- PCB制造的激光直接成像技術(shù)
- 采用LDI技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)所帶來的影響
- 激光鉆微孔工藝制造
- 大大簡(jiǎn)化圖像轉(zhuǎn)移的工序
- 明顯地提高圖形的位置度和層間圖形的對(duì)位度
- 明顯地捉高導(dǎo)線寬度的精確度
- 具有快速的反應(yīng)能力
激光直接成像(LaserDirectImaging，簡(jiǎn)稱LDI)就是這樣的一項(xiàng)技術(shù)。許多己經(jīng)頒布的“標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)計(jì)規(guī)范可能會(huì)隨著電路板功能的增加而發(fā)生改變，通過LDI技術(shù)使得處于高端的PCB組件的成本可能會(huì)降低。LDI不僅是一種制造微細(xì)引線和很多小尺寸產(chǎn)品的工具。在PCB的制造生產(chǎn)中，它是唯一有能力對(duì)PCB制造生產(chǎn)中的每一幅圖片進(jìn)行單獨(dú)登記記錄和按比例排列的?，F(xiàn)今，越來越多的PCB公司在生產(chǎn)過程中采用LDI技術(shù)。
1激光直接成像技術(shù)
LDI技術(shù)具有使用激光直接在，PCB上審視一幅圖像的能力。與常規(guī)工藝技術(shù)相比較最主要的變化是在使用的過程中不必使用照相工具。LDI的成像原理和掃描圖l所示。
當(dāng)然，放棄使用照像工具也有它的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)樵赑CB生產(chǎn)中普遍采用的基礎(chǔ)照像載體Mylar(密拉，一種聚酯薄膜的商標(biāo)名稱)對(duì)溫度和潮濕的變化非常敏感，當(dāng)這些變化非常迅速的時(shí)候，薄膜尺寸的變化也是非常明顯的。這一特性初看起來似乎無關(guān)重要，但是由于薄膜的尺寸會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于原始長度為500mm(20in)的薄膜，在一間環(huán)境穩(wěn)定良好的凈化室內(nèi)僅僅由于溫度和濕度所引發(fā)的變化，將會(huì)分別導(dǎo)致±11μm和±30μm的尺寸變化。對(duì)于一塊電路板來說，所要求的環(huán)線尺寸(AnnularRin8)為50μm或者75μm，絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)誤差可能在經(jīng)歷了一次工藝生產(chǎn)步驟以后就被用完了，而作為LDI對(duì)于這些變化就不那么敏感了。
對(duì)于設(shè)計(jì)師和制造廠商來說采用LDI具有的另一優(yōu)勢(shì)在于它對(duì)圖像的登記(Registration)和掃描所帶來的沖擊。如今，絕大多數(shù)的LDI系統(tǒng)擁有攝像機(jī)，它可以觀察兩個(gè)、四個(gè)甚至更多的基準(zhǔn)，不僅能夠登記每個(gè)分離的圖像，還能通過掃描每個(gè)分離的圖像按比例分別形成PCB生產(chǎn)面板的尺寸。為什么說這項(xiàng)工作是有益的?因?yàn)樵S多的工藝步驟會(huì)面臨大量自然狀態(tài)的變化現(xiàn)象。舉例來說：
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(1)每一個(gè)部門可能具有不同的溫度和濕度，甚至在一個(gè)部門內(nèi)溫度和濕度也將會(huì)有非常大的變化；
(2)基礎(chǔ)材料——環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺和Aramid(注：人造纖維中的一種，強(qiáng)韌和質(zhì)輕，可用于輪胎和防彈衣的制造)也會(huì)受到溫度和濕度的影響；
(3)MLB芯部的層壓片具有不均勻性；
(4)機(jī)械和激光鉆孔出錯(cuò)；
(5)焊料掩膜圖像和登記記錄出錯(cuò)。
如果在一個(gè)方向持續(xù)地發(fā)生不正確的變化，在生產(chǎn)期間通過調(diào)整處理，可以很容易地得到糾正。但是在PCB生產(chǎn)過程中大多數(shù)的隨機(jī)變化是很難予以控制的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，每塊面板的尺寸可能會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)定的允許誤差為100μm或者更大的時(shí)候，這可能不會(huì)是什么問題。然而，當(dāng)把大量的功能放入一個(gè)很小的空間時(shí)這就意味著設(shè)計(jì)規(guī)定的允許誤差趨小。當(dāng)裝配人員將PCB組件放置入較小形狀的面板上時(shí)，隨機(jī)變化現(xiàn)象將會(huì)大大的減少。但令人感到遺憾的是，這將涉及到大量的成本問題：為了滿足小型化面板的需要，需要更多的處置成本，材料的利用則會(huì)降為比較次要的問題(圖2)。
綜合來看使用激光直接成像技術(shù)可以帶來如下的主要優(yōu)點(diǎn)：
(1)大大簡(jiǎn)化圖像轉(zhuǎn)移的工序；
(2)明顯地提高圖形的位置度和層間圖形的對(duì)位度；
(3)明顯地捉高導(dǎo)線寬度的精確度；
(4)具有快速的反應(yīng)能力，對(duì)于那些技術(shù)性復(fù)雜(如高密度的HDI／BUM、IC基板等)、周期短、批量小等：PCB產(chǎn)品，采用LDI技術(shù)是非常有利的；
(5)節(jié)約生產(chǎn)成本和提高投資回報(bào)率；
(6)實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)高精確性、低缺陷率的批量產(chǎn)品生產(chǎn)；
(7)能夠與現(xiàn)有PCB生產(chǎn)工藝、方法和管理等相融合。
2采用LDI技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)所帶來的影響
通過采用LDI登記記錄和按比例縮放(Scaling)哪些生產(chǎn)參數(shù)可以有所改善?設(shè)計(jì)師應(yīng)該關(guān)注什么東西，以便裝配人員在PCB裝配時(shí)給予支持?裝配人員處在進(jìn)退兩難的處境。一般來說，他們并不愿意采用新的技術(shù)，除非要求他們這樣做。同時(shí)，他們也希望能夠在技術(shù)方面處于領(lǐng)先的地位。在設(shè)計(jì)或者需求的條款中，這些想法通常不會(huì)得到OEM廠商或CEM廠商的互動(dòng)。真實(shí)的情況是，對(duì)于引入新技術(shù)來說，“讓我們使用在目前工作狀態(tài)下所采用的相同的設(shè)計(jì)規(guī)則。”和其它類似的說法具有相當(dāng)大的慣性。
對(duì)于LDI技術(shù)而言，由于設(shè)計(jì)允許誤差而可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響的因素包括：
(1)機(jī)械鉆鍍覆的通孔(最小的外層圓環(huán)最小的內(nèi)層圓環(huán))；
(2)激光鉆微通孔(最小的外層圓環(huán)、最小的內(nèi)層圓環(huán)等)；
(3)滿足通孔焊盤鍍覆或者借孔焊盤鍍覆的焊料掩膜窗口(登記記錄允許誤差的最小液態(tài)照相焊料掩膜)；
(4)能夠滿足SMD焊盤的焊料掩膜窗口和焊料掩膜壩(登記記錄允許誤差的最小的液態(tài)照相焊料掩膜)；
(5)在SMD焊盤或PTH焊盤之間導(dǎo)體的數(shù)量，因?yàn)樵谶@些特別部位之間的走線具有良好的登記記錄：
(6)如果LDI焊料掩膜被用來良好地覆蓋SMD焊盤或PTH焊盤之間的空隙與導(dǎo)體數(shù)量；
(7)如上第5項(xiàng)和第6項(xiàng)的對(duì)立面將會(huì)增加通孔或者微通孔的密度，這是由于它們非常密集地安置在一起。
由于在PCB上面精確登記和按比例縮放以及圖像的能力，所有這些允許誤差會(huì)因此受到影響。如果說這些允許誤差可以被改善，那么更加多的功能可以被添加到一塊PCB上面，或者說同樣的PCB組件可以以較低的成本進(jìn)行制造。任何一種產(chǎn)品參數(shù)的列表都能夠清晰地表明設(shè)計(jì)的規(guī)則。設(shè)計(jì)師將在他們的CAD程序中使用這些規(guī)則。那么可以歸納的優(yōu)點(diǎn)如下：
(1)使用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)則可以形成高產(chǎn)量。
LDI可以允許制造廠商在高產(chǎn)量的情況下符合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)則，這是因?yàn)橛捎谶`反設(shè)計(jì)規(guī)則所產(chǎn)生的缺陷數(shù)將被減少到最低的程度，以滿足下述要求：
?、偻鈱訄A環(huán)走線／定位焊盤；
?、诤噶涎谀た障逗蛧鷫?；
?、蹆?nèi)層微孔連接焊盤；
?、茉趦?nèi)層的通孔圓環(huán)走線。
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(2)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則。
作為一種可以替換的方法，制造廠商可以使用LDI登記記錄和定位排列的能力來提供嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則，以滿足：
?、偻鈱訄A環(huán)走線／定位焊盤；
?、诤噶涎谀た障逗蛧鷫危?br />
?、蹆?nèi)層微孔連接焊盤；
?、茉趦?nèi)層的通孔圓環(huán)走線；
?、菰诤副P之間的導(dǎo)線數(shù)量；
?、蘅酌芏?。
3激光鉆微孔
上述的設(shè)計(jì)規(guī)則有兩項(xiàng)重要性在增強(qiáng)。首先，在高密度互連技術(shù)(High：DensityInterconnect，簡(jiǎn)稱HDI)和微通孔PCB組件中LDI的使用。將外層圓環(huán)減少到最小的程度，制造廠商能夠獲得減少材料的功能，由于多層層壓板的作用，在照相成像的工藝過程中會(huì)因環(huán)境而發(fā)生變化、激光鉆孔的變動(dòng)和允許誤差的作用而發(fā)生變化。LDI登記記錄和排列定位能夠有助于前面的兩項(xiàng)內(nèi)容(它不可能形成激光鉆孔的允許誤差)。
對(duì)于裝配廠商來說標(biāo)準(zhǔn)的和先進(jìn)的裝配能力分別是75um和50gm。這對(duì)機(jī)械鉆孔操作是非常微小的允許誤差，因?yàn)榧す忏@孔的精度非常高，它可以提高誤差精度(表1)。當(dāng)圖像被登記記錄和排列定位，直致激光鉆出微通孔的時(shí)候，一些LDI的使用者能夠?qū)崿F(xiàn)小于25gm的外層圓環(huán)鉆孔能力，這可以滿足微型通道的需要，而環(huán)線又不會(huì)發(fā)生破壞的
現(xiàn)象。在歐洲，高端微通孔產(chǎn)品中是最大量采用LDI技術(shù)的地方。
對(duì)于采用激光鉆微通孔的情形，內(nèi)層可以具有最小的環(huán)線，它有時(shí)候被稱之為定位焊盤(CapturePad)或者反彈焊盤(BouncePad)，它可以起到提高激光鉆孔精度的作用，具有登記記錄激光鉆孔到N-1層面上和N-1層的圖像允許定位誤差的能力。
N-1以圖像的定位允許誤差將通過LDI得以改善。相同的原理也可以改善兩層深度的微通道的允許誤差。
OEM廠商、設(shè)計(jì)師利裝配人員在改善焊料掩膜登記記錄方面的興趣不斷增加。目前的情況是，裝配廠商能會(huì)要求放棄圍繞焊盤印刷焊料掩膜的精細(xì)網(wǎng)狀組織，因?yàn)樗麄兗葲]有圖像也沒有正確的位置。這種情形會(huì)對(duì)裝配的產(chǎn)量產(chǎn)生沖擊。像這樣，設(shè)計(jì)師們會(huì)要求圍繞焊盤采用較小的空隙，這樣就使得絕大多數(shù)的裝配廠商不能夠?qū)崿F(xiàn)較高的一次性通過率。
由CAT公司出版的最新數(shù)據(jù)，作為IPCPCQR測(cè)試程序的一部分表明了仔在的問題，CAT公司對(duì)超過40家制造廠商的研究工作表明，當(dāng)焊料掩膜空隙為0.0015in(37.5μm)的候，儀有一半的記錄一次性通過率超過50％。
LDI對(duì)焊料掩膜窗口的潛在影響在表2中所示。制造廠商所能實(shí)現(xiàn)的最小液體可成像(LiquidPhotoima8eable，簡(jiǎn)稱LPI)焊料掩膜允許誤差(x)是因?yàn)槎鄬訉訅喊宓挠绊憣?dǎo)致材料移動(dòng)，由于鍍覆和烘干的影響導(dǎo)致材料尺寸的變動(dòng)以及由于環(huán)境的變化導(dǎo)致在成像l工藝過程中變化的共同作用而產(chǎn)生的。對(duì)于焊料掩膜成像的后期是綜合的，因?yàn)槌Ｒ?guī)的焊料掩膜成像要花費(fèi)較長的時(shí)間(20s～40s)，
這比基本成像和薄膜加熱的時(shí)間要長，干燥的速度也非常快。這些因素會(huì)對(duì)薄膜的尺寸產(chǎn)生重大的影響，最主要的影響在于對(duì)焊料掩膜的登記記錄。
絕大多數(shù)制造廠商在焊料掩膜登記記錄方面存在問題，其結(jié)果使工藝操作程序變慢，形成不良的一次性通過率。LDI登記記錄和排列定位有助于大大改善材料尺寸的變化和薄膜尺寸的變化。另外，LDI的使用可以在較大的面板上制造m誤差在2．5um以內(nèi)的焊料掩膜圖像。相同的精確分析能夠用米顯示改善的允許誤差記錄，以滿足SMT焊盤的焊料掩膜窗口的需要以及形成精細(xì)的焊料掩膜圍堤的需要。
從LDI中能夠扶得最大好處的應(yīng)用場(chǎng)合包括：
(1)具有嚴(yán)格的環(huán)圈允許誤差的微通孔PCB組件；
(2)內(nèi)層和外層的精度和記錄作為重要考慮因素的多層PCB組件；
(3)高頻材料通常不具有像常規(guī)環(huán)氧玻璃層壓板一樣的溫度穩(wěn)定性，為了能夠滿足各種類型的多層和微孔應(yīng)用，LDI可以彌補(bǔ)這種材料變化現(xiàn)象。
當(dāng)設(shè)計(jì)師們考慮相關(guān)于導(dǎo)體、焊盤和內(nèi)層、外層和微通孔層上的閉環(huán)線的設(shè)計(jì)規(guī)則的時(shí)候，設(shè)計(jì)師應(yīng)該讓那些裝配廠商使用LDI，以求發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差能否更為嚴(yán)格，并將這些數(shù)據(jù)輸入到他們的CAD程序之中。設(shè)計(jì)師不需要關(guān)心制造廠商的初級(jí)圖像，因?yàn)樵趯?shí)施了工藝操作過程以后，圖像材料不會(huì)脫離PCB組件。然而，當(dāng)涉及到焊盤掩膜時(shí)，設(shè)計(jì)師必須具體指定哪一種焊料掩膜可以被接受。
