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爱普生利用喷墨技术试制多层电路板

2004-11-05 作者:LLn

    精工爱普生2004年11月1日宣布,成功试制出应用喷墨技术的超薄型多层电路板。这样,在超薄柔性液晶面板和便携终端机身中直接形成电路的技术,可以说朝实用化迈进了一步。另外,由于不再需要过去的半导体工艺中普通采用的光蚀刻和CVD等大型设备,因此“离大幅节能及零废弃物等环保型新制造技术的确立更加接近了”(精工爱普生)。

图1:20层多层电路板
  此次开发的是,直接利用民用打印机的打印头在底板上直接形成金属布线,从而形成电路的技术。不再需要过去的光掩膜、显像、蚀刻、光刻胶剥离等作业和需要较大成本的工序。该公司此次使用该技术试制了双层及20层多层电路板、在电路上焊接元件、以及利用喷墨技术在80引脚BGA封装中封装IC等4种电路板及IC。利用喷墨技术实现了从前期工序到后期工序的几乎全部作业,并已证实可正常工作。

  其中,多层电路板的层压工艺在完成如下4种作业后进行:(1)在底板上绘制绝缘膜;(2)绘制和烧结第1层金属布线;(3)绘制及烧结用来连通第2导电路的“金属柱(metal post)”;(4)绘制层间绝缘膜。第2层以后就是重复步骤(2)~(4)。爱普生表示“此次只是试制了20层电路。如有需要,无论多少层都可实现”(爱普生生产技术开发本部 本部长森昭雄)。20层多层电路板由2480个线宽50μm、线厚4μm的布线元件组成。外形尺寸为20mm×20mm。除底板以外的部分厚度均非常薄,20层总计200μm。另外,“底板还能剥离”(爱普生)。

  用于喷墨金属布线的墨水中使用了Ag纳米膏(nano paste)。这种纳米膏通过利用有机化合物在Ag粒子上镀膜而形成。在底板上涂布、干燥并利用150℃~200℃的温度进行烧结后,便可除去这层镀膜,而Ag粒子则会相互熔接。“只要在这一温度范围,聚酰亚胺等各类树脂均可作为底板使用”(森昭雄)。

  据说目前可实现30μm线宽,2μm线厚,70μm线间隔,以及间隔140μm的IC连接。可靠性方面,“能够承受在温度85℃、湿度85%、电场3V/μm条件下暴露200个小时的耐迁移性试验,还能承受将温度在-40℃与125℃之间反复变化1000次的测试”(精工爱普生)。如果在墨水中使用Ag,虽说一般耐迁移性较差,但“可通过绝缘膜材料的选择来克服这个问题”(爱普生)。

  将来还准备开发利用喷墨技术将裸芯片等元件嵌入多层电路、称为“SiB(板上系统)”的全球最小最薄的模块 。形成多层电路后将底板剥离、称为“SFF(柔性薄膜系统)”的薄膜状模块也已着手开发,“还能实现在外壳上直接贴上电路的便携终端”(森昭雄)。

目标是确立“低能耗工业”

  精工爱普生还描绘了另一幅蓝图:将喷墨技术不仅仅用于单纯的柔性底板电路等全新的产品制造技术,而是通过取代绝大多数老的IC制造工艺,达到大幅节能和工厂的省空间目的。“通过避免使用真空设备和光蚀刻技术,可节约50%以上的能源,节省1/10的工厂空间,以及实现零废弃物排放等目标”(爱普生)。

  此次开发得到日本新能源·产业技术综合开发机构(NEDO)实施的“基于喷墨技术的电路板制造项目”的扶持,将于2006年3月暂告完成。“目前在该项目中已完成实用化验证工作,力争2007年在爱普生产品中达到实用水平”(森昭雄)。(记者:野泽 哲生)

图2:20层多层电路板(侧面)


图3:基于喷墨技术的绘制工序图。正在绘制层间绝缘膜

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