數字成像技術的最新發展動態

該技術研發進展緩慢、孵化期較長，但最終可加速提高批量生產，改善其驗收。

有人還認為，除了微通孔技術的發展之外，數字成像技術可能是在可接受的良率范圍內實現高密度互連的最具創新性的技術。

值得一提的是，“直接成像”可能比“激光直接成像（laser direct imaging，簡稱LDI）”更適合指代這一技術，因為LDI雖然開創了成像技術，但它只是數字成像的方法之一。

設備和光致抗蝕劑供應商已詳細介紹了形成電路的數字化方法所具備的優勢。因為省去了制造和調節底片的過程，所以數字化方法具有交付時間更短的優勢。因此，不需要額外成本就能定制小批量生產，如在產品上添加日期和批號等信息。激光光束的焦點在成像時會達到不同的深度，所以可以在共面性較差的表面上成像精細走線?？赡茏畲蟮膬瀯菔强s放成像的能力，也就是可以調節每次曝光范圍的尺寸，以最適合多層結構底層圖形上的參考點。但早期的數字成像系統存在大量缺陷，例如Orbotech的DP100只能使用有限輻射功率的氬離子激光器，不僅功耗大，對冷卻操作的要求也很高。

多年來，LDI都被作為數字成像技術的同義詞。初期取得商業化成功的數字工藝會用到激光技術，而近期的工藝會用到發光二極管（light emitting diode，簡稱LED）等非激光光源，這類光源功耗低、持久性強且光源輸出功率更高（圖1）。

圖1：新一代數字直接成像技術（digital direct imaging，簡稱DDI）使用不同光源和常見的TI DMD微機電系統（micro-electrical-mechanical system，簡稱MEMS）微鏡來引導強烈的紫外線

各種各樣的水銀燈也利用了不只一種波長。有些公司還使用噴墨技術構建成像圖形，例如標識打印文字、阻焊油墨或抗蝕油墨。這些技術都是逐像素地形成圖形，而且是用數字“開/關鍵”來生成圖形。開關可以充當光調制器（與激光直接成像技術中的一樣）或液晶聚合物電池（liquid crystal polymer，簡稱LCP）陣列，可以用電脈沖將其變為半透明或不透明。開關可以是芯片上的微鏡，例如 Texas Instruments生產的Digital Micromirror Device （DMD），利用電脈沖對微鏡進行尋址，使微鏡傾斜，將光導向基板或遠離基板（圖2）。

圖2：使用同樣的方式將UV光通過DLP/DMD直接射向面板表面

下文總結了數字成像系統的研發和商業化進程。

在2013年的productronica展會上，法國成像系統供應商Altix-Automata-Tech首次推出了ADIX系統。該系統基于先進的大功率LED輻射源（advanced high-power LED radiation source，簡稱ALDS）、兩個多波長UV-LED和DMD，適用于剛性和撓性基板，并且有自動處理功能選項。早期使用DMD的系統包括：

ORC的DI-Impact（之前由Pentax生產）

Hitachi的DE成像設備DE-H、DE-S和DE-F系列

德國MIVA Technologies公司生產的Miva 2600X直接成像設備

Maskless Lithography公司研發的基于DMD的系統（美國），其中用到了水銀電弧光源或LED

Aiscent Technologies（加拿大）

韓國公司Ajuhitek憑借EP數字成像系列設備打入市場，設備使用了波長為405 nm的激光二極管輻射源。

據我所知， HAN’s Laser Technology Group是中國知名的供應直接成像設備的制造商。

日本的直接成像設備供應商ADTEC、DNS、ORC和Via Mechanics還在不斷推出改進系統。

瑞士供應商PrintProcess公司推出了Apollon DI-F10（前置式手動單面操作）和Apollon-DI-A11 （內部翻轉自動化雙面操作）。根據光致抗蝕劑類型的不同，線寬分辨率為30~20μm。上面有1~7個成像頭（也可以選擇8個）。光源選用UV-LED，多波長的長度范圍在360~420 nm之間。這些設備可自動完成裝載卸載，不僅能自動完成成像縮放，還能成功分辨1mil[25.4μm]的特征。

德國的KLEO Halbleitertechnik GmbH公司從2009年開始供應直接成像設備，生產廠分別在德國和瑞士。KLEO-LDI-System CB20HV-Twinstage使用了波長為405nm的激光二極管。亞洲地區的工廠主要使用405nm的輻射源。Hitachi、DuPont、Atotech、Eternal、Kolon和Elga Europe均可以提供適合在405 nm波長的光源下進行曝光的光致抗蝕劑（干膜和液態）。2015年，Manz公司收購了KELO。

德國Limata公司生產的UV-P100 UV-LED直接成像設備主要針對樣品和快捷生產。該設備可使用傳統干膜和阻焊油墨。光源使用壽命大于10000小時。能夠加工的最大面板尺寸是650 mm × 540 mm，形成特征的分辨率可達50微米。該設備具備自動裝載卸載功能，并通過攝像頭和校準目標孔完成邊與邊校準。

Orbotech已經安裝了1000多臺直接成像設備。他們生產的Nuvogo DI System專門用于高階HDI/撓性和剛撓結合應用的批量生產。Nuvogo 800幾乎與早期所有抗蝕劑類型都兼容，可生成18μm的線寬和線距。Nuvogo利用了Orbotech久負盛名的大鏡面掃描技術（large-scan-optics-technology，簡稱LSO）。

MultiWave Laser Technology使用了多波長高強度激光光束，因此，可以使用具有標準光敏水平但成本更低的抗蝕劑提高產量（每條生產線每天最多可以生產7000塊面板），且具有最佳走線結構。

Manz是一家生產濕制程工藝化學設備供應商，該公司已經憑借其SpeedLight 2D系統打入了數字成像技術領域。該系統有2個操作臺，在成像第1塊面板的同時可以校準第2塊面板。成像設備含有288個激光二極管光束，由9個多邊形鏡像模塊調節形成。

德國激光直接成像系統供應商Limata GmbH公司在先進的UV-R 系列中應用了成熟的UV-P模型，應用于小批量PCB生產和光化學加工流程。該系統可以使用最新的多波長UV二極管激光器，具有很長的運行壽命。這兩個模型都包含1~8個激光頭，線寬線距分辨率可達25μm。預校準模塊最多可以處理64個校準目標，可實現近乎完美的校準。使用3種波長用最大的光源強度完成阻焊層成像，以適應敏感度較低的光致抗蝕劑。該設備可以添加機器人裝卸臺來提高產量并優化與其他加工設備的接口。

加拿大供應商Aiscent Technology研發數字成像技術已經15年之久。他們生產的系統使用了基于DMDR的光刻技術和專有的大功率激光器?，F有的雙面模型可用于生產PCB、高分辨率光掩模和數字屏幕成像，以及其他定制工業用途。

知名的機械與激光鉆孔設備供應商Schmoll Maschinen推出了數字直接成像（digital direct imaging，簡稱DDI）系統，可用于內層、外層和阻焊層成像的樣品加工。該系統以半導體激光二極管和大型（寬）光學部件為基礎，設備包含2~8個二極管激光器。Schmoll公司還推出了微鏡數字成像（micromirror digital imaging，簡稱MDI）系統。花崗巖工作平臺上安裝了獨特的“輕型發動機”成像頭，形成了可精密定位的系統。這項新技術可以用200多萬個高分辨率微鏡片將紫外線光形成的圖像轉移到電路基板上。這些系統有單工作臺單元或串聯式工作臺單元，最大加工尺寸為1371 x 914 mm單塊面板的XXL模型。這些單元使用了大功率LED，以及365~405 nm多波長的DMDR。

瑞士公司First EIE SA生產光電繪圖設備和噴墨打印機，其生產的直接成像設備EDI500非常適合小批量快板生產。其光源技術基于TI的DMDR設備，配備有高階UV鏡頭和超高壓水銀弧光燈。通過外置的CCD攝像頭或手動銷釘對準完成面板的校準。最大面板尺寸是620 x 690 mm，但新款EDI700可以加工更大的面板。

Visitech是一家專為直接成像設備提供光調制器（光學子系統）的挪威公司。Luxbeam Rapid System（LRS）是以TI的DLPR（微鏡）和多波長LED光源為基礎，射出的波長范圍在350~440 nm之間。該系統可以提供能夠達到不同分辨率的5個模塊，包括LLS2500 （2.5μm t/s）、 LLS04 （4μmt/s）、 LLS06 （6μmt/s）以及2個達30μmt/s的模塊。光多路傳輸技術可以實現更精細的分辨率。

前后對準

理想的是能達到前后對準。實現這一目標的對準方法有很多，有些方法不需要在曝光前在面板上鉆取靶位孔（“無孔對準”）。圖3展示了4種使用機械鉆孔和激光鉆孔進行對準的方法?！盁o孔對準”利用了光致抗蝕劑可以“打印出圖像”的特性，在曝光過程中，抗蝕劑的顏色會發生改變，使尚未顯現的聚合結構顯示了出來。不論使用哪種對準方法，都需要將面板放置在位于曝光頂部的操作臺上。在真空環境下，操作臺內放置的標識物開始在面板底部成像靶點或孔的位置。CCD攝像頭隨后將送入的面板和操作臺對準，反轉面板后，在面板頂部再重復一次同樣的操作。將面板翻轉后，CCD攝像頭在底部定位靶點或孔標記，然后進行校準和成像。

圖3：可以應用多種對準方法，圖中展示了其中4種方法

另一種方法如圖4所示。首先，校準DLP塔的記錄頭（步驟a），使用對準相機和對準類型（步驟b）檢測是否需要校正位置，然后在快速運轉的計算機上針對縮放、旋轉、定位和放大操作進行補償，從而保證成像可靠精確。自動聚焦功能會一直跟蹤PCB并針對翹曲和線路板厚度做出補償。

圖4：在PCB上設置校準目標的方式有很大差異，本圖展示了其中一種方式（來源：Dainippon Screen Mfg.Co.Ltd.）

總結

在應用DI技術生產新一代UHDI時，圖5所示是在較大的面板（510 mm x 515 mm）上形成3 μm線寬/線距。本圖展示的CCL/ABF基板使用了厚度為10 μm的干膜抗蝕劑，形成的走線縱橫比剛剛超過1∶3。使用焦點曝光矩陣（focus exposure matrix，簡稱FEM）可以確定材料最佳用量和最佳焦距。最佳用量用于證實分辨率。

由圖可知，當DOF是60μm時，CD值從-10 ~ -70 μm的偏離小于10%。使用FEM數據繪制出泊松分布圖（圖5a），其中X軸是焦距（μm），Y軸是CD（μm）。該圖顯示了60 μm的DOF。圖5b展示了在放大倍數較低的情況下，3 μm、3.5 μm和4 μm密集線寬/線距陣列。3 μm走線的高分辨率橫截面圖（圖5c）展示出了中線的寬高比為3.181∶9.873（高度為抗蝕劑厚度）。

圖5：a）FEM數據生成的泊松分布顯示60 μm DOF的偏離范圍小于10%；b）3 μm、3.5 μm和4 μm的密集線寬/線距陣列的低分辨率圖像；c）銅基板上10 μm厚干膜抗蝕劑上3 μm走線的橫截面圖像；在橫截面圖像中，走線的臨界尺寸是3.181 μm，抗蝕劑厚度為9.873 μm。

審核編輯：湯梓紅