新型態產學研鏈結計畫團隊

高精度無光罩式UV曝光機應用於IC載板與先進封裝產業

計畫主持人:國立成功大學李永春特聘教授

                                                                                                                           

計畫摘要

        本計畫將以一年的時間,自主發展高精度的無光罩式UV曝光機,應用於高階的IC載板與先進封裝產業。電子產業是台灣的關鍵產業,從最上游的IC設計、半導體製造、電子封裝測試、載板與印刷電路板,到最後的電子產品與應用,對台灣經濟的發展有舉足輕重的影響;其中,UV圖型曝光技術是電子業製程技術的核心。

        展望未來10~20年的產業發展趨勢,現有傳統的光罩式曝光技術,會因為更小的線寬、更高的精度、與彈性化生產的產業需求,而逐漸被無光罩式的曝光技術所取代;但是,現有的無光罩式曝光技術與機台設備均掌握於國外的廠商,包括德國、日本、美國、甚至中國大陸;而台灣則尚無具技術自主性的無光罩式UV曝光能力。

        在此一價創計畫中,研究團隊將集中國家的資源,包括:學術研究團隊、產業研究法人機構、國內的機械設備與光學系統廠商、與終端的曝光機使用者,共同開發出台灣第一套具技術自主性、且精度高於現有機台的無光罩式曝光機,並選定高階PCB、IC載板、先進封裝為主要應用對象,協助台灣的電子產業更上一層樓。

 

團隊介紹        

        本計畫整合國內的學術研究機構與技術相關的設備大廠,共同合作突破無光罩式曝光機的技術瓶頸,計畫之研究團隊來自於四個方面:

  1. 學術界: 根據已執行多年之科技部產學計畫為基礎,包含有:成功大學機械系、成功大學資工系、與台科大自控所等三位計畫主持人與共同主持人的研究團隊,以及新增聘之研究人員;
  2. 產業法人研究機構: 包含有:工研院的資訊與通訊研究所、與金屬工業發展中心的精微成形研發處,分別協助開發計畫中的關鍵元件:DMD晶片控制器與陣列式微透鏡的壓印模仁;
  3. 國內的自動化機台設備開發商與光學產品與設備商,藉助其專業人力與專業基礎,協助未來無光罩曝光機的量產與商業應用;
  4. 先期協助Beta-Site機台測試的國內PCB大廠,協助制訂機台的研發規格與方向,近期初期的機台測試與回饋,並且為未來潛在之機台使用客戶。

 

計畫目標

 

市場壁壘

        無光罩式UV曝光技術是下一世代UV圖案曝光的主流,過去10年全球的無光罩式曝光機蓬勃發展,漸漸取代舊型光罩式的曝光機,特別是在高階、細線寬、與軟性電路板的產品。因應未來電子構裝的發展趨勢,例如: SiP、FC-CSP、Fan-Out/In WLP、3D Packaging…等線寬更小、更複雜的IC封裝與線路設計,未來的IC載板與先進封裝的主流線寬,會由目前的20/30 μm迅速進入10/20 μm、甚至5/10 μm的等級,因此無光罩曝光會成為不可或缺的技術。

        目前全球的Maskless Lithography機台都是由國外廠商所壟斷。例如,(1)以色列/德國的Orbotech:採用單點雷射掃描技術,全球市佔率60~70%上;(2)日本:採用數位光學DMD晶片技術,主要廠商:ADTEC、ORC、Screen、Via Mech.等,市佔率20~30;另外,(3)中國大陸:也採用相同的數位光學DMD晶片技術,雖然其機台的規格與功能較差,但是在中國大陸中央與地方政府的大力資助下,正在積極推出新的機台與開拓市場中

        有別於現有的機台與技術,本計畫所欲發展之無光罩式曝光機,是以「雙層微透鏡陣列/空間濾波器」的技術為核心,以便能與市場現有之無光罩式曝光機台廠商有所區隔,並且可以在性能(主要是線寬)與價格上,能與市場現有之機台競爭,並取得市場優勢。此一「雙層微透鏡陣列/空間濾波器」的特點是:(1)線寬可以達到10 μm、5 μm、甚至更小,是傳統無光罩式曝光機很難達到的;(2)這是屬於本計畫研究團隊的專利,且已經開始進行專利佈局;(3)初期經過三年多的研究,以證明此一技術方法的可行性,且掌握關鍵元件的製程能力。

 

預期市場規模     

        根據實際查訪國內某家PCB大廠,6年前開始採用無光罩曝光機,現在已有約40台左右,平均單價為新台幣2,500萬~3,000萬之間,每年約需10 %的耗材與維護費用。該公司2015年的總營收約14億美金,而台灣與大陸的合計PCB年產值約370億美金,合理估計過去6年之間僅台灣的PCB廠商,就建構了約500台的無光罩曝光機,如果加上封裝廠,可以合理預估台灣未來每年的無光罩曝光機需求量在200台之間,以最簡單機型估算,每年無光罩曝光機的市場總價約在60億新台幣之間,這還不包含10 %的後續維護,以及大陸的市場。預估三年後整體全球的無光罩曝光機市場約150億新台幣/年;本團隊預計2019年出場,初期市佔率可以達到4%,即有約6億新台幣的營收。