2018年將可達2962萬平方米,年複合成長率為2.58%。

近年來應用於低介電(Low Dk/Df)、通訊等需求不斷增加,高頻/高速板用CCL市場需求自2014年770萬平方米逐年擴增至2016年的857萬平方米,預估2018年將可達895萬平方米,預估其年複合成長率將可達3.83%。

但是在載板用CCL市場需求方面卻見到自2014年的2111萬平方米逐年微幅下降至2016年的2013萬平方米,預估在2017年起方有回升的需求,並且在2018年將可達2087萬平方米。這是因為載板用CCL主要應用在IC封裝,而其中IC最大的下游需求在筆電與手機,回顧2013年至2015年筆電的市場需求疲軟,幸賴平板電腦與智慧型手機產品對於IC封裝需求仍不減,填補了筆電用IC對封裝所帶來的衰退,才讓載板用CCL市場僅僅小幅下跌,在消費者對於筆電需求消化完後或下ㄧ代換機潮來臨時,市場才有機會緩步推升,估計2014年至2018年其年複合成長率約在-2.47%。

資料來源:工研院IEK 研究整理(201702)

圖二 全球玻纖銅箔基板市場規模

三、    銅箔基板上游原材料的需求概況

1.    銅箔

銅箔基板所採用的銅箔大多為電解銅箔,ㄧ般汎用的銅箔基板(CCL)所用的銅箔厚度可以從9µm 至70µm,另外還有含IC載板、Coreless 基板用的超薄銅箔,厚度至少在5µm 或以下(2µm至5µm),並且須具有非常低的表面粗度、易撕離及優良的蝕刻性等特性。高頻/高速基板用銅箔主要規格由12µm至70μm,須具有非常低的表面粗度及高剝離強度,其介電性Dk、Df低且穩定,至於應用於大電流、散熱、車載等用途材料,包含FR-4、FR-5等銅箔基板所用的厚銅箔,其主要規格可以由105µm至210μm。如圖三所顯示:電解銅箔在硬板的應用比重是最大、也是主力,電解銅箔的市場規模,於2014年時約有36.8萬噸,預估到了2018年時將可達39.1萬噸,年複合成長率(CAGR)為1.5%。

在軟性銅箔基板(FCCL)製作所需要用銅箔主要規格由9µm至70μm其要求必須具良好蝕刻性和優異的撓曲加工性以及超低表面粗度和高接合強度。應用在軟板的電解銅箔市場規模,於2014年時約有9,600噸,預估到了2018年時將可達10,530噸,其年複合成長率為2.3%。


鋰離子電池用銅箔主要應用在電池的負極材料,其規格由 6µm至10μm,電池用電極箔對銅箔要求須兩面光亮且平整,表面張力高,碳粉附著性佳等特性,由於電池下游的電動車應用市場快速擴張,促使電池供應商對於鋰電池用電極箔的需求快速增加,在2014年時市場需求量約有37200噸,預估到了2018年時將可達66480噸,其年複合成長率為15.6%。
    又由於生產銅箔基板用銅箔的工序較鋰電池電極用的銅箔製程工序來得困難且要求嚴格,對銅箔供應商而言,雖然沒有減產,但對於同時應付大量訂單時,也會影響其出貨的速度,在需求大於供給的態勢下,要解決供貨的瓶頸只有增加製造成本,這也就是造成2016年銅箔售價自年初開始逐漸攀升的主要因素。電解銅箔上游的原物料是電線或銅線,與銅礦的來源並無直接關係,雖然倫敦金屬交易所(LME)顯示10月平均銅價每噸4,732美元,11月躍增約為5,443美元,漲幅15.03%(見圖四),但對於今年2月礦廠罷工事件的干擾,也沒有時間對價關係,對於CCL供應商的成本考量不致於有立即反應的必要性了。
    早年應用在繪圖機或光碟讀取機的機構,因為需要頻繁的動作,軟板所使用的銅箔是屬於壓延銅箔,現今因為下游手機內線路設計與電信功能大多在靜態環境下傳達所需的訊號,因此大部分軟板所採用的銅箔有一部份已被電解銅箔所取代,但近年來沉寂多年的壓延銅箔的市場又因手機新功能的設計再度甦醒,加上穿戴式等新興應用產品的發展,逐漸造成對於壓延銅箔的需求又開始增加,應用在軟板用的壓延銅箔主要有9μm 、12μm 與18μm ,以及高可撓性、高抗熱性和高強度的35μm,新的功能設計促使壓延銅箔在市場需求的規模再度緩步爬升,2014年壓延銅箔的市場需求約有3838萬平方米,預估到了2018年需求可達5304萬平方米,年複合成長率(CAGR)為8.4%。

資料來源:工研院IEK整理 (2017/02)
圖三 全球銅箔的成長需求與預估

資料來源:工研院IEK整理 (2017/03)

圖四 近ㄧ年的銅價走勢圖

 

2.玻纖布

    電子級玻纖布主要供應印刷電路板的生產,兩者互為依存,因此彼此影響景氣的脈動,2016年漲價的原材料不僅僅是銅箔,眼見國外銅箔基板大廠也隨之調漲售價,國內玻纖布供應商也在2016年的第三季初開始喊漲。從圖五的統計看到全球玻纖布整體產量超過13億米,2014年由於下游換機潮來臨以及平板電腦的需求達高峰,促使PCB的需求增加,帶動玻纖布需求增加達13.8億米的高峰量,到了2015年全球經濟成長表現不如預期,以往經濟高速成長的新興市場也面臨轉型成長的瓶頸,FC-BGA、Any layer等基板需求減少,中高位單價的玻纖布出貨量減少,致使2015年的市場規模縮小。2015年至2016年的產量大約在13.3億米, 2016年上半年經濟成長仍疲軟,PCB產業直至第三、四季才見緩步回升,而材料產品出貨的反應通常比下游組裝用的中間物料提早ㄧ季,雖然台廠玻纖布供應商在第三季開始漲價,由於上半年出貨量還不見起色,暫估2016年的總產量與2015年相當,但是在新的終端產品應用與新產品對薄玻纖布規格的需求帶動下,預估至2018年玻纖布的需求與產量將有機會增加至13.6億米。


    玻纖布的平均單價ㄧ直以來大約都在每米1.2美元,2015年甚至掉到1.18美元,直至2016年才漲至1.3美元。

資料來源:工研院IEK整理 (2017/03)

圖五 全球玻纖布市場需求統計


歷年來7628與2116規格的玻纖布一直是主力產品,比重分別維持在60%與17%的規模(如圖六), 2016年下游對於7628規格布的需求約有8.03億米,對於2116規格布的需求約有2.22億米,1080規格布需求大約維持在1.5億米上下,1067以及1067以下規格的薄玻纖布需求大約維持在1.46~1.48億米之間;自2012年起1067以及1067以下規格的薄玻纖布種出貨開始大幅提升,並逐年增加中,隨著下游終端產品輕薄短小的需求趨勢對於PCB產品的薄型化亦不斷被要求,相對的CCL市場對薄玻纖布的需求趨勢應運而生。其中1067以下規格是應用在Any layer板的主力,未來除了原有手持式裝置應用市場還有成長的空間外,應用在車載系統的市場亦將逐漸擴大,但是規格產品認證時間較長,市場的需求是否立即明顯仍需持續觀察。

資料來源:工研院IEK整理 (2017/03)  圖六 玻纖布市場規格需求統計

四、    未來需求方向

2016年全球PCB總體市場規模大約為569億美元,比起2015年衰退了4%,其中高附加價質與高品質規格的PCB包括IC載板、多高層板、高密度板,其市場規模總計約為145億美元,比起2015年的133億美元卻增加了9.2%,其自2014年至2018年預估成長如圖七所整理。比重占最多者為高密度印刷線路板也就是所謂的高密度積層板 (Build up 板),2016年Base Type的高密度積層板與 Any Layer的高密度積層板兩者合計市場規模約有81.5億美元,隨著手機的輕、薄、小型化與多功能化,對智慧型手機用PCB不斷提出更高要求,預估2017年將可達90億美元的規模。其次是 IC載板,2016年FC-BGA與FC-CSP的市場規模加總約有49.1億美元,隨著先進構裝的發展至今已見少數構裝產品將轉往以矽晶圓當基材的FO-WLP封裝,後續仍待觀察,但預估2017年兩者市場還能維持在50.9億美元的規模,其中FC-CSP載板的市場將有可能減少0.7%,來到18.3億美元,甚至更少。多高層板(定義在18層以上銅箔基板)主要的應用在於基地台或高頻通訊的設備,基本要求是在銅箔基板材料具更少的傳輸損耗,這幾年由於通訊系統不斷發展,基地台的增建與交換機的需求對於多高層板的市場亦逐步擴張,2016年其市場規模大約為14.5美元,預估2017年將達15.3億美元。

資料來源:工研院IEK整理,201702

圖七  高質化PCB的應用市場

隨著細線路與薄型化的要求,目前積層板系列最細的線寬/線距為40/40 μm,2016年已出現 30/30 μm 的產品,為因應薄型化/小型化的要求,以減成法製程的線寬/線距必朝向更精細發展,但技術上似乎已是極限,預期將加速改採半加成法製程進入市場。根據了解,台灣的板廠仍採減成法發展小型化,其是否仍具競爭力需要持續觀察。又因為手機的薄型化要求,用來當作手機主機板的Any Layer 型積層板,10層已達0.6mm的厚度, 而Base Type型積層板的10層板總計0.65mm,也已堪稱是尖端產品,接下來,0.5mm被視為產品的基本要求,相對的銅箔基板甚至銅箔與玻纖布也同時被要求更薄的規格。

應用在電信設備之多高層板,因為有大量訊號在基板傳輸,需要更少的傳輸損耗材料。業界多以Rogers公司所供應的氟樹酯為主要材料,因其具有優良的低介電常數(Low Dk)與低介電損耗(Low Df),但因高層高速板要求較嚴,且成本高,市場漸漸採用松下的“Megtron”系列材料,且比重提高。多高層板在1GHz頻段時,介電常數(Dk 值)達3,介質損耗 (Df) 為0.001以下,目前上游玻纖布供應商正在開發的“NE玻纖布”有希望通過驗證。一般而言,高多層板的發展需要兩年的認證時程,雖然上述規格目前應該是極限,但就更長遠來看,線寬/線距變窄,每一層厚度變更薄也仍是趨勢。

五、       材料產業的佈局

漲價的連鎖效應,雖然可以讓玻纖布與銅箔材料供應商可以讓多年慘澹經營的產業得以喘息,但也是修正經營策略的良機。發展高附加價質的PCB是必走的趨勢,包括:高頻高速用印刷電路板、高耐熱性能板以及半導體封裝用基板(IC載板)等。

由於下世代電子應用主要以高頻無線輕薄為訴求,雖然封裝技術與製程不斷在改進,但是半導體封裝用載板仍扮演重要角色,為預防載板在封裝製程中發生翹曲現象,膨脹係數(CTE)被要求越來越低,其中銅箔基板的膨脹係數為封裝載板的關鍵。玻纖布的厚度與銅箔壓合用的樹酯,與介電常數的控制,關鍵製程以及材料的穩定性等,都是值得注意的重點。根據報導:國際先進大廠所發佈的線膨脹係數為1.0ppm的銅箔基板已是最先進的規格,但2016年仍要求再降低,目前只有 T-glass規格的玻纖布通過測試並成為主流材料。高頻高速用印刷電路板是智慧家電、智慧車輛與智慧聯網等未來主流應用系統不可或缺的元件,高多層電路板更被要求具有低介電常數(Low Dk)與低介電損耗(Low Df)是入門的基本條件,而銅箔基板更為製造高速基板的關鍵材料。目前已有E-glass 與 NE-glass規格之玻纖布用於高速銅箔基板,要求其介電常數在3.0以下,介質損耗在0.001以下,此規格的出現對材料供應商將更具挑戰性,但也是追求的目標。

 

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台灣電路版協會(TPCA) 服務專員 陳致宇 Alvin ✉:alvin@tpca.org.tw 
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