1 甚高密度化图形带来的挑战
PCB高密度化的要求本质上是主要来自IC等元(组)件集成度和PCB制造工艺技术的挑战。
(1)IC等元(组)件集成度的挑战。我们必须清楚地看到:PCB的导线的精细度化、位置度和微小孔化远远落后于IC集成度发展的要求了,见表1所示。
表一
年 | 集成电路线宽 | PCB线宽/um | 比率 |
1970 | 3 | 300 | 1:100 |
2000 | 0.18 | 100~300 | 1:530~1:170 |
2010 | 0.05 | 10~25(要求) | 1:200~1:500 |
2011 | 0.02 | 4~10(要求) | 1:200~1:500 |
注:导通孔尺寸也随着导线精细化而缩小,一般为导线宽度的2-3倍。
目前和今后的导线的线宽/ 间距(L / S , 单位-μm)走向:→75/75→50/50→30/30→20/20→10/10,或更小。相应的微小孔(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集成度的发展要求,摆在PCB企业目前和今后的大挑战是如何生产“甚高密度”精细化的导线、位置度和微小孔化的问题。
(2)PCB本身制造技术的挑战。
我们更应看到;传统PCB制造技术和工艺已经不能适应PCB“甚高密度化”的发展需要。传统照像底片的图形转移的加工过程冗长,如表2所示。传统照像底片的图形转移的偏差大。
由于传统照像底片的图形转移的定位偏差、照像底片温湿度(保管与使用)和照片厚度形成光的“折射”等带来的尺寸偏差在±25 μm以上,这就决定了传统照像底片的图形转移工艺技术难于生产L/S ≤30 μm的精细导线与位置度、层间对位度的PCB产品。
表2 各种图形转移方法所需的工序
传统底片的图形转移 | 激光直接的图形转移 | 数字喷墨打印的图形转移 |
CAD/CAM:PCB设计 | CAD/CAM:PCB设计 | CAD/CAM:PCB设计 |
矢量/光栅转移,光绘机 | 矢量/光栅转移,光绘机 | 矢量/光栅转移,光绘机 |
底片进行光绘成像,光绘机 | / | / |
底片(film)显影,显影机 | / | / |
底片稳定化,湿、温度控制 | / | / |
底片检验,缺陷与尺寸检查 | / | / |
底片冲制(定位孔) | / | / |
底片保持、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)的作用
2.1 传统PCB制造技术的主要缺点
在传统的PCB制造技术中,尽管可以采用薄型干膜(如厚度≤25 μm)或湿膜(8 μm ~ 12 μm厚度),并采用平行光的曝光机和特种蚀刻液或新的蚀刻方法等来获得精细的导线(L/S )。但是,对于甚高密度化(特别是L/S≤50 μm)的PCB生产来说,继续运用这些传统的照像底片曝光的图形转移方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的要求。
在采用照像底片曝光的图形转移方法中,形成的图形的位置度偏差主要是来自照像底片的温湿度变化和对位度误差。当照像底片的生产、保存和应用等处于严控温湿度下时,主要尺寸误差是由机械定位偏差来决定的。我们知道,目前采用机械定位的高精度是±25 μm,而重复精度为±12.5 μm。如果我们要生产L/S=50 μm导线和φ100 μm的PCB多层图形,很显然,仅机械定位的尺寸偏差就很难生产出高合格率的产品来的,更不用说还存在着其它很多因素(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)带来的尺寸偏差!更重要地是,这种机械定位的尺寸偏差是“无法补偿”的,因为它是非规律性的。
以上表明:当PCB的L/S ≤50 μm以后,继续采用照像底片曝光的图形转移方法来制造“甚高密度”的PCB板是不现实的,因为它遇到了机械定位和其它因素等尺寸偏差而带来的“制造极限”!
(2)产品加工周期长。由于采用照像底片曝光的图形转移方法来制造“甚高密度”的PCB板的加工过程冗长。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)制造成本高。由于采用照像底片曝光的图形转移方法,不仅加工过程多、生产周期长,因此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)和其它辅助材料与化学用品等,有人统计,对于中等规模的PCB企业,一年内仅消耗的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)所带来的效益!