用于HDI批量生產的LDI技術

簡介

毫無疑問，早期激光直接成像（LDI）技術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（Prototype）或大容量生產商。

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商的需求—節省時間和掩膜成本，同時提供高度靈活性和高精確性。批量生產的生產商沒有采用LDI技術，主要是因為那時的LDI系統還太慢、調節移動的運行成本太高。但是最新的技術發展，卻改變了局面。在今天，越來越多的批量生產的生產商使用LDI來進行成像解決。

I 用于HDI批量生產的成像要求

為了達到HDI批量生產的要求，成像方法應：

1.在達到低缺陷率和高產量的同時，能夠達到HDI常規的高精確性運行的穩定生產。例如：

*高級手機板，CSP節距小于0.5mm（連接[盤之間帶或不帶導線]
*板結構為3+n+3，每個面上有三個疊加導通孔（stacked via），且，
*帶疊加導通孔的6到8層無鐵心印制板

在成像方面，此類設計要求環寬小于75μm，在有些情況下環寬甚至小于50μm。由于對位問題，這些不可避免地導致了低產量。另外，受微型化的驅動，線路和間距越來越細—滿足這個挑戰就要求改變傳統成像方法。這可以通過減少面板尺寸，或通過使用快門曝光機用幾個步驟（四個或六個）進行面板成像。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位。改變面板尺寸導致了材料的高費用，使用快門曝光機導致了每天的低產量。這兩種方法都不能完全解決材料變形和減少照相版相關的缺陷，這包括印制批次/批量時照相版的實際變形。

2.通過每天印制要求數量的面板，達到要求的產量。如先前所述，要求的產量的相關數量應考慮到精確度要求中。要達到要求的產量，需要借助自動控制來得到高產出率。

3.低成本運作。這是對任何批量生產廠家的主要要求。早期的LDI模式或是要求把傳統使用的干膜換成更敏感的干膜，從而達到更快的成像速度；或是根據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，新的干膜通常都會比廠家使用的傳統干膜要貴。

4.與現有的工藝和生產方法兼容。批量生產的工藝和方法通常都被小心的規定，從而來符合批量生產的要求。對任何新成像方法的引進對現有的方法的變化都應該是最小。這包括對所用的干膜變化最小、有能力進行阻焊膜各層的曝光、批量生產要求的可溯源功能，和更多。

最新的LDI技術發展解決了批量生產的需要條件

最新的LDI發展克服了早期LDI技術的限制，并對批量生產的要求提供的實際的解決方法。

1. 精確度—LDI被證實比使用現有的快門曝光機所能達到精度要高許多。隨著新的設計和積層技術從研發階段進入批量生產，這要求有更高精度的成像方法。圖1顯示了從非常復雜的設計到批量生產的變動。使用快門曝光機時，使得曝光一塊面板要多個步驟完成。

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圖1： HDI設計與快門曝光機可能的解決方法的對比圖標 （單步驟與快門曝光機的多個步驟）

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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的優點是能夠一步完成大塊面板上精密對位的成像，而不用把時間浪費在多個步驟上。以下金相切片的照片把用快門曝光機得到的結果（圖1）與使用LDI得到的精確結果（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. 產出量—電子產品最新技術發展伴隨著激光電源的改進（從4W到8W）現在可以使LDI滿足HDI生產的高產出量要求。激光電源的加倍是PCB生產商能夠得到高成像產出量，同時又可以繼續使用其傳統的干膜。表1顯示了一廠家用8W激光的LDI得到的日產量（22小時生產）和同廠家使用4W激光的LDI得到的產量比較，能量設置不同(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的日產出量比較（22小時生產）

使用8W激光能夠達到的產出量改進在50%到80%，同時使用的是傳統的干墨，這對環寬小于75 μm有精密對位要求的高級HDI是極大的改進。當使用15 mj/cm2的LDI干膜、LDI機使用8W激光，產出量能達到3500印/天，同時能達到精密對位的高精確度要求，看到這些是很吃驚的。表2對使用8W激光的日產出量和4步驟（為了在高級HDI設計中達到要求的精確度所使用的）快門曝光機的日產出量比較。該表顯示，在一些情況下，對于一些精確度要求非常高的情況下，1臺8W激光的LDI機可以超過1套2臺快門曝光機的日產出量！表2中的快門曝光機產出量計算為[4 * (定位時間 + 曝光時間) +操作時間]。定位時間=10秒，曝光時間=3秒，操作時間=6秒。

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表2 8W LDI和四步驟曝光快門曝光機的日產出量比較

自動控制 —很明顯自動控制是用于批量生產的任何成像方法的基本要求和達到高產出量的必需條件。對自動控制的要求，各個客戶在各方面的要求是不同的。

*Automation concept—stand alone or inline, with flipper or without; 自動控制設備概念—獨立或分體，帶或不帶翻板機；
*自動控制設備供應商—不同的PCB生產商想與他們各自的自動控制設備供應商合作,且:
*客戶的其他特定要求—機器尺寸限制、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，界內發展了用于LDI的自動控制界面解決措施。世界各地的使用者已經采用了LDI機的不同自動控制措施。有兩中主要使用模式： 獨立式自動控制設備 —連接一臺機器進行拾起和放置的自動控制設備

分體自動控制 —連接兩臺機器進行拾起和放置的自動控制設備，兩機器中有一臺翻板機，形成一面進板、兩機中都進行曝光、一面出板的曝光單元。

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3. 低成本運作 —最新的雙激光電源（8W）的技術不僅能夠進行更高的出品量同時也能夠使用低敏感性的干膜、實際上生產商能夠使用他們現有的低成本干膜。沒有必要把干膜換成更快更貴的LDI干膜。繼續使用現在工藝中所用的干膜，同時能維持相同的產出量，在一些情況下和其他如快門曝光機等其他成像方法相比甚至能改進產出量，這對HDI批量生產所用的LDI系統是一個大的突破。

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

“我必須把我現在用的干膜換掉嗎？” -- 355 nm工業標準波段的8W激光技術的發展使供應商能夠繼續使用現有的干膜，同時又能達到要求的日產出量。

“ LDI的動態比例縮放功能對外層圖形是很好的，但這會對阻焊膜的曝光造成更多的問題嗎？” —為了解決這個要求，使用到幾種措施：

*用LDI曝光的阻焊膜 —這是這個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 都開發了快速LDI阻焊劑，敏感范圍從40到70 mj/cm2，特別是在HDI的應用上。
*不同的比例縮放模式 —在一些不適用新開發的LDI組焊劑的時候、或對新組焊劑還需要時間來驗證時，開發的先進LDI比例縮放模式使LDI機的操作者能夠把動態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）來對每組進行曝光，因為已經知道用LDI生成每組的比例因子并已經在外層圖形曝光的過程中印在了面板上。

“對批量生產，可溯源性工具是必要的。LDI能否支持這一要求？” —LDI的最新技術包括特殊的工具來支持批量生產。LDI的數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。每個面板的成像方法使不需要用一個“底片“覆蓋一個批次/批量中的所有面板，這給了LDI特殊的個性化功能：

*系列號印記—這一功能可以使每個面板和或面板上的每個PCB打印一個動態系列號
*日期記—這一功能可以打印印板的實際日期。
*比例縮放印記：這一功能可以把印每塊板的實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的需要。

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圖3 每板每塊PCB的系列號

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圖4 比例因子（X、Y）和日期印記

總結

隨著對位要求越來越嚴格精密，這要求更換傳統的曝光方法。在LDI技術中的最新發展，如任務 批量生產上的所有要求都可以通過LDI達到，包括精確度、產出量、自動控制和可溯源性。

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備用來進行批量生產，不斷壯大的HDI生產商隊伍現正使用LDI系統作為批量生產線的成像方法。理由很簡單：這些生產商證實了LDI在一些較復雜的HDI板上至少把他們產量提高了百分之三，結果就是與其他新的成像技術相比，在1年內就能收回投資。