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光刻技術(shù)在PCB領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 芯碁微裝    2024-04-15

①PCB 領(lǐng)域光刻技術(shù)概況

PCB 是所有電子產(chǎn)品必備的電路載體，是電子工業(yè)中的重要基礎(chǔ)部件，PCB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平在一定程度上反映一個國家或地區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度與技術(shù)水平。PCB 生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，涉及多個工藝環(huán)節(jié)，每個工藝環(huán)節(jié)對應(yīng)著相應(yīng)的專用設(shè)備需求，主要包括激光鉆孔機、激光切割機、數(shù)控鉆床、曝光設(shè)備、蝕刻設(shè)備、電鍍設(shè)備、檢測設(shè)備等。

其中，曝光設(shè)備是 PCB 制造中的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于 PCB 制造中的線路層曝光及阻焊層曝光工藝環(huán)節(jié)，主要功能是將設(shè)計的電路線路圖形轉(zhuǎn)移到 PCB基板上，其技術(shù)發(fā)展同下游 PCB 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。

目前，在大規(guī)模 PCB 制造領(lǐng)域，根據(jù)曝光時是否使用底片，光刻技術(shù)可主要分為直接成像（直寫光刻在 PCB 領(lǐng)域一般稱為“直接成像”，對應(yīng)的設(shè)備稱為“直接成像設(shè)備”）與傳統(tǒng)曝光（對應(yīng)的設(shè)備為傳統(tǒng)曝光設(shè)備）。PCB 主要光刻技術(shù)具體分類如下：

②PCB 直接成像技術(shù)原理

直接成像（DI）是指計算機將電路設(shè)計圖形轉(zhuǎn)換為機器可識別的圖形數(shù)據(jù)，并由計算機控制光束調(diào)制器實現(xiàn)圖形的實時顯示，再通過光學(xué)成像系統(tǒng)將圖形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的基板表面上，完成圖形的直接成像和曝光。

根據(jù)使用發(fā)光元件的不同，直接成像可進一步分為激光直接成像（LDI）以及非激光的紫外光直接成像，如紫外 LED 直接成像技術(shù)（UVLED-DI），其中LDI 的光是由紫外激光器發(fā)出，主要應(yīng)用于 PCB 制造中線路層的曝光工藝，而UVLED-DI 的光是由紫外發(fā)光二極管發(fā)出，主要應(yīng)用于 PCB 制造中阻焊層的曝光工藝。線路層曝光對曝光的線寬精細(xì)度、對位精度具有較高要求，而防焊層曝光對產(chǎn)能效率和線路板表面質(zhì)量具有較高要求，二者在技術(shù)難度上沒有高低之分，僅技術(shù)的側(cè)重點不同。

③直接成像技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢

近年來，隨著 PCB 下游應(yīng)用市場如智能手機、平板電腦等電子產(chǎn)品向大規(guī)模集成化、輕量化、高智能化方向發(fā)展，PCB 制造工藝要求不斷提升，對 PCB制造中的曝光精度（最小線寬）要求越來越高，多層板、HDI 板、柔性版及 IC載板等中高端 PCB 產(chǎn)品的市場需求不斷增長，從而推動了直接成像技術(shù)發(fā)展不斷成熟。

與傳統(tǒng)曝光技術(shù)相比較，直接成像設(shè)備在光刻精度、對位精度、良品率、環(huán)保性、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本、柔性化生產(chǎn)、自動化水平等方面具有優(yōu)勢。隨著技術(shù)水平不斷提升，設(shè)備成本不斷降低，直接成像設(shè)備在中高端 PCB 產(chǎn)品制造中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，成為了目前PCB制造曝光工藝中的主流發(fā)展技術(shù)，

④直接成像設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況與前景

PCB 產(chǎn)品目前主要分為單面板、雙面板、多層板、HDI 板、柔性板以及 IC載板等類型，不同類型的產(chǎn)品對制造過程中的曝光精度（線路最小線寬）要求不同，單面板、雙面板等傳統(tǒng)低端 PCB 產(chǎn)品的最小線寬要求相對較低，多層板、HDI 板與柔性板等中高端 PCB 產(chǎn)品的最小線寬要求較高，IC 載板是近年來興起的新型高端 PCB 產(chǎn)品，其對最小線寬具有最高的技術(shù)要求。

根據(jù)臺灣電路板協(xié)會（TPCA）發(fā)布的臺灣 PCB 產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖，2021年中高端 PCB 產(chǎn)品的曝光精度要求較 2019 年將具有明顯的提升，其中多層板最小線寬從 40μm 提升至 30μm；HDI 板最小線寬從 40μm 提升至 30μm；柔性板最小線寬從 20μm 提升至 15μm；IC 載板最小線寬從 8μm 提升至 5μm。

目前，直接成像設(shè)備在 PCB 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中能夠?qū)崿F(xiàn)的最小線寬已經(jīng)達(dá)到 5μm，而使用傳統(tǒng)曝光底片（銀鹽膠片）的傳統(tǒng)曝光設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的最小線寬一般約為 50μm，無法達(dá)到上述中高端 PCB 產(chǎn)品大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制造中的曝光精度需求。

在下游市場需求方面，隨著下游電子產(chǎn)品向便攜、輕薄、高性能等方向發(fā)展，PCB 產(chǎn)業(yè)逐漸向高密度、高集成、細(xì)線路、小孔徑、大容量、輕薄化的方向發(fā)展，PCB 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級。多層板、HDI 板、柔性板以及 IC 載板等中高端 PCB 產(chǎn)品市場份額占比不斷提升，目前已經(jīng)占據(jù)了 PCB 市場的大部分份額。

根據(jù) Prismark 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018 年全球 PCB 產(chǎn)品中多層板產(chǎn)值占比約為 39.40%，HDI 板產(chǎn)值占比為 14.80%，柔性板產(chǎn)值占比為 19.90%，IC 載板產(chǎn)值占比為12.10%，按照臺灣電路板協(xié)會發(fā)布的 PCB 產(chǎn)業(yè)技術(shù)藍(lán)圖中 2019 年線寬要求50μm 以下的 PCB 產(chǎn)品占比已經(jīng)達(dá)到了 86.10%。

在 PCB 產(chǎn)品不斷升級的過程中，傳統(tǒng)曝光技術(shù)在光刻精度、對位精度、生產(chǎn)效率、柔性化生產(chǎn)、自動化水平以及環(huán)保性等方面已經(jīng)難以滿足多層板、HDI板、柔性板、IC 載板等中高端 PCB 產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求，直接成像技術(shù)已經(jīng)成為了中高端 PCB 產(chǎn)品制造中的主流技術(shù)方案。

隨著直接成像技術(shù)的進一步發(fā)展成熟，直接成像設(shè)備的制造成本及銷售價格有望進一步下降，其在單面板、雙面板等低端 PCB 領(lǐng)域中有望對傳統(tǒng)曝光設(shè)備實現(xiàn)替代，進一步提升市場滲透率。

在設(shè)備售價方面，隨著我國 PCB 直接成像設(shè)備的技術(shù)水平快速提升以及整個 PCB 產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)不斷完善，直接成像設(shè)備的生產(chǎn)成本得到了有效降低，其銷售價格與傳統(tǒng)曝光設(shè)備間的價差逐漸縮小，使得下游 PCB 生產(chǎn)客戶能夠有效縮減設(shè)備生命周期內(nèi)生產(chǎn) PCB 產(chǎn)品的單位成本。

綜上所述，目前在 PCB 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，相較于傳統(tǒng)曝光設(shè)備，直接成像設(shè)備在曝光精度、良品率、生產(chǎn)效率、環(huán)保性、自動化水平等諸多方面具有比較優(yōu)勢，符合 PCB 產(chǎn)業(yè)高端化升級要求，成為了 PCB 制造中曝光工藝的主流技術(shù)方案，隨著設(shè)備成本的不斷下降，未來直接成像設(shè)備市場需求有望快速增長。

⑤國產(chǎn) PCB 直接成像設(shè)備發(fā)展情況

在 PCB 直接成像設(shè)備領(lǐng)域，由于設(shè)備由多個系統(tǒng)組成，設(shè)備生產(chǎn)工藝復(fù)雜，因此技術(shù)門檻高，目前行業(yè)主要參與者包括以色列 Orbotech、日本的 ORC、ADTEC、SCREEN 以及國內(nèi)的芯碁微裝、江蘇影速、天津芯碩、中山新諾、大族激光等企業(yè)。由于我國 PCB 直接成像技術(shù)發(fā)展起步較晚，以 Orbotech、ORC 為代表的國外企業(yè)占據(jù)主要市場份額。

近年來，我國企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，技術(shù)水平得到有效提升，以芯碁微裝為代表的國內(nèi) PCB 直接成像設(shè)備廠商在最小線寬、對位精度、產(chǎn)能等核心性能指標(biāo)方面，已經(jīng)能夠與國外廠商進行市場競爭，并且憑借產(chǎn)品性能及本土服務(wù)優(yōu)勢，開始逐步實現(xiàn)進口替代及設(shè)備出口。未來，隨著全球 PCB 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級以及國內(nèi)直接成像設(shè)備廠商的業(yè)務(wù)規(guī)模不斷增長，國產(chǎn)直接成像設(shè)備有望加速實現(xiàn)對行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)曝光設(shè)備以及對進口 PCB 直接成像設(shè)備的替代。