TTM Technologies公司位于威斯康辛州的Chippewa Falls市，I-Connect007最近采访了这家公司的高级制造工程师Loren Davidson。本次采访讨论了很多主题，Loren详细介绍了中等产量工厂使用的成像工艺和设备、业内使用的多种成像方法，以及根据可靠的统计数据做决策的重要性。
Andy Shaughnessy：Loren，能否分享你是如何进入成像领域的？
Loren Davidson：我在这一行工作了38年。一开始从事钻孔相关工作，35年前开始转行研究内层成像工艺。多年来，我把大部分时间和精力都倾注在了内层成像工艺上，偶尔也会研究外层成像工艺。大约5年前，我开始同时研究内层和外层成像技术。除了要考虑到电镀工艺和印制蚀刻工艺的差别之外，其实内层和外层的成像技术是相当互补的。
位于Chippewa Falls市的TTM工厂专门从事高端产品的中等批量生产，不做产品的大批量生产。我们在挑战技术的极限，力争尽快投入市场；我们也不一定必须制造样品，但是通常是更主流的产品，一旦实现产品商业化或者所有公司都掌握了相应的生产能力，我们就会把生产任务交接给其他工厂或发往中国生产。我们始终保持拥有小众市场的特点和优势。
Shaughnessy：真不错。介绍一下你们使用的工艺和设备吧。
Davidson：我们有两台Orbotech的Nuvogo激光直接成像设备，用于内层成像。这是为了生产需要曝光-蚀刻的产品。我们还有一台Altix生产的Acura机械曝光设备，用于加工尺寸较小、结构较简单的产品。其运行速度比LDI快，所以我们在需求量增速较快的产品上会使用这台设备。对于外层成像，我们有两台Nuvogo设备用于加工曝光-电镀产品和需要特殊印制层的产品，可以进行选择性镀金操作，比如点镀操作。为满足客户特殊成像需求，会使用ENEPIG和ENIG工艺。对于印制之后的湿制程，我们用SCHMID DES（显影、蚀刻、褪膜）生产线完成内层成像，用SCHMID显影设备成像外层。接下来就是电镀方面。对于贴膜，用Hakuto CSL（贴膜机）。
Shaughnessy：你们采用激光成像和底片成像两种技术？
Davidson：没错，用Acura曝光设备印制内层银膜。这是一种自动化的蛤壳式曝光设备，可以自动装载层到曝光框架区域，将顶部和底部底片预对准，抽真空，然后同时在两侧曝光层，再送出。对于激光直接成像，当然一次只能成像一侧。Nuvogo是有双层抽屉的曝光设备，所以曝光速度更快，但仍比不上机械曝光设备的速度。
Shaughnessy：那么分界点是什么？如何知道何时适合用底片成像，何时适合用激光成像？
Davidson：取决于间距的大小。如果内层的间距大于等于3mil[76.2μm]时，我们就用Acura；小于3 mil[76.2μm]就不能用Acura了。有些产品可以进行返修和焊接，但有的产品是不能的。使用机械曝光设备成像时，反复出现残留碎片的风险更大，此时就需要用LDI设备，因为LDI后更不容易有残留物。是否可以进行返修以及板层内线距是你刚才所说的分界点。
Shaughnessy：在什么情况下适合投资购买LDI设备？
Davidson：其实是越早购买越好。LDI的优势非常多，如不会反复出现缺陷，而底片曝光设备成像的产品会重复出现一些缺陷，这些缺陷对产品来说是致命的。但机械曝光设备的优势在于可以实现全自动成像，成本也只有50万美元，是LDI设备的一半。所以，机械曝光设备的价格优势是非常吸引人的。如果不需要全自动加工，那么只需要花费大概30万美元就能买到一台不错的机械曝光设备。
Nolan Johnson：激光直接成像设备能加工任何产品吗？
Davidson：没错，我还没发现用激光直接成像设备成像不了的产品。不同的LDI会使用不同的激光系统来获取UV能量。有些抗蚀剂受到限制因素的影响，用Nuvogo曝光时不能完全曝光。这是因为Nuvogo的能量波长有限。Acura曝光设备的优势之一是UV能量光谱范围要更广，而Nuvogo使用的只是激光二极管，波长范围很窄。如果想购买一台“万能”的曝光设备，一定要了解使用的抗蚀剂及阻焊油墨。Johnson：关键在于输入数据，不论有什么样的数据，都能曝光出来。但也要注意是在什么材料上曝光。
Shaughnessy：你们现在仍在使用黄光室吗？
Davidson：会的。因为抗蚀剂具有活性，内层和外层上所有印制区域的成像都是在黄光室完成，即聚合抗蚀剂使用的能量无法用白光获得。几年前我们确实会过滤掉白光，但随着加工速度越来越快，我们不得不直接使用黄光。
Shaughnessy：大约50年的时间内，成像技术从使用丝网印刷发展到使用液态光致抗蚀剂，再到干膜，然后又发展到使用含水干膜。你如何评价过去5~10年成像技术的发展？
Davidson：35年前我刚入行的时候，只能使用液态曝光的方式为内层成像。直到10年前，TTM还用液态抗蚀剂生产线加工内层。很长一段时间，都是使用液态抗蚀剂。液体涂覆的处理机制非常难，所以聚脂薄膜这种干膜就非常有优势，过去几年里，我看到加工速度和曝光分辨率都得到了提高。今天早些时候，有一家制造商还打电话告诉我现在有一种成像速度更快、曝光分辨率更高的抗蚀剂。
我们会面临一个加工速度和分辨率的临界点，超过了一定的成本之后，速度和分辨率就不再是我们的首要考虑因素了，因为我们根本就用不到这些优点。这些优点值得投入那么高的成本吗？离工厂一英里以外的地方就是我们的先进技术研发中心，他们曝光出来的结构要精细很多，甚至可以曝光出1 mil[25. 4μm]以下的线宽和线距。正是因为需求不同，他们使用的抗蚀剂和我们使用的抗蚀剂有很大区别。目前，大部分客户都只需要成像3/3 mil[76.2μm]的线宽和线距。有些客户可能想要再细一些，比如3 mil[76.2μm]宽的线宽和2.5mil[63. 5μm]宽的线距。缩小间距之后，湿制程的难度就更大。但走线的宽度还在3 mil或以上，具体取决于产品需求。这样做主要是为了信号完整性。我们加工出来的大部分走线都是高速走线。如果走线过细，信号就容易不平滑，会产生损耗。
Shaughnessy：LDI的自动化程度是否与以前的曝光设备相同？
Davidson：是的。这是LDI技术的劣势。LDI曝光技术是可以实现自动化的，只是现在还不够统一，生产曝光设备和支持设备的厂家并不是同一家，所以需要把不同制造商生产出的设备组合到一起实现自动化。但这样也是可行的。只是说需要让所有设备都能相互匹配。
Shaughnessy：目前没有一家公司能同时提供软件、曝光设备和配套支持设备。
Davidson：大部分情况下，不同制造商的产品都能很好地匹配，但如果这些产品都使用相同的系统就更好了。现在有几家自动化服务供应商将要和Orbotech开展合作。但目前还没有出现匹配得天衣无缝的产品设备。我们有时候也需要谨慎。总而言之，TTM不会牵头做这个事。我们只会追随别人去完成这种配套设备的统一。
Shaughnessy：客户会不会担心走线侧壁的结构？对此你怎么看？
Davidson：用过。有几家客户问过我们能否改善走线的结构。我入行这么多年，加工出的走线截面都是梯形的，湿制程后，走线的截面形状是上窄下宽的梯形结构。如果能形成方形截面，就会得到更平滑的信号，干扰就会更少。在更薄的铜层上，客户不会使用很多铜料，大部分客户都最多达到2盎司铜。有些湿制程设备可以做到这一点，但我们的SCHMID生产线已经使用5年以上了，我们无法使用最先进的技术来实现这一目标。但中国有相应的技术，美国尚无代表性的公司在使用这项技术。
Johnson：既然中国有这样的技术，美国的设备制造商会不会也想使用类似的技术呢？你觉得有这种趋势吗？
Davidson：我希望他们有这种想法。Chemcut公司目前还没有采取任何行动。显然是因为我们有太多SCHMID设备了。大约在两年前，我看过一个关于中国纳米蚀刻技术的演讲。为了让侧壁更加垂直，要用非常小的含铜蚀刻液的液滴形成走线，这样才不会形成梯形截面。我没有看到任何美国的制造商在使用这项技术或者在研发类似的替代方案。当然中方制造商可能有相应的专利和知识产权，但TTM在中国也有工厂，我们也在找机会把这项技术引进到美国。只是这个引进过程会比较麻烦。
Johnson：对北美市场而言，最好的方法是开始使用加成法和半加法工艺，对吗？
Davidson：这两种工艺有各自的优势，我们也用这种工艺加工了一些产品。但这两种工艺不是我们的主营业务。尤其是板面结构变得越来越紧凑时，对准就更成为了难题，特别是材料的收缩与膨胀，有些新型特殊材料的运动不是线性的。
我们已经习惯使用一种纹理或交叉纹理的玻纤布，这种材料的加工效果是可预测的。但薄膜材料是不可以预测的。如果使用加成法工艺，则可以研究特征，看其是否位于钻孔处，材料的移动方式是不是和预想的一致，并做出相应调整。可以按照自己的想法去构建，这是优势。但大多数产品都只是叠层结构。目前我们能加工的最大层数是67层，是累加起来的。我们也会做一些事来帮助改善对位，比如加固四周和增加铜，我们应用的不同层压方法也展现出了很好的效果。现在还是主要受制于材料本身的属性。虽然能加工出67层的结构，但缺点是其中有4层必须是薄膜材料，而且间距很密。这些材料并不是线性移动的，我们要反复进行对准。超薄材料和超厚材料处理起来都非常困难。
由于篇幅原因，本文节选刊登，更多内容请点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
