无掩模光刻技术的优势在于无需制作光掩模，即可在表面(无论是印刷电路板还是先进封装基板)上形成图形。设备供应商提供基于不同技术的无掩模光刻系统，包括激光直写和微镜技术。

每种技术的应用范围主要取决于其成像分辨率。先进封装在如今的高性能电子产品中至关重要，单个封装内会集成多个小芯片，其对分辨率的要求高于印刷电路板。这是因为小芯片之间的连接需要采用极精细的布线。

德州仪器(Texas Instruments)是基于微镜的无掩模光刻领域的核心企业，其数字光处理(DLP)技术以数字微镜器件(DMD)为核心。DMD 是一种微机电系统(MEMS)，由阵列式独立寻址高反射铝制微镜组成，这些微镜可倾斜以偏转光线，进而形成图像。

德州仪器的 DLP 技术在印刷电路板无掩模光刻领域已十分成熟，如今借助公司最新推出的一款数字微镜器件，该技术也可应用于先进封装领域。

这款新型数字微镜器件名为 DLP991UUV，搭载 890 万个微镜，微镜间距为 5.4 微米。它能让设备制造商打造出线条 / 间距分辨率低至 1 微米的无掩模光刻系统，完全满足先进封装应用的高分辨率需求。

基于这款德州仪器新型器件的系统，还能受益于设备供应商为印刷电路板光刻开发的实时调整功能，充分利用 DMD 对每个微镜行为的独立控制能力。为深入了解德州仪器这款新型 DLP991UUV 数字微镜器件，我们专访了德州仪器 DLP 产品副总裁兼业务部门经理杰夫・马什(Jeff Marsh)。

微镜小型化面临的挑战

马什解释道，更高的分辨率意味着需要制造更小的微镜，这对德州仪器来说是一项颇具挑战的成就。“要实现先进封装所需的更高分辨率，我们必须同时突破多个技术指标的极限。当时，5.4 微米的微镜间距是我们开发过的最小间距，这要求我们的微机电系统工艺、设计和制造团队实现突破性创新。核心挑战在于打造出足够坚固的微镜，以承受高照明功率和短紫外波长的考验。得益于团队的不懈努力，这款 DMD 可在低至 343 纳米的波长下工作，实现更精细的图形定义。我们还将 405 纳米波长下的功率承受能力大幅提升至 22.5 瓦 / 平方厘米，同时开发了全新的处理架构，配合先进的控制算法，能够实现高达 110 吉像素 / 秒的数据处理速度。”

“更重要的是，” 他补充道，“这些进步形成了一个集成系统，协同发挥作用：更小的微镜为更精细的图形控制奠定基础，更短的波长保障物理分辨率，更高的功率维持曝光效率，而增强的数据处理能力则在保证高吞吐量的同时实现精准控制。这些优势的结合，使 DLP991UUV 能够满足先进封装应用所需的亚微米级高分辨率性能。”

实现低至 1 微米的线条 / 间距分辨率

实现低至 1 微米的线条 / 间距分辨率是先进封装光刻的关键性能指标。那么，德州仪器如何凭借 5.4 微米的微镜间距实现这一分辨率呢?

马什解释道：“我们通过多种互补技术的协同作用，实现了低至 1 微米的线条 / 间距分辨率。通用光学系统会对投射的微镜图形进行精确缩小，将微镜图像聚焦到更小的尺寸，同时保持边缘清晰度。我们还采用了低至 343 纳米的紫外短波长光，根据基础物理原理，短波长天然具备更高的分辨率。微镜的精密时序控制能够实现精心设计的边缘曝光，使分辨率超越单纯微镜数量所能达到的水平。而我们的灰度级控制能力(精确控制每个微镜的‘开启’时长)可实现细微的曝光量调节，从而以极高的精度定义图形边缘。这些能力共同作用，使我们实现了先进封装技术所需的 1 微米线条 / 间距分辨率，满足从人工智能系统到高速通信网络等下一代计算应用的需求。”

基于 DMD 的光刻技术与其他无掩模解决方案的对比

省去光掩模是光刻技术的一大显著优势，但德州仪器的微镜基解决方案并非唯一可用于先进封装应用的无掩模技术。不过马什表示，该技术与其他解决方案相比具有独特优势。“与激光直写等其他无掩模技术相比，基于 DMD 的光刻技术拥有明显优势。” 他说。

“在速度和吞吐量方面，这就好比用滚筒刷漆与用单支画笔作画的区别 —— 我们的技术可同时曝光数百万个像素，而基于光束的系统则是逐点工作。DLP991UUV 的处理速度高达 110 吉像素 / 秒，能够在单次曝光中高效完成大面积图形绘制。”

“DLP 技术的适应性同样独特，” 他补充道，“它能应对表面起伏变化，就像精密的汽车悬架系统可自动适应路况一样;而其他技术更像是刚性悬架系统，仅在完全平整的表面上才能发挥最佳效果。凭借六维控制能力，DLP 技术可实时调整以适应基板缺陷，且不会牺牲生产速度。分辨率、速度、适应性和成本效益的独特组合，使基于 DMD 的光刻技术特别适合先进封装应用 —— 系统制造商需要在不同类型和尺寸的基板上快速绘制亚微米级图形，而该技术恰好满足这一需求。”

实时调整功能

德州仪器新解决方案的核心亮点之一，是让客户(设备制造商)能够实施系统级控制机制，实现曝光的实时调整。“实时调整就像是 DLP 技术的‘智能适配’能力，正是这项能力让我们的技术在先进封装领域脱颖而出。” 马什说。“该系统就像一位永不眨眼的智能质量控制检查员。首先，我们的客户利用精密传感器实时绘制基板表面的地形图，捕捉甚至连传统掩模光刻系统都会受影响的微观起伏。随后，处理系统立即将这些信息转化为实现完美曝光所需的精确调整 —— 这就像 GPS 导航不仅能显示路线，还能主动操控以保持车辆在车道中央行驶。”

“接下来就是神奇的部分：” 他补充道，“我们的 DMD 控制器会动态调整基板不同区域的微镜行为 —— 某些区域的微镜可能会延长‘开启’时间，而其他微镜则会调整时序以适应高度差异。我们的系统每秒可完成 12400 次图形切换，这些调整在瞬间完成，远超人类眨眼的速度。无论基板存在何种缺陷，都能在保证生产速度的同时，实现高精度的图形转移。这对于面板级基板来说尤其具有变革性 —— 翘曲是制造商多年来一直面临的难题，而我们的技术将这一重大痛点转化为了无关紧要的问题。”

适配实际应用中的基板

实时调整功能使基于 DMD 的光刻系统能够适应先进封装基板的不规则性。“我们客户的实时调整系统依赖于精密的成像传感器 —— 它们相当于整个操作的‘眼睛’。” 马什解释道。“这些专用相机在曝光过程中持续监测基板，但它们的作用远不止拍照那么简单。它们会精确测量表面形貌，检测纳米级的高度变化，识别肉眼不可见的细微倾斜，并准确判断基板是否偏离了最佳焦平面。”

“这套成像系统会构建整个曝光区域的‘实时地形图’，即时反馈可能影响图形质量的表面状况。这类似于现代激光雷达系统能够绘制详细的环境 3D 地图，但我们的操作精度和速度更高。这种闭环控制方法的精妙之处在于，它将原本僵化的预编程流程转变为自适应、响应迅速的流程 —— 系统发现问题后立即进行补偿，并在毫秒内验证校正效果。对于先进封装应用来说，这项能力至关重要，因为制造商可能需要处理存在自然翘曲或厚度差异的大型面板。我们的技术无需制造商投入成本购买完全平整的基板(这将耗资巨大)，而是能够适配实际应用中的材料，从而大幅提高良率，实现更具成本效益的生产。” 他说。

扫描技术与拼接技术的对比

DLP991UUV 的微镜阵列对角线长度为 0.99 英寸，显然需要在基板上移动才能覆盖大型封装基板的整个区域。马什表示，这是数字微镜技术相较于掩模基解决方案的又一优势。“我们的器件支持系统采用‘扫描’方式而非拼接方式，因此不会产生接缝。” 他说。“当无掩模打印头在基板上方或下方移动时，固化图形会逐步形成，最终得到连续的动态固化材料区域。”

“这种方式消除了传统多掩模工艺中存在的掩模间差异 —— 物理掩模之间即使是微观差异，也可能导致明显的图形缺陷。其结果是，大型基板上的图形一致性得到显著提升，能够满足如今最严苛的先进封装应用所需的无缝集成要求。”