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LDI和喷印技术是解决“甚高密度”PCB最佳出路
发布时间:-11-1 | 浏览次数：

来源：中华人民共和国印制电路信息杂志
随着电子元（组）件高集成度和组装（特别是芯片级/μ-BGA封装）技术进步，极大地推动着电子产品向“轻、薄、短、小”化、信号高频/高速数字化和大容量多功能化发展与进步，从而规定PCB必要迅速走上甚高密度、高精细化和多层化方向发展。当前和此后一段时间里，除了继续采用（激光）微小孔化发展外，重要地是要解决PCB中“甚高密度”导线精细度、位置度和层间对位度控制问题。老式“照像底片图形转移”技术，已经接近“制造极限”很难满足甚高密度PCB规定，而采用激光直接成像（LDI）和喷墨打印技术是当前和此后解决PCB中“甚高密度（系指L /S≤30μm场合）”精细导线和层间对位度问题重要办法。
1 甚高密度化图形带来挑战
PCB高密度化规定本质上是重要来自IC等元（组）件集成度和PCB制造工艺技术挑战。
（1）IC等元（组）件集成度挑战。咱们必要清晰地看到：PCB导线精细度化、位置度和微小孔化远远落后于IC集成度发展规定了，见表1所示。
表一

年
集成电路线宽/μm
PCB线宽/μm
比率
1970
3
300
1:100

0.18
100~300
1∶560~1∶170

0.05
10~25（规定）
1∶200~1∶500

0.02
4-10（规定）
1∶200~1∶500
注：导通孔尺寸也随着导线精细化而缩小，普通为导线宽度2-3倍。
当前和此后导线线宽/间距（L / S， 单位-μm）走向：100/100→75/75→50/50→30/30→20/20→10/10，或更小。相应微小孔（φ，单位μm）：300→200→100→80→50→30，或更小。
从上可看到，PCB高密度化远落后于IC集成度发展规定，摆在PCB公司当前和此后最大挑战是
如何生产“甚高密度”精细化导线、位置度和微小孔化问题。
（2）PCB自身制造技术挑战。
咱们更应看到；老式PCB制造技术和工艺已经不能适应PCB“甚高密度化”发展需要。①老式照像底片图形转移加工过程冗长，如表2所示。②老式照像底片图形转移偏差大。
由于老式照像底片图形转移定位偏差、照像底片温湿度（保管与使用）和照片厚度形成光“折射”等带来尺寸偏差在±25μm以上，这就决定了老式照像底片图形转移工艺技术难于生产L/S≤30μm精细导线与位置度、层间对位度PCB产品。
表2各种图形转移办法所需工序

老式底片图形转移
激光直接图形转移
数字喷墨打印图形转移
CAD/CAM：PCB设计
CAD/CAM：PCB设计
CAD/CAM：PCB设计
矢量/光栅转换，光绘机
矢量/光栅转换，激光机
矢量/光栅转换，喷墨打印机
底片进行光绘成像，光绘机
/
/
底片（film）显影，显影机
/
/
底片稳定化，温、湿度控制
/
/
底片检查，缺陷与尺寸检查
/
/
底片冲制（定位孔）
/
/
底片保存、检查（缺陷与尺寸）
/
/
光致抗蚀剂（贴膜机或涂布）
光致抗蚀剂（贴膜或涂布）
/
紫外线曝光（曝光机）
激光扫描成像
/
显影（显影机）
显影（显影机）
数字喷印图形（喷墨打印机）
化学蚀刻
需要
需要
除去抗蚀剂
需要
需要
2 激光直接成像（LDI）作用
2.1 老式PCB制造技术重要缺陷
在老式PCB制造技术中，尽管可以采用薄型干膜（如厚度≤25μm）或湿膜（8μm ~ 12μm厚度），并采用平行光曝光机和特种蚀刻液或新蚀刻办法等来获得精细导线（L/S）。但是，对于甚高密度化（特别是L/S≤50μm）PCB生产来说，继续运用这些老式照像底片曝光图形转移办法就潜在着巨大问题与风险！
（1）对位度偏差与控制不能满足甚高密度化规定。
在采用照像底片曝光图形转移办法中，形成图形位置度偏差重要是来自照像底片温湿度变化和对位度误差。当照像底片生产、保存和应用等处在严控温湿度下时，重要尺寸误差是由机械定位偏差来决定。咱们懂得，当前采用机械定位最高精度是±25μm，而重复精度为±12.5μm。如果咱们要生产L/S＝50μm导线和φ100μmPCB多层图形，很显然，仅机械定位尺寸偏差就很难生产出高合格率产品来，更不用说还存在着其他诸多因素（照像底片厚度与温湿度、基材、叠合、抗蚀剂厚度和光源特性与照度等）带来尺寸偏差！更重要地是，这种机械定位尺寸偏差是“无法补偿”，由于它是非规律性。
以上表白：当PCBL/S≤50μm后来，继续采用照像底片曝光图形转移办法来制造“甚高密度”PCB板是不现实，由于它遇到了机械定位和其他因素等尺寸偏差而带来“制造极限”！
（2）产品加工周期长。由于采用照像底片曝光图形转移办法来制造“甚高密度”PCB板加工过程冗长。如果与激光直接成像（LDI）比较，其过程要多60%以上，与喷墨打印就更长了（见表2）。
（3）制导致本高。由于采用照像底片曝光图形转移办法，不但加工过程多、生产周期长，因而需要更多人工管理与操作，还要大量采用照像底片（银盐片和重氮片）和其他辅助材料与化学用品等，有人记录，对于中档规模PCB公司，一年内仅消耗照像底片和重氮片足可以买上LDI设备进行生产，或者说，投入LDI技术生产一年内就可收回LDI设备投资成本！还没有计算采用LDI技术提高产品质量（合格率）所带来效益！

2.2 激光直接成像（LDI）重要优缺陷
由于LDI技术是一组激光束直接在抗蚀剂上成像，接着就进行显影和蚀刻而成。因而，它具备一系列长处。
（1）位置度极高。在加工件（在制板）固定后，接着采用激光定位并进行垂直激光束扫描，可保证图形位置度（偏差）在±5μm之内，极大地提高了线路图形位置度，这是老式（照像底片）图形转移办法无法达到，对于制造高密度化（特别是L/S≤50μmmφ≤100μm状况）PCB来说（特别是制造“甚高密度”化多层板层间对位度等），在保证产品质量和提高产品合格率上无疑是重要。

附带阐明：此前，虽然LDI技术已经应用到高密度多层板制造上，但只能在专用特制（种）干膜上完毕图形转移，成本很高且使用和管理严格复杂，因而没有得到推广和应用。当前由于激光（UV光）性能与功率改进，已经可在老式（常规）干膜上进行曝光来完毕图形转移，加上PCB又进入“甚高密度”化（系指L/S≤50μmmφ≤100μm状况）多层板时代，相信LDI技术会迅速地推广和使用起来！
（2）加工过程减少，周期短。采用LDI技术，不但可提高“甚高密度”化多层板质量和生产合格率，并且明显地缩短产品加工过程。如在制造图形转移（形成内层导线）时，在形成抗蚀剂层片（在制板）上，仅需要四个环节（CAD/CAM数据转移、激光扫描、显影和蚀刻），而老式照像底片办法，至少要八个环节。很显然，加工过程至少减少一半！
（3）节约制导致本。采用LDI技术不但可避免了采用激光光绘机、照像底片自动显影/定影机、重氮片显影机、冲定位孔机、尺寸与缺陷测量/检查仪和大量照像底片保存与维护装置与设施，并且更重要是避免了采用大量照像底片、重氮片、严格温湿度控制所消耗材料、能源和所有关管理与维护人员等，成本就明显下降了。
固然，LDI也可应用于阻焊剂形成阻焊图形，但由于阻焊层厚度较厚、面积大，LDI扫描时间长，完毕能源多、周期长，除非有严格控制阻焊图形与焊接盘间精细间隙规定（如≤30 μm）而不得不采用它，普通状况下，是不采用LDI技术来形成阻焊图形，当前已经走向采用正在浮现应用喷印技术。
采用LDI技术重要缺陷是生产率较低，不适合于量产化/规模化产品生产。但随着UV激光源大功率（如≥8 W）和多光束激光采用，这个问题已经得到了较好解决。
3 喷印技术作用
在 这里所说喷印技术是指喷印抗蚀图形（含字符）和阻焊图形而言。喷印技术最大长处是运用“功能油墨”在需要抗蚀部位（含字符图形）或阻焊部位喷印上“功 能油墨”就可以形成所要得到图形，而不需要所有覆盖抗蚀剂或阻焊剂后再“显影”除去不需要某些，并可达到极高位置度（≤5μm）和精细导线（L/S＝3μm ~ 5μm），其喷印设备和喷印效果如图1至图5示。

同步，喷印技术不但具备LDI技术所有长处，并且还具备更好“节能减排”和清洁生产目的。因而，采用喷印技术除了具备LDI技术高位置度外，还具备如下长处。
（1）更短加工过程和生产周期。喷印技术是直接把“功能油墨”喷印在“在制板”铜箔上，形成抗蚀图形，经UV干燥后，直接进行蚀刻、去抗蚀图形，便形成所规定电路图形。在形成阻焊膜时，就更简朴而快捷直接在需要阻焊部位喷印上“阻焊油墨”，通过UV干燥就完毕阻焊图形了。同理，在需要有“字符”之处，就喷印上“字符油墨”，通过UV干燥就形成了字符。因而喷墨打印技术是当前形成“图形转移”中，除了具备最佳位置度和高质量等外，还具备最短加工过程和最短生产周期！真正可以达到简化加工过程、周期最短、图形位置度最佳目的。
（2）更好精细度和高密度（如“甚高密度”、“超高密度”）化。由于LDI是在覆盖干膜（有载膜和感光层等厚度超过30μm）或湿膜（大概10μm）上进行曝光、显影，然后进行蚀刻形成图形，由于受到曝光、显影等工艺影响，必然带来精细度和位置偏差。而喷墨打印技术仅在需要抗蚀部位喷印精细抗蚀功能油墨，然后进行蚀刻（不是显影后蚀刻），因而没有曝光、显影等加工过程影响，固然可获得更好精细导线（Fine-Line）和更佳图形完整度和位置度，因而可制造更精细导线（或导电图形），达到更高密度化。
（3）更低成本化。老式照像底片和LDI“图形转移”技术抗蚀剂所有覆盖“在制板”上面，然后运用光合（交链）作用与否和显影来形成图形转移。因而，不但需要更多生产设备与加工过程，并且还需要更多原辅材料与化学品，其成果必然带来更多加工成本和材料成本。而喷印技术除了抗蚀图形还得与LDI技术同样去膜（但不要像LDI需要显影）外，阻焊等图形形成都是“加成”上去就完毕了，不但加工过程最短、所用设备至少，并且所运用原辅材料是最省，各种各样管理与维护是至少，加上具备更好精细度和一致性，质量好，合格率更高，固然具备更低生产成本！
（4）最重要是更能达到“节能减排”和“清洁生产”目的。由于喷印技术是当前最抱负“加成法”技术，凡是需要图形才“喷印”上去，而不需要部位是不喷印，极大地节约了原辅材料和化学品，因而最大地减少了产生废液/废水，因而达到最小废液/废水/废气解决。加上生产过程简化（缩短）和设备（设施）减少，大大地节约能源和设备等投资。因而，采用喷印技术是最抱负生产技术，真正可达到“节能减排”和“清洁生产”目的！