原标题：MacDermid：2018 PCB湿制程发展趋势

Don Cullen

MacDermid Enthone 性能方案市场总监

Jordan Kologe

MacDermid Enthone 技术营销部专家

Ted Antonellis

MacDermid Enthone 电子应用经理

I-Connect007编辑团队的Patty Goldman、Barry Matties、Andy Shaughnessy和Happy Holden最近采访了MacDermid Enthone的团队成员：技术营销部专家Jordan Kologe、电子应用经理Ted Antonellis和电子产品解决方案有MacDermid性能方案市场总监Don Cullen，讨论主题为PCB制造中的湿制程。

►Patty Goldman:我们今天主要讨论PCB制造的湿制程。首先需要读者对湿制程有哪些了解？

►Don Cullen:我们刚刚去过中国大陆、香港和台湾，以及泰国、新加坡、韩国，开展客户发展蓝图专题会议活动。我脑海中闪过几个主题，其中包括从汽车电路到最终采用HDI和微导通孔设计的过渡。令人吃惊的是，他们竟然还没有落实这些技术，但估计今年之内就能实现。还有一个关键主题是电路板正在越来越像IC载板，而IC载板正在努力达到电路板的成本优势与生产力优势。我们一直在努力尝试将这项技术与晶圆、IC载板和PCB裸板之间的细线宽/细线距结合到一起。这会对SAP和改良型SAP技术的趋势产生一定影响。

►Barry Matties:从应用工程师的角度来看，他们现在需要解决的难题有哪些？

►Ted Antonellis:我们可以支持很多不同的工艺。我大多数时间精力都花在了粘接化学品和替代氧化物方面。人们希望铜变得越来越光滑以提升信号完整性，所以新的工艺对化学粘合的依赖性要高于机械粘合。除此之外，在其他线路形成的区域并没有发生很大变化。我们的团队还支持使用抗蚀剂剥离液、脱锡处理剂和其他种类的化学品等等。

►Matties:你们是否有的公司有意购进零排放设备，就像Whelen公司那样？

►Antonellis:据我所知，Whelen是唯一一家真正落实了这一概念的公司。

►Cullen: 很多客户都在谈论零排放，但并不没有真正落实。我确实听说中国制定了一些新法规，要求工厂要离受保护河流有一定距离，。因为要实现零排放，所以我听有些人说他们将不得不关闭工厂，这可是前所未有的。我还听说各个公司会按照限令在不同的区域申请建厂，但一些大型工厂都面临关停。据我所知，目前还尚未关闭，但这些法规即将生效实施。

►Matties:这种行为对中国来说有些反常，不是吗？

►Cullen:从历史角度来看确实是的，但我们看到中国对环保的控制越来越严，甚至比一些欧洲和北美的国家标准还要严。先是从磷开始，然后是金属和螯合剂。现在又要求零排放、无废水。还有对氰化物的限制，对中国的电镀工艺造成了严重打击。几年前，自从中国华东地区发生了一起严重爆炸，之后上海郊外湖泊又出现了藻类泛滥的现象，以及在G7和奥运会这样的重要活动过程中所采取的雾霾控制措施，目前看来中国的确要在环境方面做出重大改变。

►Goldman:很有意思。就像反弹运动一样，这个钟摆比你预想的摆动得更远。

►Cullen: 确实是。在我看来，可能对新法规的推出有些操之过急了。

►Matties: 你认为以后会推出哪些自动控制系统，它们会有什么优势？

►Antonellis:我认为比重控制器可能会应用在机器中。实验室中总是会进行手动分析来确认是否完成了自动添加。比如ENIG工艺会使用镍控制器，化学镀铜也是一直受控的，电解镀槽中也经常使用CVS。

►Matties:我认为有了IoT和传感器在各个地方的大量应用，电镀部门应该也会出现这种改变，但目前来说尚未看到。

►Jordan Kologe:我们现在所做的部分工作就是提出创新工艺来简化不同的制造步骤。我们工作的重心之一就是生产出那些能够将不同制造步骤结合到同一步骤中的产品。我相信已经有很多公司把这一点当成目标了，因为他们希望能提高产量。他们希望能减少生产线上出现缺陷的次数，诸如此类的事情。

►Cullen:我认为你是对的，Barry。IoT革命将使很多生产制造实现更深入的自动控制。这种成果在工业或金属表面处理领域中更为常见。这也有些反常，因为很多金属表面处理工厂并不会像电路板工厂那样有设备齐全的实验室和足够多的工程师。所以金属表面处理工厂往往会有更多的自动化和云数据共享。我们还看到IC载板和晶圆制造出现了更复杂的自动化工艺控制。

但是对于金属表面处理的从业人员而言，我们提供程序供他们安装。其中包括控制器和可以安全地在线访问的软件，通过这种软件我们能够查看他们的SPC并给出建议。相反，大多数时候PCB制造商都有自己的设备和自己的员工，他们可以自己完成二次检查，不需要很多自动化分析和供给补货。很多供给补充都是在每平方英尺的基础上完成的。

他们在存储化学品的桶上安装了计量泵；通过光敏传感器可以检测出线路板进入了加工生产线当中，当线路板累计到五个的时候，计量泵会抽出X毫升的化学剂进入槽中，大概是这个样子。这可能是最常见的。最常使用到的是化学镀控制器，剩下的槽就是按照每块线路板配给化学品的。

►Matties:那么设备领域的情况如何呢？根据你们的镀槽和化学品的新需求，你认为设备方面会出现任何变化吗？

►Kologe:对于高新技术设备而言，其重点在于定制化，对于中档技术的设备而言，其重点在于兼容性。我们针对先进技术发布的一些工艺流程是高度定制化的，供应这类设备的供应商一定要经过认证。相反，我们出售的很多镀槽，即使是用于专门的工艺流程，也可以安装到现有的生产线当中。这是我们客户希望能在中档技术化学品当中寻找的变化之一。

►Cullen:关于这一点，还有一些其他内容需要提到。例如，用于电镀通孔和填充通孔的大型垂直电镀设备仍然受设备供应商主导。我们和大型垂直电镀设备的生产商关系很好，我猜过不了多久这类设备也会像其他设备一样可以定制了。你也知道水平化学镀的不同之处，这个市场中很多工艺都局限在了设备规格要求上。我们现在正和其他设备供应商合作安装一些水平化学镀设备，这类设备也将开始商品化。

新推出的通孔填充设备的受控程度极高，但现在还没有普及使用，我们会为使用这类设备的客户制定规格要求、确保这些设备完全符合我们的标准。这是设备关系的另一个极端。我可以给出很多光伏（PV）行业的例子，但目前为止针对线路板的例子并不是很多。关于化学品/设备设计协调的一个良好案例就是处理小部件和薄型挠性材料。

►Matties:当人们审核湿制程时，他们也是从生产周期的角度出发，还是说除了生产周期以外对减少工艺步骤也有进一步要求？

►Kologe:针对电镀工艺的生产周期，比如，如果你想获得更高的生产量，按比例放大电镀槽就可。即使生产周期会变长，只要愿意在工厂中安装一条规模更大的生产线来处理提升的生产量，那么生产周期就不是问题。

►Cullen:事情总是这样的。Jordan所说的就是要确保不会出现限制速度的步骤。如果有一个步骤所需的时间较长且与其他步骤不同步，他们就会对这个步骤做出改善。例如我们在亚洲一些大型工厂里电镀的智能手机电路板；这些工厂里有很多大型的垂直连续电镀设备，所以生产周期对他们而言是非常重要的，因为每条新的生产线都是价值几百万美元的资本支出。缩短生产所用时间至关重要，而我们现在也正在做这方面的工作。因为这种推动力是连续不断的。我认为这方面的工作与你们的主题完全契合。

►Kologe:电流密度一直被推动着不断增加。不论是严格的直流电电镀还是用于高厚径比的脉冲电镀，我们应该做的就是缩短生产周期。就像Barry所说的，有些流程以前是要两步完成的，而现在我们已经把它们合并成了一步。我们在IPC APEX EXPO上展示了一款特色产品——VF-TH。化学镀铜后的导通孔填充覆形通孔电镀可一步完成，而不再是先用掩模填充，再剥离、成像，最后再进行覆形电镀。现在只需要一个槽，其价值定位有了很大提升。

►Matties: 我估计人们都会争着采用这种工艺的，因为降低了故障机率的同时还减少了工艺步骤。

►Cullen:100%正确。这是技术发展蓝图专题会议的另一个重要内容。虽然这是个技术会议活动，但是人们常说：“如果我的工艺流程一共有五步，可以达到宣传的缺陷率在0.05 ppm左右，但如果我的工艺流程有150步，只要其中有几个步骤出现了问题，缺陷率就有可能高达20%。”现在针对高科技IC载板有一些大规模的新型投资，这些投资项目并没有开始盈利，因为它们的缺陷率达到了25%~30%。所以他们并不怎么在乎应用新技术，目前更执着于减少每个工艺步骤的缺陷率。

►Matties:这一点一定要优先解决。要先消除缺陷，然后再关注提升产出速度。

►Cullen:但同时这些企业也面临着一定的挑战，因为苹果和三星要求他们“把线路板上已经达到微米级的线宽/线距变得更细。”因此，他们必须要应用新的工艺流程，但是新的工艺流程又有较高的缺陷率，可如果不采用新工艺，他们又会被挤出供应链。

►Matties:随着汽车领域开始使用HDI，到2020年，汽车中50%的价值都来自于车上的电子产品。对此你认为会出现哪些新的挑战？

►Cullen: 坦白地讲，我认为汽车领域应用HDI的速度之所以这么慢是因为人们的恐惧，而不是由于现实因素。应用HDI后应该会获得更好的电路。

►Happy Holden:我们一直在解决这个问题，军用电路板中HDI的可靠性存在一个巨大的问题，我在IPC APEX EXPO展会的大部分时间都用来解决这个问题了。坦率地说，没有对工艺流程进行优化是一种两难境地。我们无法确定所使用的就是正确的设计准则，似乎存在海绵状化学镀层问题。堆叠导通孔出现了很多故障，比如在化学电镀线上一组层通孔与其下方的电镀层剥离。

►Cullen:是的，Happy，我在有关电路的博客和推送给我的帖子中上看到过类似的内容，所以我可以据此做出推测。我们确实一直在推动HDI制造商直接进行金属化操作，去除铜箔和电镀铜层之间的额外铜层。即使是直接金属化系统，现在也包括防止材料直接金属化的方法，例如防止碳、石墨或导电聚合物先粘附在铜表面，从而让电镀铜直接接触铜箔或其他电镀铜层。这是一种铜与铜之间的接触界面。直接金属化的简易性避免了化学镀铜系统的复杂性。只有在化学镀铜步骤操作不当的时候才会出现缺陷。

另一方面是亚洲地区该行业的扩张。他们充分利用了过去10年中安装的新型现代设计设备。在北美地区，还是有很多人注重翻新改造已使用了数十年的设备。这就是问题所在。这就好比我的电话服务之所以非常差是因为它们的基础设施都是在1940年建造的，但如果你去到东南亚地区，他们的电话设施都是在15年前建造的，性能非常好。继续使用第一代技术已经面临着许多难题。

►Holden:确实如此。你了解过Alex Stepinski有关零排放和循环利用的观点吗？其中一项操作就是升高很多种关键镀液的温度，然后使用不流动的废酸洗液，在此之后使用高流速的循环冲洗。他用负压力密封机器。然后用这种机器蒸发很多水分所以废酸洗液就能补充流失的水分，从而最大程度地减少废液排出，这是他零排放设计的一部分。

另一个重要的事情是实现生产线自动化；他已经不再使用清洁剂和酸液因为从始至终人都不会接触到在制板。没有时间生成氧化物，因此在制造多层板时可以减少60%的工艺步骤。我在想，随着自动化程度的提高，如果不再需要人来处理在制板，我们是能够简化很多工艺流程的。

►Antonellis:我觉得这是会有所帮助的。因为芯材是经过人操作的，所以上面总是布满了指纹，或者是完成了一个工艺步骤以后还能看到没被清洁剂洗干净的指纹轮廓。如果不再需要人接触电路板，你就可以减少一些步骤。

►Cullen:如果能这样就太好了，我们已经研发出了一些这样的技术。我在配置了一些可在高温下使用的化学品，专门用于最大程度减少溶液用量的增加。但有时候我们也会遭到客户的反对，因为他们想在低温环境下运行以减少能耗，所以说我们是在打一场硬仗。这个理念是好的，我认为一部分化学品供应行业真的需要推动工厂的智能设计，从而保护环境。

►Holden:我希望能把这些幻灯片和Alex的观点都刊登在杂志上，因为他发表了一篇论文是关于如何简化、减少工艺步骤以及Whelen工厂为什么不需要申请许可。现在，他们已经作为绿色环保工厂开始生产，而且有很多值得学习的地方。最不寻常的事情之一就是硫酸铜铵的使用。你们知道有人正在使用硫酸铵，而不是氯化铵作为最后的蚀刻剂吗？

►Cullen: 就我个人而言，我没有发现这种情况。Ted，你遇到过这种情况吗？

►Antonellis:我也没有遇到过。

►Holden:这项技术很重要，因为他们使用硫酸铵来生成硫酸铜，之后再将硫酸铜转化成氧化铜并添加回脉冲电镀设备中。他们的这项操作利润很高，因为他们蚀刻的铜要多于电镀的铜。

►Cullen: 没错，我们也做了类似的工作。实际上，我有一项关于氧化物替代工艺的专利，作为一项服务，我们可以从制造商那里回收这些氧化物。在中国台湾地区，有很多制造商都集中在一区域内，所以我们可以把用过的废料取回，经过沉淀和提纯把废料变成原材料再用于化学镀铜槽中。30年前，我们在Waterbury这里也有一些工艺流程使用了同样的循环利用概念。我们可以回收用过的镀液，生成氧化铜，然后转化成其他物质。现在有很多这样的循环利用方式，但我敢肯定以后会出现更多。我的意思是，你看看电路板行业的回收、看看那些被扔进垃圾堆的贵重金属，只因人们没有想出好方法变废为宝。还没有设计出好的方法。

►Antonellis:但据我所知，Whelen公司只是在工厂内部采取这种方式。

►Goldman:我认为我们国家目前的情况是，工艺流程已经就位了，他们已经申请了排污许可，所有事情都安排妥当了，已经摊销了成本或把成本纳入了考虑范围。当您开始使用新工艺和设备时，情况会有所不同。

►Antonellis:没错。

►Goldman:如果要开始建造新的工厂，应该尽可能地提升效率并尽量做到不需要申请许可，但我估计已有的工厂并没有很大的动力来完成这种工作。

►Holden:这种动力之一就是可以降低成本，但随着环境管制变得越来越严格，能够幸存下来才是第一要事。

►Cullen:我们见过一些这样的例子。美国的环境管制非常严格，所以人们都去中国建厂，虽然不全是因为中国的环境管制较宽松，但这肯定也是原因之一。现在，中国的环境管控措施变得越来越严格，所以我们现在会说，“很好，我们欢迎环境管控措施变得越来越严格，因为这样一来我们就可以使用更清洁的工艺流程，这是一种过渡，所以在有市场需求的时候，比如环境管控措施，我们就会采用新的创新技术。”直接金属化就是一个很好的例子。因为已预测到甲醛被完全禁止使用的时间，我们为此专门开发了一项技术，因为这样可以推动工艺流程变得更好、更清洁，但目前还没有投入使用。

我们看到中国现在对含磷产品的管制非常严格；我们有不含磷的镀槽，但他们想做的是把工厂迁到越南去。我的一个PV项目就发生了类似的事情。所有的技术都是经过认证的，价值定位已经得到了证明。我们将建造一家大型工厂用于电镀太阳能电池，而当地政府告诉我们，“你们不可以在工厂内使用镍。”我跟他们说，“我们的技术可以实现零排放。”但他们回答说，“不行，你们无法获得电镀镍的许可。”

他们把工厂迁到了其他省，现在我们正在设计这个工厂。发生了什么？他们采纳了这些规则。所以他们最后不得不迁到泰国，所以说备选方案还有印尼、越南、菲律宾、泰国和马来西亚。工厂宁愿搬迁到这些地方也不愿采用清洁技术，他们只会搬迁，这是非常不幸的消息。

►Goldman:这真的很令人沮丧。

►Matties:如果现在一名湿制程部门的负责人向你寻求建议，你认为最重要的一点建议是什么？

►Kologe:我认为对于很多制造商而言，从提升这些正在趋向成熟的先进制造工艺来看，提升产量是今年的首要任务。今年，iPhone引入了新的高端电路板，这里指的是亚洲和mSAP。这种电路板的制造制程成本非常高，因为新一代智能手机所使用的这种小型复杂堆积电路板的现有产量相对较低。

►Cullen:如果想把它变成一个可以操作的项目，那么我们技术服务部接到的来电中大部分都可以用同一句话来回答：“按照操作参数运行。”他们在不同的工艺流程之间使用同一批工程师，这一点我能理解；但如果他们能把操作条件铭记在心，就能减少很多不必要的麻烦。Jordan以前就接触过这种事情。我们尽量简化工艺流程，这样一来就不需要太多指示说明。我知道人们更愿意读一封30秒就能读完的邮件，而不愿意读一封用时3分钟才能读完的邮件，所以我们尽量试着将指示说明变得更简明。这是最重要的一点建议。

►Matties:IOT可能会给这个领域带来很多益处——可以实现实时查看和提供操作反馈，确保人们执行了正确的操作步骤。

►Andy Shaughnessy:你有什么建议可以分享给电路板设计师和前端EE吗？比如他们应该停止做什么？

►Cullen:当前问题在于混合结构。它既是一个问题，也是一种机遇。外层的两侧都有PTFE，中间是环氧树脂。对于材料处理和产量而言，刚挠结合产品一直是个难题。

►Kologe: 对于很多汽车设计和手机中应用的高密度电路而言，热管理是个大问题。如果能够让芯片上的热量消散，设备的可靠性和性能就会有所提升。我们认为设计师应该采用新方法来减轻芯片暴露于热环境中。他们一定要跳出常规的思考模式。还有很多新方法也可以降低成本。

►Cullen:是的，这些设计师正在尝试使用铜块或导热薄膜材料和平面化技术等各种奇怪的方式。我们的确拥有一种用铜来填充通孔的技术。采用这种技术需要一次性支出设备成本并付出一定的处理时间，然后就可以用固体铜了。你可以通过增加尺寸将其扇出到各层中，你可以在芯片外用一条非常细的通道，然后经过电路板延伸到更大的尺寸范围内。这种结构的导电性是极强的。我们希望今年会朝这个方向发展。

当然，随着电动汽车和其他汽车的电压不断增高，热管理也变得越来越重要。如前所述，汽车中50%的价值将来自于电子产品的价值。这意味着多层数的电路会不断增加，高温环境下运行的复杂电路也会不断增多，所以在设计电路时必须要多注意热管理方面的设计。

►Shaughnessy:我想你们希望设计师能尽早和你们以及其他生产合作伙伴展开合作，但很多设计师并不会这样做。

►Cullen:这一点很令人沮丧，因为我们会和制造商开会讨论相关内容，然后制造商会和设计师或OEM开会。之后我们再与OEM见面，就会发生各执一词的局面。我们必须要加强合作，一次性联系到所有的相关负责人，进行有建设性的沟通。我们正在着手这方面的工作，我们有一些项目，比如在大型一级汽车供应商那里我们会把所有相关负责人聚到一起，讨论设计。

►Holden: Don，能告诉我你代表的这家新公司是和哪些化学品公司合并的吗？

►Cullen:我们的MacDermid Enthone Industrial Solutions公司，就是原来的MacDermid、Enthone以及原来的OMG，而OMG又是Electrochemicals和Fidelity组成的。MacDermid Enthone Electronics Solutions由原来的电路板化学品公司和Enthone公司组成，该公司在晶圆电镀和晶圆级封装、板层和铜柱的重新分布以及凸点金属化方面取得了成功。我们还有Alpha Assembly Solutions，主营传统焊料、焊膏、预成型和助焊剂以及一些先进的可替代材料和再利用项目。Alpha Advanced Materials公司所生产的材料以前用于晶圆到载板或载板到电路板的连接，现在将用于重新分布板层聚合物、球体和灌封胶等等。

还有一些其它领域的业务。我们的Offshore Solutions提供的液体可以用来监控海上石油钻井平台阀门的情况，MacDermid Graphics Solutions业务生产将图形转移到印刷行业用材料。

像智能手机这样的行业就会用到我们每项业务中生产的耗材。听起来也许有些奇怪，但确实如此。我们各种业务之间的协调性越来越强了。

►Matties:你还有什么想要和大家分享的吗？

►Cullen:我们以上提到的内容基本上就是在今年会发生的一些变化，每一种变化都会遇到一些困难，比如HDI在汽车行业的应用，所以我们必须要考虑Happy刚才所说的可靠性。类似电路板HDI设计的载板是一种新的设计，所以我们团队中负责晶圆金属化的成员在研究一种新的方式来审核载板结构，而不是试着将所有封装设计都模块化到扇出型晶圆级封装内。

►Matties:好的，非常感谢你们，谢谢你们抽出宝贵时间接受采访。

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