用于HDI批量生產(chǎn)的LDI技術(shù)

用于HDI批量生產(chǎn)的LDI技術(shù)

簡(jiǎn)介

毫無疑問，早期激光直接成像（LDI）技術(shù)的采用者通常是那些需要快速精確制樣的周期快、原型樣機(jī)（Prototype）或大容量生產(chǎn)商。

這些早期的早期激光直接成像（LDI）模型能完美地滿足這些生產(chǎn)商的需求—節(jié)省時(shí)間和掩膜成本，同時(shí)提供高度靈活性和高精確性。批量生產(chǎn)的生產(chǎn)商沒有采用LDI技術(shù)，主要是因?yàn)槟菚r(shí)的LDI系統(tǒng)還太慢、調(diào)節(jié)移動(dòng)的運(yùn)行成本太高。但是最新的技術(shù)發(fā)展，卻改變了局面。在今天，越來越多的批量生產(chǎn)的生產(chǎn)商使用LDI來進(jìn)行成像解決。

I 用于HDI批量生產(chǎn)的成像要求

為了達(dá)到HDI批量生產(chǎn)的要求，成像方法應(yīng)：

1.在達(dá)到低缺陷率和高產(chǎn)量的同時(shí)，能夠達(dá)到HDI常規(guī)的高精確性運(yùn)行的穩(wěn)定生產(chǎn)。例如：

*高級(jí)手機(jī)板，CSP節(jié)距小于0.5mm（連接[盤之間帶或不帶導(dǎo)線]
*板結(jié)構(gòu)為3+n+3，每個(gè)面上有三個(gè)疊加導(dǎo)通孔（stacked via），且，
*帶疊加導(dǎo)通孔的6到8層無鐵心印制板

在成像方面，此類設(shè)計(jì)要求環(huán)寬小于75μm，在有些情況下環(huán)寬甚至小于50μm。由于對(duì)位問題，這些不可避免地導(dǎo)致了低產(chǎn)量。另外，受微型化的驅(qū)動(dòng)，線路和間距越來越細(xì)—滿足這個(gè)挑戰(zhàn)就要求改變傳統(tǒng)成像方法。這可以通過減少面板尺寸，或通過使用快門曝光機(jī)用幾個(gè)步驟（四個(gè)或六個(gè)）進(jìn)行面板成像。這兩種方法都是通過減少材料變形的影響來得到更好的對(duì)位。改變面板尺寸導(dǎo)致了材料的高費(fèi)用，使用快門曝光機(jī)導(dǎo)致了每天的低產(chǎn)量。這兩種方法都不能完全解決材料變形和減少照相版相關(guān)的缺陷，這包括印制批次/批量時(shí)照相版的實(shí)際變形。

2.通過每天印制要求數(shù)量的面板，達(dá)到要求的產(chǎn)量。如先前所述，要求的產(chǎn)量的相關(guān)數(shù)量應(yīng)考慮到精確度要求中。要達(dá)到要求的產(chǎn)量，需要借助自動(dòng)控制來得到高產(chǎn)出率。

3.低成本運(yùn)作。這是對(duì)任何批量生產(chǎn)廠家的主要要求。早期的LDI模式或是要求把傳統(tǒng)使用的干膜換成更敏感的干膜，從而達(dá)到更快的成像速度；或是根據(jù)LDI模式用到的光源，把干膜換成不同的波段。在所有這些情況下，新的干膜通常都會(huì)比廠家使用的傳統(tǒng)干膜要貴。

4.與現(xiàn)有的工藝和生產(chǎn)方法兼容。批量生產(chǎn)的工藝和方法通常都被小心的規(guī)定，從而來符合批量生產(chǎn)的要求。對(duì)任何新成像方法的引進(jìn)對(duì)現(xiàn)有的方法的變化都應(yīng)該是最小。這包括對(duì)所用的干膜變化最小、有能力進(jìn)行阻焊膜各層的曝光、批量生產(chǎn)要求的可溯源功能，和更多。

最新的LDI技術(shù)發(fā)展解決了批量生產(chǎn)的需要條件

最新的LDI發(fā)展克服了早期LDI技術(shù)的限制，并對(duì)批量生產(chǎn)的要求提供的實(shí)際的解決方法。

1. 精確度—LDI被證實(shí)比使用現(xiàn)有的快門曝光機(jī)所能達(dá)到精度要高許多。隨著新的設(shè)計(jì)和積層技術(shù)從研發(fā)階段進(jìn)入批量生產(chǎn)，這要求有更高精度的成像方法。圖1顯示了從非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)到批量生產(chǎn)的變動(dòng)。使用快門曝光機(jī)時(shí)，使得曝光一塊面板要多個(gè)步驟完成。

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圖1： HDI設(shè)計(jì)與快門曝光機(jī)可能的解決方法的對(duì)比圖標(biāo) （單步驟與快門曝光機(jī)的多個(gè)步驟）

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Picture 1 快門曝光

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Picture 2LDI 曝光, 10 μm 偏移

在這些情況下的LDI的優(yōu)點(diǎn)是能夠一步完成大塊面板上精密對(duì)位的成像，而不用把時(shí)間浪費(fèi)在多個(gè)步驟上。以下金相切片的照片把用快門曝光機(jī)得到的結(jié)果（圖1）與使用LDI得到的精確結(jié)果（圖2）做了比較。

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圖2 顯示了用LDI的分段縮放模式和縮放印記功能來打印外層圖形的完整過程。

2. 產(chǎn)出量—電子產(chǎn)品最新技術(shù)發(fā)展伴隨著激光電源的改進(jìn)（從4W到8W）現(xiàn)在可以使LDI滿足HDI生產(chǎn)的高產(chǎn)出量要求。激光電源的加倍是PCB生產(chǎn)商能夠得到高成像產(chǎn)出量，同時(shí)又可以繼續(xù)使用其傳統(tǒng)的干膜。表1顯示了一廠家用8W激光的LDI得到的日產(chǎn)量（22小時(shí)生產(chǎn)）和同廠家使用4W激光的LDI得到的產(chǎn)量比較，能量設(shè)置不同(15 mj/cm2, 30 mj/cm2, 45 mj/cm2, and 60 mj/cm2)，最小形體尺寸為50 μm。

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表1： 8W與4W的日產(chǎn)出量比較（22小時(shí)生產(chǎn)）

使用8W激光能夠達(dá)到的產(chǎn)出量改進(jìn)在50%到80%，同時(shí)使用的是傳統(tǒng)的干墨，這對(duì)環(huán)寬小于75 μm有精密對(duì)位要求的高級(jí)HDI是極大的改進(jìn)。當(dāng)使用15 mj/cm2的LDI干膜、LDI機(jī)使用8W激光，產(chǎn)出量能達(dá)到3500印/天，同時(shí)能達(dá)到精密對(duì)位的高精確度要求，看到這些是很吃驚的。表2對(duì)使用8W激光的日產(chǎn)出量和4步驟（為了在高級(jí)HDI設(shè)計(jì)中達(dá)到要求的精確度所使用的）快門曝光機(jī)的日產(chǎn)出量比較。該表顯示，在一些情況下，對(duì)于一些精確度要求非常高的情況下，1臺(tái)8W激光的LDI機(jī)可以超過1套2臺(tái)快門曝光機(jī)的日產(chǎn)出量！表2中的快門曝光機(jī)產(chǎn)出量計(jì)算為[4 * (定位時(shí)間 + 曝光時(shí)間) +操作時(shí)間]。定位時(shí)間=10秒，曝光時(shí)間=3秒，操作時(shí)間=6秒。

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表2 8W LDI和四步驟曝光快門曝光機(jī)的日產(chǎn)出量比較

自動(dòng)控制 —很明顯自動(dòng)控制是用于批量生產(chǎn)的任何成像方法的基本要求和達(dá)到高產(chǎn)出量的必需條件。對(duì)自動(dòng)控制的要求，各個(gè)客戶在各方面的要求是不同的。

*Automation concept—stand alone or inline, with flipper or without; 自動(dòng)控制設(shè)備概念—獨(dú)立或分體，帶或不帶翻板機(jī)；
*自動(dòng)控制設(shè)備供應(yīng)商—不同的PCB生產(chǎn)商想與他們各自的自動(dòng)控制設(shè)備供應(yīng)商合作,且:
*客戶的其他特定要求—機(jī)器尺寸限制、面板尺寸、面板厚度和更多。

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為了滿足所有不同要求，界內(nèi)發(fā)展了用于LDI的自動(dòng)控制界面解決措施。世界各地的使用者已經(jīng)采用了LDI機(jī)的不同自動(dòng)控制措施。有兩中主要使用模式： 獨(dú)立式自動(dòng)控制設(shè)備 —連接一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行拾起和放置的自動(dòng)控制設(shè)備

分體自動(dòng)控制 —連接兩臺(tái)機(jī)器進(jìn)行拾起和放置的自動(dòng)控制設(shè)備，兩機(jī)器中有一臺(tái)翻板機(jī)，形成一面進(jìn)板、兩機(jī)中都進(jìn)行曝光、一面出板的曝光單元。

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3. 低成本運(yùn)作 —最新的雙激光電源（8W）的技術(shù)不僅能夠進(jìn)行更高的出品量同時(shí)也能夠使用低敏感性的干膜、實(shí)際上生產(chǎn)商能夠使用他們現(xiàn)有的低成本干膜。沒有必要把干膜換成更快更貴的LDI干膜。繼續(xù)使用現(xiàn)在工藝中所用的干膜，同時(shí)能維持相同的產(chǎn)出量，在一些情況下和其他如快門曝光機(jī)等其他成像方法相比甚至能改進(jìn)產(chǎn)出量，這對(duì)HDI批量生產(chǎn)所用的LDI系統(tǒng)是一個(gè)大的突破。

4. 和現(xiàn)有的工藝兼容 --- 把LDI技術(shù)引進(jìn)到批量生產(chǎn)中，廠家通常感到很困難很麻煩。最新的LDI技術(shù)為那些正在考慮把LDI引進(jìn)到生產(chǎn)中的生產(chǎn)商解決了一些常見問題：

“我必須把我現(xiàn)在用的干膜換掉嗎？” -- 355 nm工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)波段的8W激光技術(shù)的發(fā)展使供應(yīng)商能夠繼續(xù)使用現(xiàn)有的干膜，同時(shí)又能達(dá)到要求的日產(chǎn)出量。

“ LDI的動(dòng)態(tài)比例縮放功能對(duì)外層圖形是很好的，但這會(huì)對(duì)阻焊膜的曝光造成更多的問題嗎？” —為了解決這個(gè)要求，使用到幾種措施：

*用LDI曝光的阻焊膜 —這是這個(gè)問題的最終解決方法。主要的的阻焊膜廠商，如太陽油墨、Tamura、Huntsman、SUN Chemical 都開發(fā)了快速LDI阻焊劑，敏感范圍從40到70 mj/cm2，特別是在HDI的應(yīng)用上。
*不同的比例縮放模式 —在一些不適用新開發(fā)的LDI組焊劑的時(shí)候、或?qū)π陆M焊劑還需要時(shí)間來驗(yàn)證時(shí)，開發(fā)的先進(jìn)LDI比例縮放模式使LDI機(jī)的操作者能夠把動(dòng)態(tài)縮放限定為分段縮放組，這樣造成每批中只有幾組面板。在該工藝的后期，很容易生成照相版（膜）來對(duì)每組進(jìn)行曝光，因?yàn)橐呀?jīng)知道用LDI生成每組的比例因子并已經(jīng)在外層圖形曝光的過程中印在了面板上。

“對(duì)批量生產(chǎn)，可溯源性工具是必要的。LDI能否支持這一要求？” —LDI的最新技術(shù)包括特殊的工具來支持批量生產(chǎn)。LDI的數(shù)字打印有特殊的功能，而這些功能使用照相版是不可能得到的。每個(gè)面板的成像方法使不需要用一個(gè)“底片“覆蓋一個(gè)批次/批量中的所有面板，這給了LDI特殊的個(gè)性化功能：

*系列號(hào)印記—這一功能可以使每個(gè)面板和或面板上的每個(gè)PCB打印一個(gè)動(dòng)態(tài)系列號(hào)
*日期記—這一功能可以打印印板的實(shí)際日期。
*比例縮放印記：這一功能可以把印每塊板的實(shí)際比例因子打印上去（X比例因子和Y比例因子），用于在后期工藝中生產(chǎn)的需要。

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圖3 每板每塊PCB的系列號(hào)

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圖4 比例因子（X、Y）和日期印記

總結(jié)

隨著對(duì)位要求越來越嚴(yán)格精密，這要求更換傳統(tǒng)的曝光方法。在LDI技術(shù)中的最新發(fā)展，如任務(wù) 批量生產(chǎn)上的所有要求都可以通過LDI達(dá)到，包括精確度、產(chǎn)出量、自動(dòng)控制和可溯源性。

不管是不是有人在想高額的購置成本使得很難購買這些設(shè)備用來進(jìn)行批量生產(chǎn)，不斷壯大的HDI生產(chǎn)商隊(duì)伍現(xiàn)正使用LDI系統(tǒng)作為批量生產(chǎn)線的成像方法。理由很簡(jiǎn)單：這些生產(chǎn)商證實(shí)了LDI在一些較復(fù)雜的HDI板上至少把他們產(chǎn)量提高了百分之三，結(jié)果就是與其他新的成像技術(shù)相比，在1年內(nèi)就能收回投資。