- PCB制造的激光直接成像技術
- 采用LDI技術對設計所帶來的影響
- 激光鉆微孔工藝制造
- 大大簡化圖像轉移的工序
- 明顯地提高圖形的位置度和層間圖形的對位度
- 明顯地捉高導線寬度的精確度
- 具有快速的反應能力
激光直接成像(LaserDirectImaging，簡稱LDI)就是這樣的一項技術。許多己經頒布的“標準”設計規(guī)范可能會隨著電路板功能的增加而發(fā)生改變，通過LDI技術使得處于高端的PCB組件的成本可能會降低。LDI不僅是一種制造微細引線和很多小尺寸產品的工具。在PCB的制造生產中，它是唯一有能力對PCB制造生產中的每一幅圖片進行單獨登記記錄和按比例排列的。現(xiàn)今，越來越多的PCB公司在生產過程中采用LDI技術。
1激光直接成像技術
LDI技術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。
當然，放棄使用照像工具也有它的優(yōu)勢。這是因為在PCB生產中普遍采用的基礎照像載體Mylar(密拉，一種聚酯薄膜的商標名稱)對溫度和潮濕的變化非常敏感，當這些變化非常迅速的時候，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重要，但是由于薄膜的尺寸會發(fā)生變化，對于原始長度為500mm(20in)的薄膜，在一間環(huán)境穩(wěn)定良好的凈化室內僅僅由于溫度和濕度所引發(fā)的變化，將會分別導致±11μm和±30μm的尺寸變化。對于一塊電路板來說，所要求的環(huán)線尺寸(AnnularRin8)為50μm或者75μm，絕大多數(shù)的設計誤差可能在經歷了一次工藝生產步驟以后就被用完了，而作為LDI對于這些變化就不那么敏感了。
對于設計師和制造廠商來說采用LDI具有的另一優(yōu)勢在于它對圖像的登記(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，它可以觀察兩個、四個甚至更多的基準，不僅能夠登記每個分離的圖像，還能通過掃描每個分離的圖像按比例分別形成PCB生產面板的尺寸。為什么說這項工作是有益的?因為許多的工藝步驟會面臨大量自然狀態(tài)的變化現(xiàn)象。舉例來說：
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(1)每一個部門可能具有不同的溫度和濕度，甚至在一個部門內溫度和濕度也將會有非常大的變化；
(2)基礎材料——環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺和Aramid(注：人造纖維中的一種，強韌和質輕，可用于輪胎和防彈衣的制造)也會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)機械和激光鉆孔出錯；
(5)焊料掩膜圖像和登記記錄出錯。
如果在一個方向持續(xù)地發(fā)生不正確的變化，在生產期間通過調整處理，可以很容易地得到糾正。但是在PCB生產過程中大多數(shù)的隨機變化是很難予以控制的。在實際生產過程中，每塊面板的尺寸可能會發(fā)生變化。當設計規(guī)定的允許誤差為100μm或者更大的時候，這可能不會是什么問題。然而，當把大量的功能放入一個很小的空間時這就意味著設計規(guī)定的允許誤差趨小。當裝配人員將PCB組件放置入較小形狀的面板上時，隨機變化現(xiàn)象將會大大的減少。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可以帶來如下的主要優(yōu)點：
(1)大大簡化圖像轉移的工序；
(2)明顯地提高圖形的位置度和層間圖形的對位度；
(3)明顯地捉高導線寬度的精確度；
(4)具有快速的反應能力，對于那些技術性復雜(如高密度的HDI／BUM、IC基板等)、周期短、批量小等：PCB產品，采用LDI技術是非常有利的；
(5)節(jié)約生產成本和提高投資回報率；
(6)實現(xiàn)低成本生產高精確性、低缺陷率的批量產品生產；
(7)能夠與現(xiàn)有PCB生產工藝、方法和管理等相融合。
2采用LDI技術對設計所帶來的影響
通過采用LDI登記記錄和按比例縮放(Scaling)哪些生產參數(shù)可以有所改善?設計師應該關注什么東西，以便裝配人員在PCB裝配時給予支持?裝配人員處在進退兩難的處境。一般來說，他們并不愿意采用新的技術，除非要求他們這樣做。同時，他們也希望能夠在技術方面處于領先的地位。在設計或者需求的條款中，這些想法通常不會得到OEM廠商或CEM廠商的互動。真實的情況是，對于引入新技術來說，“讓我們使用在目前工作狀態(tài)下所采用的相同的設計規(guī)則。”和其它類似的說法具有相當大的慣性。
對于LDI技術而言，由于設計允許誤差而可能會對其產生影響的因素包括：
(1)機械鉆鍍覆的通孔(最小的外層圓環(huán)最小的內層圓環(huán))；
(2)激光鉆微通孔(最小的外層圓環(huán)、最小的內層圓環(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焊盤之間導體的數(shù)量，因為在這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體數(shù)量；
(7)如上第5項和第6項的對立面將會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行制造。任何一種產品參數(shù)的列表都能夠清晰地表明設計的規(guī)則。設計師將在他們的CAD程序中使用這些規(guī)則。那么可以歸納的優(yōu)點如下：
(1)使用現(xiàn)有的設計規(guī)則可以形成高產量。
LDI可以允許制造廠商在高產量的情況下符合現(xiàn)有的設計規(guī)則，這是因為由于違反設計規(guī)則所產生的缺陷數(shù)將被減少到最低的程度，以滿足下述要求：
①外層圓環(huán)走線／定位焊盤；
②焊料掩膜空隙和圍壩；
③內層微孔連接焊盤；
④在內層的通孔圓環(huán)走線。
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(2)嚴格的設計規(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格的設計規(guī)則，以滿足：
?、偻鈱訄A環(huán)走線／定位焊盤；
②焊料掩膜空隙和圍壩；
③內層微孔連接焊盤；
④在內層的通孔圓環(huán)走線；
⑤在焊盤之間的導線數(shù)量；
?、蘅酌芏?。
3激光鉆微孔
上述的設計規(guī)則有兩項重要性在增強。首先，在高密度互連技術(High：DensityInterconnect，簡稱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因環(huán)境而發(fā)生變化、激光鉆孔的變動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內容(它不可能形成激光鉆孔的允許誤差)。
對于裝配廠商來說標準的和先進的裝配能力分別是75um和50gm。這對機械鉆孔操作是非常微小的允許誤差，因為激光鉆孔的精度非常高，它可以提高誤差精度(表1)。當圖像被登記記錄和排列定位，直致激光鉆出微通孔的時候，一些LDI的使用者能夠實現(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)線又不會發(fā)生破壞的
現(xiàn)象。在歐洲，高端微通孔產品中是最大量采用LDI技術的地方。
對于采用激光鉆微通孔的情形，內層可以具有最小的環(huán)線，它有時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、設計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，裝配廠商能會要求放棄圍繞焊盤印刷焊料掩膜的精細網狀組織，因為他們既沒有圖像也沒有正確的位置。這種情形會對裝配的產量產生沖擊。像這樣，設計師們會要求圍繞焊盤采用較小的空隙，這樣就使得絕大多數(shù)的裝配廠商不能夠實現(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測試程序的一部分表明了仔在的問題，CAT公司對超過40家制造廠商的研究工作表明，當焊料掩膜空隙為0.0015in(37.5μm)的候，儀有一半的記錄一次性通過率超過50％。
LDI對焊料掩膜窗口的潛在影響在表2中所示。制造廠商所能實現(xiàn)的最小液體可成像(LiquidPhotoima8eable，簡稱LPI)焊料掩膜允許誤差(x)是因為多層層壓板的影響導致材料移動，由于鍍覆和烘干的影響導致材料尺寸的變動以及由于環(huán)境的變化導致在成像l工藝過程中變化的共同作用而產生的。對于焊料掩膜成像的后期是綜合的，因為常規(guī)的焊料掩膜成像要花費較長的時間(20s～40s)，
這比基本成像和薄膜加熱的時間要長，干燥的速度也非常快。這些因素會對薄膜的尺寸產生重大的影響，最主要的影響在于對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的焊料掩膜圍堤的需要。
從LDI中能夠扶得最大好處的應用場合包括：
(1)具有嚴格的環(huán)圈允許誤差的微通孔PCB組件；
(2)內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用，LDI可以彌補這種材料變化現(xiàn)象。
當設計師們考慮相關于導體、焊盤和內層、外層和微通孔層上的閉環(huán)線的設計規(guī)則的時候，設計師應該讓那些裝配廠商使用LDI，以求發(fā)現(xiàn)設計誤差能否更為嚴格，并將這些數(shù)據(jù)輸入到他們的CAD程序之中。設計師不需要關心制造廠商的初級圖像，因為在實施了工藝操作過程以后，圖像材料不會脫離PCB組件。然而，當涉及到焊盤掩膜時，設計師必須具體指定哪一種焊料掩膜可以被接受。
