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實例認識現代產業的複雜,及如何牽動經濟(1):製程的複雜

閱讀時間約 7 分鐘
製作航空引擎的工廠。D. Napier & Son Ltd, 'Aero Engine in the Making', England, circa 1918. Photo by Museums Victoria on Unsplash

前言

這個系列要談幾個主題,主要是要讓「非產業界」的人,了解現代產業的複雜,以及相關製程對環境的影響,受眾設定是非工科的人,以文法商組,且沒有在產業界,特別是傳產這一塊的為對象,希望這些朋友在談產業的去留,或是討論各種優惠與補貼,以及環保衛生政策的時候,能夠有更進一步的認識。
所以應該要怎麼開始?筆者個人認為,區分成幾個子項目比較好,像是產業界的製程介紹,挑一個案例大致瀏覽跟解釋,讓沒概念的人可以在幾篇之內,了解現代產業鏈的複雜程度。以及各家廠商的粗略列舉,主要廠商的位置,跟物流的關係。或是大致提相關產業的分類與就業狀況,儘量以概況讓人了解實務。
這系列的目的,不是要寫工具書,想知道的人請花幾千塊,買幾本製程的書就可以整理。筆者只是想要讓非產業界的人,能夠在指出政策問題時,具有較廣泛的視野,或是讓業界的人可以稍微看一下外面的連結。

我們在談產業界的時候,指的都非常廣泛,讓大家在討論的時候很難聚焦,常常各說各的調,光是科技業跟傳產的定義就可以戰翻天。但真的要說,定義還是很重要,只不過想明確定義非常難,至少就筆者的個人經驗,一般人指科技業,說的是以竹科等IC產業(積體電路 Integrated Circuit)為主,傳產說的是PCB(印刷電路板Printed Circuit Board)。兩者都是電子業,不過一個越走越小,另一個變成現代3C產業的基礎。
其實從這邊延伸出去,筆者也常遇到把發電機製作當作傳產,太陽能或是風力發電當成科技業的。但要說以代工分類,台灣的科技代工跟傳產代工,說真的有差嗎?所以筆者的感覺,一般人的印象應該是指有沒有符合ISO 9000、ISO 9001,與人閒聊的結果,有符合品質標準規範的工廠,在外看來就會被當成科技業,不符合的中小型代工廠就會被當成傳產。不過嘛,筆者在學校的見聞是,也有老師完全不知道鐵工廠跟電鍍廠很多也通過ISO。
總之,我們很難這樣去區分,因為每個人都有一個心中的標準,學術界有一個佔工業比例的指標,不過筆者個人經驗,民眾好像都是用生活經驗來看。不管你用哪一種區分,請記得產業界的業者本身不會特意去分別

電腦手機裡的主機板怎麼來的?

筆者用促成台灣經濟奇蹟的電路板產業當標準,因為有些代工廠是從很小家開始,一路做到上市,而且台灣的產業鏈算完整,也有分工極細的代工業,很適合拿來做為解釋的例子。當然,PCB製程的敘述網路上很多,有興趣的人可以自行參閱,筆者儘量簡化,讓非相關行業的人也看得懂。設定的知識背景大概是國中理化的程度,就算沒學好,翻一翻小孩課本大概也可以回神的程度。
這已經是經過簡化的,先給讀者看個大概
打開你家電腦主機殼,應該會看到好幾塊電路板,顏色有綠有藍也有紅,上面很多電子零件,還有一堆排線。這些現代3C產業的基礎,就是印刷電路板(PCB),歷史可以上網找,台灣作為美日安排的生產基地,從70年代開始為台灣賺取大量外匯,創造經濟奇蹟,替現在40歲以上的人賺到大學學費。但你可曾想過,這一塊幾百到幾千塊的電路板,到底怎麼製作出來的?

製前規劃

第一步,要先設計功能,你總要知道為了什麼需求吧。從電腦的主機板、顯示卡,到手機等較小的電子產品,連家電用品中的控制器,幾乎無所不包。可以說只要是電子產品,就得用到電路板。所以當然是要先確定你的需求,進行功能的設計。這統稱製前規劃,最後由CAD(電腦輔助設計Computer Aided Design)輸出Gerber files,也就是電路圖給廠商,廠商再依圖施作。用建築來說,這就是蓋房子前需先畫設計圖的概念,你要在這個階段,確定需要多少電子零組件,用哪些原料製作。

壓製銅箔基板

發包出去後,會把需求送到俗稱銅箔基板廠的廠商,電路板有分很多種類,如果買一個簡單的計時器,拆開後會看到只有一面有線路跟電子零件的電路板,這稱之為「單面板」,有一些稍微複雜的,正反面都會看到零件,這稱之為「雙面板」,顯示卡這些零件超多的電路板,會使用稱為「多層板」的基板。
統稱「基板」的構造,是由一層銅箔與一層較厚的介質層(把纖維泡在環氧樹脂中),用高壓壓合在一起,因為功能簡單,所以只需要一面就可以,就是單面板。若兩面都壓合銅箔的,表示有較高的需求,稱之為雙面版。如主機板等功能很多的,則會反覆疊壓銅箔跟介質層,壓成多層板。為何會有多層板的構造?簡單說因為線路錯綜複雜,一面或是兩面已經不敷使用,所以必須用多層結構鋪線。但這也是要看判斷,有時候因為體積需求較小,線路被密集分布到很小的範圍,即使功能簡單也不會用單面。

以腐蝕溶劑製作線路

到此為止讀者請記得幾個原理,遇到油脂類的需要洗掉,通常會先用中性清潔液清洗,再用「鹼性溶劑」處理,有金屬類的要處理,會使用「酸性溶劑」,而塑膠、樹脂類的大部分不溶於酸鹼,這國中理化二年級都教過。
經過下料裁切後,根據需求要製作線路,線路製作的原理很簡單,由於導電的主要材料是銅,所以只要用酸性溶劑去腐蝕就可以,當然你不會想把整片銅板泡到酸裡面,全部都會不見。我們會先用一層抗腐蝕的光阻塗在銅箔上,再拿銅箔去泡到酸液中,這樣沒有被光阻遮住的銅都會被腐蝕掉,只留下你想要的線路。
銅箔真的很薄,比你想的線路還要薄,故你必須在已經做好的線路上,先鍍一層足夠厚度的銅,才能經得起後面的各種製程。(附註:這邊先不提正負片製程,有興趣的可以上網找,還有不少影片可以看)

油墨印刷

當你把整塊基板都設計好,鑽孔也都鑽好後,會送去做油墨印刷,也就是你看到顯示卡外面,有一層通常是綠色的物質,在陽光下還會有點反光的那個。由於基板之後會經過許多高溫製程,也會泡在各種金屬離子溶液中,最後還要經過200度的焊錫考驗,更重要的是避免線路氧化與可能的短路,所以必須防止基板損毀。
這一層被稱為防焊油墨,還真的是油墨,透過很像是衣服印刷圖樣上漆的方式,把可以感光的油墨塗在基板上,接著送去紫外光照射,透過曝光與烘烤的過程硬化。最後在上文字印刷,也就是你在電路板上看到許多白色數字,或是廠商商標的文字,同樣經過曝光烘烤硬化。
通常銅箔基板廠都有上述的生產線,大概四到五個,從銅箔壓合到基板製作上防焊油墨。也就是你把原料送進去,出來的就是沒有電子零件的空板,雖說是空板,但後面還是得做一些處理。

到此為止先暫停,讀者應該會有點了解,也有一些困惑,為何筆者要講這個生產過程?因為製程很複雜,涉及到的原物料非常多,也不是一筆可以帶過,從這邊可以讓讀者了解到,一塊小小幾百塊或只有幾十塊台幣的東西,背後的生產並不單純,已經不是一家小工廠可以做到好。
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王立第二戰研所在方格子的主要基地
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