LDI和噴印技術(shù)

1、LDI和噴印技術(shù)是解決“甚高密度”PCB的最佳出路發(fā)布時(shí)間:2011-11-1 | 瀏覽次數(shù)：來源：中國(guó)印制電路信息雜志 隨著電子元（組）件高集成度和組裝（特別是芯片級(jí)/-BGA封裝）技術(shù)的進(jìn)步，極大地推動(dòng)著電子產(chǎn)品向“輕、薄、短、小”化、信號(hào)高頻/高速數(shù)字化和大容量多功能化的發(fā)展與進(jìn)步，從而要求PCB必須快速走上甚高密度、高精細(xì)化和多層化方向發(fā)展。當(dāng)前和今后的一段時(shí)間里，除了繼續(xù)采用（激光）微小孔化發(fā)展外，重要地是要解決PCB中的“甚高密度”導(dǎo)線的精細(xì)度、位置度和層間的對(duì)位度的控制問題。傳統(tǒng)的“照像底片圖形轉(zhuǎn)移”技術(shù)，已經(jīng)接近“制造極限”很難滿足甚高密度PCB要求，而采用激光直接成像（LDI

2、）和噴墨打印技術(shù)是目前和今后解決PCB中“甚高密度（系指L /S30m的場(chǎng)合）”精細(xì)導(dǎo)線和層間對(duì)位度問題的主要方法。 1 甚高密度化圖形帶來的挑戰(zhàn) PCB高密度化的要求本質(zhì)上是主要來自IC等元（組）件集成度和PCB制造工藝技術(shù)的挑戰(zhàn)。 （1）IC等元（組）件集成度的挑戰(zhàn)。我們必須清楚地看到：PCB的導(dǎo)線的精細(xì)度化、位置度和微小孔化遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于IC集成度發(fā)展的要求了，見表1所示。表一年集成電路線寬/mPCB線寬/m比率197033001:10020000.181003001560117020100.051025（要求）1200150020110.024-10（要求）12001500注：導(dǎo)通孔尺寸也

3、隨著導(dǎo)線精細(xì)化而縮小，一般為導(dǎo)線寬度的2-3倍。 目前和今后的導(dǎo)線的線寬/間距（L / S， 單位-m）走向：100/10075/7550/5030/3020/2010/10，或更小。相應(yīng)的微小孔（，單位m）：300200100805030，或更小。從上可看到，PCB高密度化遠(yuǎn)落后于IC集成度的發(fā)展要求，擺在PCB企業(yè)目前和今后的最大挑戰(zhàn)是如何生產(chǎn)“甚高密度”精細(xì)化的導(dǎo)線、位置度和微小孔化的問題。 （2）PCB本身制造技術(shù)的挑戰(zhàn)。 我們更應(yīng)看到；傳統(tǒng)PCB制造技術(shù)和工藝已經(jīng)不能適應(yīng)PCB“甚高密度化”的發(fā)展需要。傳統(tǒng)照像底片的圖形轉(zhuǎn)移的加工過程冗長(zhǎng)，如表2所示。傳統(tǒng)照像底片的圖形轉(zhuǎn)移的偏差大。

4、 由于傳統(tǒng)照像底片的圖形轉(zhuǎn)移的定位偏差、照像底片溫濕度（保管與使用）和照片厚度形成光的“折射”等帶來的尺寸偏差在±25m以上，這就決定了傳統(tǒng)照像底片的圖形轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)難于生產(chǎn)L/S30m的精細(xì)導(dǎo)線與位置度、層間對(duì)位度的PCB產(chǎn)品。表2各種圖形轉(zhuǎn)移方法所需的工序傳統(tǒng)底片的圖形轉(zhuǎn)移激光直接的圖形轉(zhuǎn)移數(shù)字噴墨打印的圖形轉(zhuǎn)移CAD/CAM：PCB設(shè)計(jì)CAD/CAM：PCB設(shè)計(jì)CAD/CAM：PCB設(shè)計(jì)矢量/光柵轉(zhuǎn)換，光繪機(jī)矢量/光柵轉(zhuǎn)換，激光機(jī)矢量/光柵轉(zhuǎn)換，噴墨打印機(jī)底片進(jìn)行光繪成像，光繪機(jī)/底片（film）顯影，顯影機(jī)/底片穩(wěn)定化，溫、濕度控制/底片檢驗(yàn)，缺陷與尺寸檢查/底片沖制（定位孔

5、）/底片保存、檢查（缺陷與尺寸）/光致抗蝕劑（貼膜機(jī)或涂布）光致抗蝕劑（貼膜或涂布）/紫外線曝光（曝光機(jī)）激光掃描成像/顯影（顯影機(jī)）顯影（顯影機(jī)）數(shù)字噴印圖形（噴墨打印機(jī)）化學(xué)蝕刻需要需要除去抗蝕劑需要需要2 激光直接成像（LDI）的作用2.1 傳統(tǒng)PCB制造技術(shù)的主要缺點(diǎn) 在傳統(tǒng)的PCB制造技術(shù)中，盡管可以采用薄型干膜（如厚度25m）或濕膜（8m 12m厚度），并采用平行光的曝光機(jī)和特種蝕刻液或新的蝕刻方法等來獲得精細(xì)的導(dǎo)線（L/S）。但是，對(duì)于甚高密度化（特別是L/S50m）的PCB生產(chǎn)來說，繼續(xù)運(yùn)用這些傳統(tǒng)的照像底片曝光的圖形轉(zhuǎn)移方法就潛在著巨大問題與風(fēng)險(xiǎn)！ （1）對(duì)位度偏差與控制不能

6、滿足甚高密度化的要求。 在采用照像底片曝光的圖形轉(zhuǎn)移方法中，形成的圖形的位置度偏差主要是來自照像底片的溫濕度變化和對(duì)位度誤差。當(dāng)照像底片的生產(chǎn)、保存和應(yīng)用等處于嚴(yán)控溫濕度下時(shí)，主要尺寸誤差是由機(jī)械定位偏差來決定的。我們知道，目前采用機(jī)械定位的最高精度是±25m，而重復(fù)精度為±12.5m。如果我們要生產(chǎn)L/S50m導(dǎo)線和100m的PCB多層圖形，很顯然，僅機(jī)械定位的尺寸偏差就很難生產(chǎn)出高合格率的產(chǎn)品來的，更不用說還存在著其它很多因素（照像底片厚度與溫濕度、基材、疊合、抗蝕劑厚度和光源特性與照度等）帶來的尺寸偏差！更重要地是，這種機(jī)械定位的尺寸偏差是“無法補(bǔ)償”的，因?yàn)樗欠且?guī)

7、律性的。以上表明：當(dāng)PCB的L/S50m以后，繼續(xù)采用照像底片曝光的圖形轉(zhuǎn)移方法來制造“甚高密度”的PCB板是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樗龅搅藱C(jī)械定位和其它因素等尺寸偏差而帶來的“制造極限”！ （2）產(chǎn)品加工周期長(zhǎng)。由于采用照像底片曝光的圖形轉(zhuǎn)移方法來制造“甚高密度”的PCB板的加工過程冗長(zhǎng)。如果與激光直接成像（LDI）比較，其過程要多60%以上，與噴墨打印就更長(zhǎng)了（見表2）。 （3）制造成本高。由于采用照像底片曝光的圖形轉(zhuǎn)移方法，不僅加工過程多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，因此需要更多人工管理與操作，還要大量采用照像底片（銀鹽片和重氮片）和其它輔助材料與化學(xué)用品等，有人統(tǒng)計(jì)，對(duì)于中等規(guī)模的PCB企業(yè)，一年內(nèi)僅消耗的照

8、像底片和重氮片足可以買上LDI設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，或者說，投入LDI技術(shù)生產(chǎn)一年內(nèi)就可收回LDI設(shè)備投資成本！還沒有計(jì)算采用LDI技術(shù)提高產(chǎn)品質(zhì)量（合格率）所帶來的效益！2.2 激光直接成像（LDI）的主要優(yōu)缺點(diǎn) 由于LDI技術(shù)是一組的激光束直接在抗蝕劑上成像的，接著就進(jìn)行顯影和蝕刻而成的。因此，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。 （1）位置度極高。在加工件（在制板）固定后，接著采用激光定位并進(jìn)行垂直激光束掃描，可保證圖形位置度（偏差）在±5m之內(nèi)，極大地提高了線路圖形的位置度，這是傳統(tǒng)（照像底片）的圖形轉(zhuǎn)移方法無法達(dá)到的，對(duì)于制造高密度化（特別是L/S50mm100m情況）PCB來說（特別是制造“甚高

9、密度”化多層板的層間對(duì)位度等），在保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品合格率上無疑是重要的。 附帶說明：2005年以前，雖然LDI技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到高密度的多層板的制造上，但只能在專用的特制（種）干膜上完成圖形轉(zhuǎn)移，成本很高且使用和管理嚴(yán)格復(fù)雜，因而沒有得到推廣和應(yīng)用。現(xiàn)在由于激光（UV光）性能與功率的改進(jìn)，已經(jīng)可在傳統(tǒng)（常規(guī)）的干膜上進(jìn)行曝光來完成圖形轉(zhuǎn)移，加上PCB又進(jìn)入“甚高密度”化（系指L/S50mm100m情況）的多層板的時(shí)代，相信LDI技術(shù)會(huì)快速地推廣和使用起來！ （2）加工過程減少，周期短。采用LDI技術(shù)，不僅可提高“甚高密度”化多層板的質(zhì)量和生產(chǎn)合格率，而且明顯地縮短產(chǎn)品加工過程。如在制造圖形轉(zhuǎn)

10、移（形成內(nèi)層導(dǎo)線）時(shí)，在形成抗蝕劑的層片（在制板）上，僅需要四個(gè)步驟（CAD/CAM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、激光掃描、顯影和蝕刻），而傳統(tǒng)的照像底片方法，至少要八個(gè)步驟。很顯然，加工過程至少減少一半！ （3）節(jié)省制造成本。采用LDI技術(shù)不僅可避免了采用激光光繪機(jī)、照像底片自動(dòng)顯影/定影機(jī)、重氮片顯影機(jī)、沖定位孔機(jī)、尺寸與缺陷測(cè)量/檢查儀和大量照像底片保存與維護(hù)的裝置與設(shè)施，而且更重要的是避免了采用大量的照像底片、重氮片、嚴(yán)格的溫濕度控制所消耗的材料、能源和所相關(guān)的管理與維護(hù)的人員等，成本就明顯下降了。 當(dāng)然，LDI也可應(yīng)用于阻焊劑形成阻焊圖形，但由于阻焊層厚度較厚、面積大，LDI掃描時(shí)間長(zhǎng)，完成的能源多、周

11、期長(zhǎng)，除非有嚴(yán)格控制阻焊圖形與焊接盤間的精細(xì)間隙的要求（如30 m）而不得不采用它，一般情況下，是不采用LDI技術(shù)來形成阻焊圖形的，目前已經(jīng)走向采用正在出現(xiàn)應(yīng)用的噴印技術(shù)。 采用LDI技術(shù)的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)率較低，不適合于量產(chǎn)化/規(guī)?；a(chǎn)品生產(chǎn)。但隨著UV激光源的大功率（如8 W）和多光束激光的采用，這個(gè)問題已經(jīng)得到了較好的解決。3 噴印技術(shù)的作用 在 這里所說的噴印技術(shù)是指噴印抗蝕圖形（含字符）和阻焊圖形而言。噴印技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是利用“功能油墨”在需要抗蝕部位（含字符圖形）或阻焊部位噴印上“功 能油墨”就可以形成所要得到的圖形，而不需要全部覆蓋抗蝕劑或阻焊劑后再“顯影”除去不需要的部分，并可達(dá)

12、到極高的位置度（5m）和精細(xì)導(dǎo)線（L/S3m 5m），其噴印設(shè)備和噴印效果如圖1至圖5示。 同時(shí)，噴印技術(shù)不僅具有LDI技術(shù)所有的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有更好的“節(jié)能減排”和清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。因此，采用噴印技術(shù)除了具有LDI技術(shù)的高位置度外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)。 （1）更短的加工過程和生產(chǎn)周期。噴印技術(shù)是直接把“功能油墨”噴印在“在制板”的銅箔上，形成抗蝕圖形，經(jīng)UV干燥后，直接進(jìn)行蝕刻、去抗蝕圖形，便形成所要求的電路圖形。在形成阻焊膜時(shí)，就更簡(jiǎn)單而快捷的直接在需要阻焊的部位噴印上“阻焊油墨”，經(jīng)過UV干燥就完成阻焊圖形了。同理，在需要有“字符”之處，就噴印上“字符油墨”，經(jīng)過UV干燥就形成了字符。因此噴墨

13、打印技術(shù)是目前形成“圖形轉(zhuǎn)移”中，除了具有最佳的位置度和高質(zhì)量等外，還具有最短的加工過程和最短的生產(chǎn)周期！真正能夠達(dá)到簡(jiǎn)化加工過程、周期最短、圖形位置度最佳的目標(biāo)。 （2）更好的精細(xì)度和高密度（如“甚高密度”、“超高密度”）化。由于LDI是在覆蓋的干膜（有載膜和感光層等厚度超過30m）或濕膜（大約10m）上進(jìn)行曝光、顯影，然后進(jìn)行蝕刻形成圖形，由于受到曝光、顯影等的工藝影響，必然帶來精細(xì)度和位置的偏差。而噴墨打印技術(shù)僅在需要抗蝕部位噴印精細(xì)的抗蝕功能油墨，然后進(jìn)行蝕刻（不是顯影后蝕刻的），因此沒有曝光、顯影等加工過程的影響，當(dāng)然可獲得更好的精細(xì)導(dǎo)線（Fine-Line）和更佳的圖形的完整度和位置度，因而可制造更精細(xì)的導(dǎo)線（或?qū)щ妶D形），達(dá)到更高的密度化。 （3）更低成本化。傳統(tǒng)照像底片的和LDI的“圖形轉(zhuǎn)移”技術(shù)的抗蝕劑全部覆蓋“在制板”上面的，然后利用光合（交鏈）作用與否和顯影來形成圖形轉(zhuǎn)移。因此，不僅需要更多的生產(chǎn)設(shè)備與加工過程，而且還需要更多的原輔材料與化學(xué)品，其結(jié)果必然帶來更多的加工成本和材料成本。而噴印技術(shù)除了抗蝕圖形還得與LDI技術(shù)一樣去膜（但不要像LDI需要顯影）外，阻焊等圖形的形成都是“加成”上去就完成了，不僅加工過程最短、所用設(shè)備最少，而且所利用的原輔材料是最省的，各種各樣的管理與維護(hù)是最少的，加上具有更好的精細(xì)度和一致性，質(zhì)量好，合格率更