深度详解DMD的直写光刻技术原理

如何提升利润水平是所有企业关注的重点。在PCB领域，传统曝光技术需要使用底片，增加了多道制造工序，无法满足中高端PCB产品的精度、产能、良率等大规模产业化制造要求，而直接成像设备能够实现更为精细化线宽，提升产品良率，缩短生产周期，有效提升下游PCB制造企业的利润水平。在泛半导体领域，目前IC及FPD制造光刻设备主要为掩膜光刻设备，而掩膜光刻设备不仅价格昂贵，还需要使用生产周期较长、成本昂贵的掩膜版，下游厂商无法灵活快速地更换掩膜版，不能实现柔性化生产。此外，随着泛半导体产业制造精度的不断提升，掩膜版的生产成本呈现大幅上升趋势，对下游制造厂商形成了巨大的成本压力。

直写光刻技术作为一种无掩膜光刻技术，只需通过控制光的强度和扫描刻写路径就可以实现任意图形的高精度刻写，较其他刻写方式而言更为简单，成本也更为低廉，因此可以实现高精度、高灵活度、低成本的生产。同时，随着直写光刻技术水平的提升，其生产效率也得到了大幅提升，目前直接成像设备及直写光刻设备在PCB制造、晶圆级封装以及FPD显示面板制造等领域已得到了不断应用。未来，随着直接成像设备及直写光刻设备技术水平的不断提高，其下游市场应用领域将得到不断扩大，行业市场发展前景广阔。

光刻设备是微纳制造的一种关键设备，光刻设备的性能直接决定微纳制程精细程度。直写光刻是微纳光刻的重要分支，它既具有投影光刻的技术特点，如投影成像技术、双台面技术、步进式扫描曝光等，又具有投影光刻所不具有的高灵活性、低成本以及缩短工艺流程等技术特点。

直写光刻设备涉及精密机械、紫外光学、图形图像处理、模式识别、深度学习、自动控制、高速数据处理、有机化学等多领域的跨学科综合技术。直写光刻技术是采用高速实时动态面扫描的直写技术，利用大功率紫外激光或LED光源，通过高效集光系统和匀光系统，照射在数字微镜器件（DMD）上，通过数据链路实时产生动态图形，然后动态图形通过高精度、低畸变的投影曝光镜头直接投影至覆有感光材料的基材上，实现高达几百万束光同时进行扫描曝光，通过空间面扫描和无缝拼接技术，高效实时地形成曝光图形。    

在直写光刻技术领域，采用DMD的直写光刻技术是从传统曝光技术发展而来的一种新技术，其曝光成像原理与传统曝光技术类似，区别在于采用DMD取代传统的掩膜版或底片，其主要原理是利用计算机把对应的光刻图案输至DMD芯片中，DMD微镜阵列根据光刻图案调整对应的微镜转角，同时准直光源照射至DMD微镜阵列表面，产生与光刻图案相符的光图像，光图像通过投影曝光镜头成像至基材表面，基材在受控的运动平台上完成多次往返扫描运动和图形拼接，实现任意图形的高精度光刻。

采用DMD的直写光刻技术原理示意图

基于直写光刻技术的原理，直写光刻设备不仅要攻克投影光刻所须解决的位置精度、线宽质量等问题，还要攻克直写光刻技术所独有的技术难题，主要包括：（1）图形拼接问题；（2）大数据量图形数据生成及其高速实时无失真传输问题；（3）产能提升的问题；（4）不同曝光镜头光刻线宽一致性的问题。    

直写光刻系统集成模块及各子系统如下图所示：

PCB直接成像设备结构图（以激光直接成像设备为例）

泛半导体直写光刻设备结构图    

系统集成技术

光刻设备具有多学科交叉融合的特点，对系统集成具有较高的技术要求。系统集成包括整机的设计、装调和集成，其中设计包括整机系统指标的确定、子系统关键技术指标的合理分配等，装调包括各子系统的组装、检测和调试等，集成包括整机的组装、检测和工艺调试等。

整机的设计首先需定义整机系统指标，如最小线宽、对位精度、产能、良率、MTBF（平均故障间隔时间）、设备维护和运行成本等；其次需要将整机系统指标分配至各子系统，定义出子系统的关键技术指标并合理地平衡，以确保各子系统以最优的技术方案满足整机的设计要求。

整机的装调和集成首先需要实现各子系统的组装、调试和检测，确保其满足子系统的关键技术指标，如镜头需达到分辨率的规格、对位系统需达到对位精度的要求等；其次是将调试完成后的各子系统组装成整机，并借助一系列工艺调试和检测手段，合理地平衡和配置各子系统的技术参数，从而实现整机的系统指标。以PCB直接成像设备为例，为提高对位精度，直接手段是提高运动平台的性能，但是仅仅通过提高运动平台的性能势必会大幅增加设备的成本，此时应从整机系统集成的角度分析对位精度的误差来源和主要影响因素（如图形正确性、运动平台性能、镜头畸变、镜头倍率一致性、镜头远心度以及设备热性能等），综合评估各影响因素的贡献，以得出提升对位精度的最优方案。    

此外，设备故障诊断时，也需要从整机系统集成的角度对故障进行归因分析，设计出具有针对性的检测和调试方法，准确找到故障原因所在。例如，当设备曝光解析不良时，需从系统的角度综合分析镜头倍率变化、运动平台涨缩、对焦离焦、图形图像匹配、干膜质量、前后制程工艺参数等影响因素，而非简单地归因于光刻镜头成像质量。

光刻紫外光学及光源技术

光刻紫外光学及光源技术是直写光刻设备的核心技术之一，决定了光刻的线宽精度和线宽一致性。

①大功率紫外半导体激光光源技术

激光器是直写光刻设备的光源发射装置，是光刻设备的关键零部件之一。激光光源由数个单颗半导体激光器组成，目前单颗半导体激光器最大功率只有0.5W，如果需要大于10W的激光光源，就需要将多个半导体激光器发出的光通过耦合透镜耦合进光纤，再将光纤进行捆绑组合。当前可用于直写光刻设备的紫外半导体激光器仅日本日亚化学工业株式会社（NichiaCorporation）等少数国外企业能够供应，为保证关键组件的供货安全、提高产品的竞争力，国内已经实现了激光光源的自主设计及集成，并已成功应用于2019年新推出的部分PCB直接成像设备上，未来随着自主设计及集成的激光光源技术的成熟，进口替代的比例将逐步提升。

②光刻紫外照明系统

光刻紫外照明系统主要作用是将光源发出的紫外光进行准直匀光调整后均匀地投射到数字微镜器件（DMD）上，保证直写光刻设备线宽精度和线宽一致性。照明系统的设计需要合理匹配曝光镜头的数值孔径和光线入射角度，既要最大限度地收集利用紫外光的能量，以保证光刻效率，还要确保紫外光能均匀地照射到数字微镜器件（DMD）上，以保证光刻线宽一致性。照明系统设计不仅需要平衡以上因素，还需统筹考虑拉氏不变量（指光学系统的折射率、孔径等参数）的限制。合肥芯碁微自主研发的照明系统经过不断优化和迭代，已经成功应用于PCB直接成像设备和泛半导体直写光刻设备。此外，为解决直接成像设备在PCB阻焊制程的产能瓶颈（阻焊制程的感光材料需要高能量），合肥芯碁微自主开发了多波段混合照明系统，大幅提升了直接成像设备在阻焊制程的生产效率。    

③高精度宽动态光刻光学成像系统

高精度宽动态光刻光学成像系统是指将经过数字微镜器件（DMD）反射后的图形，通过光学镜头精确的成像，然后投影至覆有感光材料的基板上。该系统是光刻设备的重要模块之一，它不仅要有足够大的数值孔径以确保其满足线宽精度的分辨率，还要保证像质接近理想像质，畸变要控制在十万分之一以内，为了确保多成像系统并行使用的一致性，其镜头倍率需要有一定的微调能力。

该系统的性能是光刻设备的最小线宽解析、线宽一致性、焦深等技术指标的决定性因素，同时也是影响光刻效率、对准套刻精度的重要因素。在PCB领域，合肥芯碁微已实现投影成像镜头的自主设计、组装和调试，具备了线宽解析能力可达到8μm的光学镜头的自主设计及组装调试能力，并借此优势，成功提升了直接成像设备整机的技术指标。在泛半导体领域，合肥芯碁微已具备了部分投影成像系统的自主开发能力，并已成功应用于半导体直写光刻设备中。

（3）高精度高速实时自动对焦技术

高精度高速实时自动对焦技术是为了保证在光刻过程中始终保持图案曝光在最佳焦面上，从而保证光刻线宽的精度。受到基板的厚度不同、表面平整度的差异、真空吸盘的平面度波动等因素的影响以及投影成像系统的焦深限制，为了保证基板整体曝光效果的一致性，需要给每个镜头配备一个高精度实时对焦系统，通过测量系统实时测量基板表面的平整度差异，进而通过纳米执行机构来调整镜头和基板之间的距离，使得基板始终处于镜头的最佳成像位置。    

在泛半导体领域及印制电路板中的IC载板领域，由于线宽精度要求更高，需要采用高精度高速实时自动对焦技术。合肥芯碁微的自动对焦系统主要包含测量系统和纳米执行机构两项技术模块：①测量系统，主要采用旁轴激光测距或同轴激光测距的方式，能够测量出20nm以上的基板表面平整度差异；②纳米执行机构，主要采用压电陶瓷作为每个镜头独立的对焦执行机构，能够将对焦过程中镜头的中心偏差控制在10nm以内。

（4）高精度高速对准多层套刻技术

PCB和IC产品通常由几层到几十层的电路图形组成，层与层之间的图形需要确保对齐，偏差过大会造成电路图形的功能失效，所以对准套刻精度是衡量直写光刻设备的核心指标之一。为了保证图形的对准套刻精度，合肥芯碁微掌握了高精度高速对准多层套刻技术，技术具体包括图像采集系统、亚像素精度定位技术、自适应算法。

①图像采集系统

图像采集系统是光刻设备用来快速准确的识别基板对位标记的模块，主要包含对准照明光源、对准镜头、图像采集装置和图像处理模块，其设计需要考虑对准精度和对准效率的平衡。目前公司所有设备的图像采集系统均由合肥芯碁微自主研发设计和组装集成。在PCB领域，印制电路板产品的对位标记种类和材料繁多，标记识别复杂，合肥芯碁微采用2个或者2个以上的旁轴对准方式，同时配置双波段（红外光和可见光）照明光源，照明方式为同轴照明或环形照明。在泛半导体领域，合肥芯碁微主要采用同轴对准方式，即照明光路与成像光路共用同一镜头。由于对准光源与曝光光源的波长差异很大，需要在照明光路中对该波段的像差进行校准。

②亚像素精度定位技术    

图像采集系统为了能够更快的定位检测到对位标记，通常图像采集窗口都比对位标记范围大。由于采集窗口越大，所采集的图像的像素尺寸就越大，进而定位的精度就会越差。为了确保对准过程的快速和准确，合肥芯碁微已开发出亚像素精度定位技术，并已广泛应用在产品上，提高了产品的竞争力。合肥芯碁微亚像素精度定位技术兼顾了对准的效率和精度，在PCB领域中，对位的时间可以达到3秒以内，定位精度可达500nm，其图像识别精度可达到1/20像素；在泛半导体领域中，对位精度要求更高，对位效率相对降低，对位的时间达到5秒以内，定位精度可达50nm，其图像识别精度可以达到1/30像素。

③自适应算法

在PCB领域及泛半导体领域，要求对准套刻又快又准，一般取四点对位，通过对四个对位标记的调整和图形变换，以保证曝光图形的对准套刻精度。合肥芯碁微掌握的对准图形变换方式包括投影变换、相似变换和仿射变换等，在图形曝光时，合肥芯碁微自主研发的自适应算法软件会自动提示对准计算结果，客户可以对图形变换参数进行管控和记忆，确保生产过程中的实时对准精度。合肥芯碁微的自适应算法集成“深度学习”的功能，优先进行算法的推荐，从而提高对准套刻的整体性能。

（5）高精度多轴高速大行程精密驱动控制技术

高精度多轴高速大行程精密驱动控制技术是直写光刻设备的关键技术，该技术使得设备在高速扫描光刻过程中能够保证曝光图形的位置精度和对准套刻精度。合肥芯碁微自主设计开发了高精度多轴高速大行程精密驱动控制技术，使得设备在性能、灵活性及成本等方面具有极大的竞争力。该技术已广泛应用于合肥芯碁微的PCB直接成像设备和泛半导体直写光刻设备中，不仅能够帮助合肥芯碁微更快速地开发定制化设备，满足客户的多样化需求，也能够帮助合肥芯碁微在研发过程中搭建合适的实验及测试平台，提升研发效率，缩短产品迭代周期。该技术具体包括平台二维补偿技术和高性能多轴运动控制技术。    

①平台二维补偿技术

合肥芯碁微的平台二维补偿技术是指运动平台装配完成后，先采用标准板测量出平台运动误差，再通过软件自动修正的一项技术。该技术解决了平台高速运动过程中带来的位置误差问题，提高了曝光图形的位置精度和对准套刻精度，降低了运动平台的硬件性能要求。

②高性能多轴运动控制技术

合肥芯碁微的高性能多轴运动控制技术，是基于嵌入式实时系统开发运动控制程序，可以对运动轨迹进行空间样条曲线拟合，计算生成各节点位置、速度、时间，并通过高速工业以太网同步至伺服驱动器加以执行，从而实现对任意空间曲线的离散控制。同时该技术采用高速CPU进行实时路径规划运算，对各个伺服驱动轴的运动变量进行实时抓取和调整，提高运动平台的精度及稳定性。该技术不仅实现了多轴运动平台的同步联动，还支持以一个主轴为基础向光刻设备其他子系统发出同步位置信号，实现各子系统之间同步控制。

（6）高可靠高稳定性及ECC技术

直写光刻设备应用于下游PCB、泛半导体等行业内的生产，尤其是自动化生产线，需要7*24小时无间断作业，必须保证产品加工的稳定性，所以在整个产品加工过程中任何关键部件的微小变化都会影响到加工的质量。对准套刻精度、线宽一致性和图形拼接精度对此尤为敏感，轻则造成加工产品报废，重则导致产线停产。为满足设备长时间满负荷稳定的工作，合肥芯碁微掌握了高可靠高稳定性及ECC技术，具体包括：

①高精度环境控制技术

高精度环境控制技术，主要是对设备内部的温度、湿度、气压和洁净度进行控制，其中最难的是温度的控制。由于每种材料都具有热膨胀的特性，一般金属常温下的热膨胀系数为1*10-5左右，为减少部件热变形带来生产的不稳定性，合肥芯碁微从设备整机结构布局入手，对于部件的结构布局进行模拟分析和设计优化，从而降低热源对精密部件的影响。在PCB领域中，合肥芯碁微的温度控制技术能够达到±0.2℃；在泛半导体领域中，合肥芯碁微的温度控制技术能够达到±0.03℃。    

②自动监测补偿系统

设备长时间使用过程中，各部件的位置和性能会有一定的变化。直写光刻设备具有多个曝光镜头，其相对位置与性能的变化直接影响整机性能。合肥芯碁微自主开发的自动监测补偿系统，不仅可以对每个镜头及精密部件的位置进行实时监控，实现了监测的高效率和高可靠性，并且能够对部件的位置误差进行补偿，从而保持设备长期稳定运行，为公司设备在业界的稳定性赢得了良好的口碑。

③设备诊断维护系统

设备内部的生产日志、报警信息、自动补偿参数可以自动生成报表，利用大数据分析，可以对设备运行情况进行分析预判，同时利用ECC技术（一种实现“错误检查和纠正”的技术）防止设备出现不稳定的问题。

（7）高速实时高精度图形处理技术

图形处理是直写光刻领域关键的技术，PCB和泛半导体领域使用的图形格式在光刻前需要转换成直写光刻设备能够识别的位图格式，通常转换之后的位图数据量较大，这就需要强大的计算机处理能力、软件处理能力、数据传输能力，因此对相关软件的设计能力、数据的处理能力都提出很高的要求。合肥芯碁微掌握了高速实时高精度图形处理技术，具体包括无缝图形拼接技术、多镜头线宽一致性技术、镜头畸变补偿技术、灰度曝光技术、DMD控制技术等。

合肥芯碁微在DLP9500数字微镜器件（DMD）的基础上成功开发了CUDA和FPGA的数据处理技术，实现了高速实时高精度光刻图形处理速度，处理速度高达2.5万帧/秒；合肥芯碁微在DLP9000X基础上进一步开发了可以同国外厂家竞争的光刻图形处理系统，该系统进一步提升了数据处理的精度，数据处理的带宽也提升了2倍，并成功应用在Mas系列直接成像设备上。    

（8）智能生产平台制造技术

智能制造和无人化生产是PCB和泛半导体产业发展的主要趋势，在单机设备基础上，合肥芯碁微采用了智能生产平台制造技术自主开发了全自动生产线。该生产线能够帮助客户实现无人作业，大幅提升生产效率，而且降低人力成本。另外该生产线搭载的智能制造生产管理系统，可实现与客户端生产信息化管理系统（MES系统）的无缝对接，帮助客户自动生成生产报表、监控生产状态、调整生产参数、分析工艺品质，实现智能化生产。公司的智能生产平台制造技术主要包括机器视觉技术、产品追溯技术、报表自动生成技术。

①机器视觉技术机器视觉系统主要包含基板尺寸识别、产品信息读取两个模块。机器视觉系统能够自动扫码读取产品生产信息，同时与工厂的MES系统实时对接，自动调取产品生产参数，无需人工干预，实现无人化操作。

②产品追溯技术合肥芯碁微的产品追溯技术可以对每个产品单独进行标记，如产品的生产时间、产品编号、批次、机台号等信息，在后道生产工序中可以及时准确地追溯到相应的机台，调取对应的生产参数，帮助客户快速定位并分析问题。

③报表自动生成技术

报表自动生成技术与客户的MES系统对接，上传生产数据，实时反馈机台状态，自动生成相关分析报表，帮助客户实时掌握产品生产进度，优化生产排程，满足客户智能化的要求。

PCB直接成像设备及自动线系统（PCB系列）

在PCB领域，全制程高速量产型的直接成像设备，最小线宽涵盖8μm-75μm范围，满足目前PCB领域最高端的IC载板制造要求，主要应用于PCB制造过程中的线路层及阻焊层曝光环节，是PCB制造中的关键设备之一。在最小线宽35μm、对位精度±12μm的条件下实现300面/小时的产能；在最小线宽15μm、对位精度±8μm的条件下实现270面/小时的产能。    

激光直接成像（LDI）设备主要应用领域包括：单面板、双面板、多层板、HDI板、柔性板线路曝光工艺环节，IC载板线路曝光工艺环节，单面板、双面板、多层板、HDI板、柔性板、类载板线路曝光工艺环节，柔性板卷对卷线路曝光工艺环节。    

紫外LED直接成像（UVLEDDI）设备主要应用领域包括：应用在PCB制造中的阻焊工艺环节，可采用两波段光源进行阻焊，也采用三波段光源进行阻焊；应用在PCB制造中单面板、双面板、多层板的线路（50μm以上）曝光工艺环节。

也可以把这些单机设备组成直接成像联机自动线系统，在工作效率、自动化、智能化方面具有突出优势。在工作效率方面，该产品使得原有多个独立自动化模块数据共享，实现共同柔性作业，如不同基板尺寸、不同感光材料的快速适应生产，从而有效提升工作效率；在自动化方面，该产品在部分制造环节采用自动化处理，减少人工操作，在节省用工成本的同时有效降低了由人为操作引起的操作误差，有利于提升产品制造的良率；在智能化方面，该产品能够对接客户产线的生产管理系统（MES），在生产过程中建立实时数据分析系统，利用读码和实时打码技术实现生产工艺的可追溯性，同时自动生成生产报表和生产日志报警信息，使生产管理者能够实时了解产量、物料损耗、设备运行状态等生产状况。

泛半导体直写光刻设备及自动线系统（泛半导体系列）

在泛半导体领域，合肥芯碁微提供最小线宽在500nm-10μm的直写光刻设备，主要应用于下游IC掩膜版制版以及IC制造、OLED显示面板制造过程中的直写光刻工艺环节。    

IC掩膜版制版、IC制造直写光刻设备主要应用于IC掩膜版制版、IC制造环节、MEMS芯片、生物芯片的直写光刻，光刻精度能够达到最小线宽500nm，能够满足线宽130nm制程节点的掩膜版制版需求，适用于产线试验、科研院所使用。

在OLED显示面板直写光刻设备领域，为进一步提高设备整体产能，满足面板客户的小批量、多批次生产与研发的需要，OLED直写光刻设备自动线系统采用多台并联自动化生产，可以实现多个机台同时独立工作，整个自动线系统包括数个独立***台和一个公用的机械传送装置，系统通过读码扫描生产信息进行参数调取，可以实时监测各个机台的运作情况并反馈到客户的MES系统，自动生成生产报表和生产日志报警信息，客户可以实时监控生产情况、修改生产工艺参数，从而保证产品的品质。    

OLED直写光刻设备自动线系统应用于OLED显示面板制造过程中的光刻工艺环节，光刻精度能够实现最小线宽0.7μm。

丝网印刷激光直接制版设备，该产品主要应用于丝网印刷制版领域，，光刻精度能够实现最小线宽50μm。

由于光刻设备具有较高的技术门槛，我国整体技术水平较欧美、日本等国家的设备厂商具有较为明显的差距。

所属行业应用技术的介绍

（1）微纳制造技术

随着信息化时代、智能化时代的来临，移动通信技术、人工智能技术、物联网技术等先进科技的飞速发展，进一步推动高集成度、超高频、超高速半导体、电子电路等器件开发研制的精细化，器件的制造尺寸也从微米尺度精细到纳米尺度，微纳制造技术获得了快速发展。

微纳制造技术是指尺度为亚毫米、微米和纳米量级元件以及由这些元件构成的部件或系统的优化设计、加工、组装、系统集成与应用技术。微纳制造技术涉及的学科领域广，具有多学科交叉融合特点，最主要的发展应用方向是微纳器件与系统的生产制造。

微纳制造技术是在半导体、电子电路等制造过程中发展的专用技术，具有微型化、批量化、单位成本低的特点，对现代科技发展、工业进步有巨大促进作用，并催生了一批新兴高技术产业。

微纳制造技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家高端制造业发展水平的关键标志之一，在推动科技进步、促进产业发展、保障国防安全等方面都发挥着关键作用。目前，在机械电子工程以及微电子等先进制造技术领域涉及的主要微纳制造技术包括图案化技术、化学机械抛光技术以及薄膜沉积技术等。其中，光刻技术作为图案化技术的核心，是人类迄今所能达到的尺寸最小、精度最高的加工技术，现代电子信息工业产业中大量运用光刻技术。    

（2）光刻技术

光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将设计好的微图形结构转移到覆有感光材料的晶圆、玻璃基板、覆铜板等基材表面上的微纳制造技术，用它加工制造的器件包括：芯片、显示面板、掩膜版、印制电路板等。

光刻技术的主要工艺流程包括预处理、涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶等一系列环节，整个工艺流程是一个复杂的过程，各工艺环节互相影响、互相制约，其中曝光是光刻技术中最重要的工艺环节。

在当今科技与社会发展中，光刻技术的发展进程直接关系到通信产业、电子产业等高科技领域的革新，是推动社会不断发展进步的关键技术之一，在PCB领域及泛半导体领域均有广泛应用。

目前，在PCB领域中，PCB产业化制造通常要求光刻精度为微米级；在泛半导体领域中，IC产业化制造及IC掩膜版制版通常要求光刻精度为纳米级，FPD产业化制造通常要求光刻精度为微米级。

（3）光刻技术在PCB领域内的应用情况

①PCB领域光刻技术概况    

PCB是所有电子产品必备的电路载体，是电子工业中的重要基础部件，PCB产业的发展水平在一定程度上反映一个国家或地区电子信息产业的发展速度与技术水平。PCB生产过程较为复杂，涉及多个工艺环节，每个工艺环节对应着相应的专用设备需求，主要包括激光钻孔机、激光切割机、数控钻床、曝光设备、蚀刻设备、电镀设备、检测设备等。

其中，曝光设备是PCB制造中的关键设备之一，用于PCB制造中的线路层曝光及阻焊层曝光工艺环节，主要功能是将设计的电路线路图形转移到PCB基板上，其技术发展同下游PCB产业的发展息息相关。

目前，在大规模PCB制造领域，根据曝光时是否使用底片，光刻技术可主要分为直接成像（直写光刻在PCB领域一般称为“直接成像”，对应的设备称为“直接成像设备”）与传统曝光（对应的设备为传统曝光设备）。PCB主要光刻技术具体分类如下：

②PCB直接成像技术原理

直接成像（DI）是指计算机将电路设计图形转换为机器可识别的图形数据，并由计算机控制光束调制器实现图形的实时显示，再通过光学成像系统将图形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的基板表面上，完成图形的直接成像和曝光。    

其直接成像技术工作原理如下：

根据使用发光元件的不同，直接成像可进一步分为激光直接成像（LDI）以及非激光的紫外光直接成像，如紫外LED直接成像技术（UVLED-DI），其中LDI的光是由紫外激光器发出，主要应用于PCB制造中线路层的曝光工艺，而UVLED-DI的光是由紫外发光二极管发出，主要应用于PCB制造中阻焊层的曝光工艺。

线路层曝光对曝光的线宽精细度、对位精度具有较高要求，而防焊层曝光对产能效率和线路板表面质量具有较高要求，二者在技术难度上没有高低之分，仅技术的侧重点不同。直接成像技术与传统曝光技术的工艺对比情况如下所示：

使用传统曝光设备与直接成像设备的PCB制造工艺流程示意图    

③直接成像技术的技术优势

近年来，随着PCB下游应用市场如智能手机、平板电脑等电子产品向大规模集成化、轻量化、高智能化方向发展，PCB制造工艺要求不断提升，对PCB制造中的曝光精度（最小线宽）要求越来越高，多层板、HDI板、柔性版及IC载板等中高端PCB产品的市场需求不断增长，从而推动了直接成像技术发展不断成熟。

与传统曝光技术相比较，直接成像设备在光刻精度、对位精度、良品率、环保性、生产周期、生产成本、柔性化生产、自动化水平等方面具有优势。随着技术水平不断提升，设备成本不断降低，直接成像设备在中高端PCB产品制造中已经得到了广泛的应用，成为了目前PCB制造曝光工艺中的主流发展技术，具体技术优势情况如下所示：    

④直接成像设备的产业化应用情况与前景

PCB产品目前主要分为单面板、双面板、多层板、HDI板、柔性板以及IC载板等类型，不同类型的产品对制造过程中的曝光精度（线路最小线宽）要求不同，单面板、双面板等传统低端PCB产品的最小线宽要求相对较低，多层板、HDI板与柔性板等中高端PCB产品的最小线宽要求较高，IC载板是近年来兴起的新型高端PCB产品，其对最小线宽具有最高的技术要求。    

根据台湾电路板协会（TPCA）发布的台湾PCB产业技术发展蓝图，2021年中高端PCB产品的曝光精度要求较2019年将具有明显的提升，其中多层板最小线宽从40μm提升至30μm；HDI板最小线宽从40μm提升至30μm；柔性板最小线宽从20μm提升至15μm；IC载板最小线宽从8μm提升至5μm。目前，直接成像设备在PCB产业化生产中能够实现的最小线宽已经达到5μm，而使用传统曝光底片（银盐胶片）的传统曝光设备能够实现的最小线宽一般约为50μm，无法达到上述中高端PCB产品大规模产业化制造中的曝光精度需求。

2019-2023年PCB产品曝光精度（最小线宽）要求演进

在下游市场需求方面，随着下游电子产品向便携、轻薄、高性能等方向发展，PCB产业逐渐向高密度、高集成、细线路、小孔径、大容量、轻薄化的方向发展，PCB产品结构不断升级。多层板、HDI板、柔性板以及IC载板等中高端PCB产品市场份额占比不断提升，目前已经占据了PCB市场的大部分份额。根据Prismark统计数据，2018年全球PCB产品中多层板产值占比约为39.40%，HDI板产值占比为14.80%，柔性板产值占比为19.90%，IC载板产值占比为12.10%，按照台湾电路板协会发布的PCB产业技术蓝图中2019年线宽要求50μm以下的PCB产品占比已经达到了86.10%。

在PCB产品不断升级的过程中，传统曝光技术在光刻精度、对位精度、生产效率、柔性化生产、自动化水平以及环保性等方面已经难以满足多层板、HDI板、柔性板、IC载板等中高端PCB产品的产业化生产需求，直接成像技术已经成为了中高端PCB产品制造中的主流技术方案。随着直接成像技术的进一步发展成熟，直接成像设备的制造成本及销售价格有望进一步下降，其在单面板、双面板等低端PCB领域中有望对传统曝光设备实现替代，进一步提升市场渗透率。    

在设备售价方面，随着我国PCB直接成像设备的技术水平快速提升以及整个PCB产业链生态不断完善，直接成像设备的生产成本得到了有效降低，其销售价格与传统曝光设备间的价差逐渐缩小，使得下游PCB生产客户能够有效缩减设备生命周期内生产PCB产品的单位成本。

综上所述，目前在PCB产业化生产中，相较于传统曝光设备，直接成像设备在曝光精度、良品率、生产效率、环保性、自动化水平等诸多方面具有比较优势，符合PCB产业高端化升级要求，成为了PCB制造中曝光工艺的主流技术方案，随着设备成本的不断下降，未来直接成像设备市场需求有望快速增长。

⑤国产PCB直接成像设备发展情况

在PCB直接成像设备领域，由于设备由多个系统组成，设备生产工艺复杂，因此技术门槛高，目前行业主要参与者包括以色列Orbotech、日本的ORC、ADTEC、SCREEN以及国内的合肥芯碁微、江苏影速、天津芯硕、中山新诺、大族激光等企业。

由于我国PCB直接成像技术发展起步较晚，以Orbotech、ORC为代表的国外企业占据主要市场份额。近年来，我国企业不断加大研发投入，技术水平得到有效提升，以合肥芯碁微为代表的国内PCB直接成像设备厂商在最小线宽、对位精度、产能等核心性能指标方面，已经能够与国外厂商进行市场竞争，并且凭借产品性能及本土服务优势，开始逐步实现进口替代及设备出口。

未来，随着全球PCB产品结构不断升级以及国内直接成像设备厂商的业务规模不断增长，国产直接成像设备有望加速实现对行业内传统曝光设备以及对进口PCB直接成像设备的替代。

（4）光刻技术在泛半导体领域内的应用情况    

目前，在泛半导体领域，根据是否使用掩膜版，光刻技术主要分为直写光刻与掩膜光刻。其中，掩膜光刻可进一步分为接近/接触式光刻以及投影式光刻。

泛半导体主要光刻技术分类

以上光刻技术的具体示意图如下：

直写光刻、接近/接触式光刻以及投影式光刻示意图

①掩膜光刻技术原理

掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，具体可分为接近、接触式光刻以及投影光刻。相较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加先进，通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比例的图像，从而实现更精细的成像。

目前，投影式光刻在最小线宽、对位精度、产能等核心指标方面能够满足各种不同制程泛半导体产品大规模制造的需要，成为当前IC前道制造、IC后道封装以及FPD制造等泛半导体领域的主流光刻技术。    

②直写光刻技术原理

直写光刻也称无掩膜光刻，是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩膜直接进行扫描曝光。直写光刻根据辐射源的不同大致可进一步分为两大主要类型：一种是光学直写光刻，如激光直写光刻；另一种是带电粒子直写光刻，如电子束直写、离子束直写等。直写光刻在泛半导体领域中的掩膜版制版及器件制造中的技术特征如下：

A、掩膜版制版领域

直写光刻技术能够在计算机控制下按照设计好的图形直接成像，容易修改且制作周期较短，成为目前泛半导体掩膜版制版的主流技术。

其中，激光直写光刻技术是指计算机控制的高精度激光束根据设计的图形聚焦至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩膜，直接进行扫描曝光的精密、微细、智能加工技术，主要应用于FPD制造所需的掩膜版制版及IC制造所需的中低端掩膜版制版领域。带电粒子直写光刻技术与激光直写光刻技术的原理相同，只是将辐射源用带电粒子束取代激光光束，能够实现更高的光刻精度，主要应用于IC制造所需的高端掩膜版制版领域。

B、泛半导体器件制造领域

直写光刻技术受限于生产效率与光刻精度等方面因素，目前还无法满足泛半导体产业大规模制造的需求。

主要原因：一是带电粒子直写光刻技术的生产效率较低，且在大规模生产中会产生较为严重的邻近效应（电子散射会导致电子的运动方向发生偏离，散射电子会超出原有的束斑尺寸范围，对于邻近束斑的非曝光区域，抗蚀剂层吸收了部分偏离束斑尺寸电子的能量而发生曝光），严重影响图形的分辨率及精度；

二是激光直写光刻技术受限于激光波长，在光刻精度上不如电子束、离子束等带电粒子直写光刻技术，还无法满足高端半导体器件制造的需求。    

但是，泛半导体器件具有类型多样化、升级迭代快的特点，特定型号的掩膜版使用寿命相对较短，进一步加剧了高昂的掩膜版投入成本，尤其是新产品研发成本高、周期长。

受上述因素影响，行业内企业逐步提高了对无需掩膜版的直写光刻设备研发的重视程度，以期提高其生产效率。目前直写光刻技术已经在科研、军工以及特种器件等特定领域内实现一定程度的产业化应用。

③掩膜光刻技术和直写光刻技术在泛半导体领域不同细分市场的应用情况对比

在泛半导体的产业化生产中，掩膜光刻与直写光刻在下表不同细分市场所要求的光刻精度（最小线宽）具有明显差别。具体如下：

A、IC前道制造领域

掩膜光刻中的投影式光刻技术发展成熟，在实现高精度的同时还能实现高效的大批量生产，符合大规模IC产业化生产的需求，目前IC前道制造掩膜光刻设备市场被荷兰ASML、日本Nikon、Canon所垄断，其中荷兰ASML处于全球领先地位，国内厂商仅有上海微电子等企业能够实现投影式光刻设备的产业化。

在IC制造直写光刻领域，目前合肥芯碁微、天津芯硕等国内企业能够实现直写光刻设备的产业化，国外竞争对手主要包括德国Heidelberg等。B、IC、FPD掩膜版制版领域掩膜版制版基本使用直写光刻技术。采用激光为辐射源的直写光刻设备领域，主要厂商为瑞典Mycronic、德国Heidelberg等企业，其中瑞典Mycronic处于全球领先地位。    

国内企业中，合肥芯碁微、江苏影速、天津芯硕等企业能够实现此类设备的产业化，合肥芯碁微在激光掩膜版制版领域的技术水平（最小线宽、产能效率等关键指标）已经能够与德国Heidelberg进行竞争。在采用带电粒子束作为辐射源的直写光刻设备领域，主要厂商为日本JEOL、ELIONIX、NuFlare、ADVANTEST以及德国Vistec、Raith等。

C、IC后道封装领域

在IC后道封装领域，随着半导体产业的不断发展，摩尔定律逐渐减弱，技术节点的变迁以及晶圆尺寸的变化速度逐步放缓。采用更为先进的封装技术成为IC芯片实现更小尺寸、更低成本、更高性能的有效手段，以晶圆级封装（WLP）、3D封装、硅通孔（TSV）等封装技术为代表的先进封装技术得到了快速发展。

目前，在IC先进封装领域，掩膜光刻技术是产业中应用的主流技术，主要厂商以日本ORC、美国Rudolph等日本、欧美地区企业为主，我国企业中仅有上海微电子等企业能够参与市场竞争。

近年来，针对掩膜光刻在对准的灵活性、大尺寸封装以及自动编码等方面存在局限的情况，日本SCREEN、USHIO等泛半导体光刻设备厂商已经成功研制了用于IC先进封装的激光直写光刻设备。

根据全球半导体研究机构YoleDevelopment预测，激光直写光刻技术在IC先进封装领域内的应用将在未来三年内逐步成熟并占据一定的市场份额，具有良好的市场应用前景。

D、FPD制造领域

根据显示面板制造所使用玻璃基板的尺寸不同，显示面板产品可分为不同世代。例如，应用于智能手机显示面板制造的多为第6代玻璃基板（尺寸为1,500*1,850mm），应用于65寸电视机显示面板制造的多为10.5代玻璃基板（尺寸为2,940*3,370mm）。    

目前FPD高世代产线均采用投影式光刻技术，在保证曝光精度要求的同时还能实现高效的大批量生产，符合大规模FPD产业化生产的需求。目前，FPD投影式光刻设备的主要厂家包括日本Nikon、Canon、美国Rudolph以及国内的上海微电子等，其中日本Nikon和Canon两家占据FPD高端光刻设备的主要市场份额。

直写光刻技术在高世代产线中还未有产业化的应用，但是在低世代产线中直写光刻设备能够实现最小线宽低于1μm的光刻精度，可以应用在面板客户小批量、多批次产品的生产以及新产品的研发试制，合肥芯碁微于2018年推出应用在FPD低世代产线的国产OLED显示面板直写光刻自动线系统，光刻精度可达0.7μm，并且成功获得面板客户的产线验证，该领域国外竞争对手主要有德国Heidelberg等。

④直写光刻技术应用前景

除掩膜版制版基本使用直写光刻技术外，目前直写光刻技术在泛半导体领域是掩膜光刻技术的有益补充，并在特定场景下的器件光刻工艺环节中起着不可替代的作用。具体体现在：

A、直写光刻技术向IC封装、FPD制造等领域扩展

一方面，IC及元器件的高度集成化发展对光刻设备制造精度的要求不断提升，导致掩膜光刻所需的掩膜版成本急剧上升，成为下游应用厂商的成本控制痛点。为解决掩膜版成本昂贵的问题，上游设备厂商通过不断研发升级直写光刻技术来满足下游应用厂商的需求。因此，近年来直写光刻技术应用领域开始不断向IC封装、FPD制造等领域扩展。

B、直写光刻技术在科研院所、产线试验、军工企业等特殊应用场景的应用

在科研院所、产线试验、军工企业等特殊应用场景下，直写光刻设备体现了特定的优势。如科研院所、产线试验需要进行大量样本的试生产，不同批次样品间具有一定差异，每个批次需要单独开模，导致掩膜版的开模费用高，且掩膜版制版产能十分有限，生产交付周期较长；在军工等涉密应用场景下，由于目前掩膜光刻设备基本被外国企业垄断，使用具有自主核心技术的直写光刻设备，能够满足保密性需求。    

市场概述

直接成像设备及自动线系统、直写光刻设备及自动线系统主要应用在下游PCB行业、泛半导体行业的制造环节，设备的市场需求同下游PCB、泛半导体产业的繁荣程度紧密相关。（1）PCB直接成像设备下游市场分析

印制电路板作为“电子产品之母”，广泛应用于通讯电子、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制、医疗器械、国防及航空航天等领域。PCB制造业产值的不断提升，将为上游PCB制造设备带来了庞大的市场需求。

近年来，随着我国PCB产业的快速发展，PCB产能不断提升，PCB制造设备投资呈现快速增长趋势。其中，曝光设备是主要的PCB制造设备之一，根据我国PCB头部厂商深南电路和鹏鼎控股的招股说明书中披露的扩产募投项目设备采购数据，曝光设备投资金额占项目设备总投资金额的比例约为17%。

此外，PCB产品技术要求的不断进步，为PCB直接成像设备带来良好的市场发展机遇。根据上海证券《5G对电子板块的影响研究（二）：PCB设备已经敲响的5G投资时钟》研究报告，随着PCB朝向多层板、HDI板、IC载板等趋势发展，传统曝光技术出现瓶颈，曝光工艺环节将主要采用直接成像技术，从而进一步推动PCB直接成像设备的市场需求。

①全球PCB市场规模分析

近年来，全球PCB市场总体发展稳定，除2008-2009年受全球金融危机影响出现较大程度的下滑外，全球PCB产值总体保持增长趋势。2018年全球PCB产值为635.50亿美元，较2017年增长8.00%。根据Prismark预测，到2023年，全球PCB制造业产值有望达到747.56亿美元，较2018年增长17.63%。    

根据Prismark统计数据，2000年全球PCB行业主要产地集中在美国（占比26.10%）、欧洲（占比16.10%）、日本（占比28.70%）、中国台湾/韩国（占比15.80%）等地区，中国大陆地区PCB产值占比仅为8.10%。而到2018年，中国大陆地区PCB产值占比已经超过全球产值的一半，预计在2023年将达到54.30%。

2000年、2018年、2023年（E）全球各地区PCB产值占比    

近年来，随着下游电子产品向便携、轻薄、高性能等方向发展，多层板、柔性板、HDI板及IC载板等中高端PCB产品的市场需求逐年增大。根据Prismark数据显示，2018年全球产值最高的PCB产品类型为多层板，产值占比为39.40%；柔性板产值占比为19.90%，排名第二；HDI板与IC载板产值占比分别为14.80%、12.10%。

②国内PCB市场规模分析

近十几年来，我国PCB制造行业凭借在劳动力、资源、政策、产业聚集等方面的优势发展迅速，目前已经成为全球最大的PCB生产基地。根据Prismark数据显示，2008-2018年间，中国大陆地区PCB制造业产值由150.37亿美元增长至326亿美元，占2018年全球总产值比例达到了51.30%。2008-2018年间，中国大陆地区PCB产值增长幅度达到116.80%，年复合增长率为8.05%，显著高于同期全球PCB产值2.77%的年复合增长率。

虽然我国目前已经成为全球最大的PCB制造业生产基地，但是从企业资金属性上看，台湾、日本等地区外资厂商仍具有一定的优势，中国大陆地区PCB制造业企业还具有较大的提升空间。根据Prismark数据显示，2018年中国大陆地区仅有7家企业进入全球PCB企业四十强，分别为苏州维讯（排名第8）、深南电路（排名第12）、景旺电子（排名第25）、建滔股份旗下依利安达（排名第31）、崇达技术（排名第32）、兴森快捷（排名第33）、胜宏科技（排名36）、依顿电子（排名第37）。    

根据国家统计局数据，2005-2017年间，我国PCB制造行业设备购置投资由30.89亿元增长至240.17亿元，年复合增长率高达18.64%。

（2）泛半导体光刻设备下游市场分析

泛半导体光刻设备具有非常高的技术门槛。近年来，随着产能与消费能力的不断提升，中国大陆地区成为全球第一大消费电子生产和消费地区。在我国政府的政策大力支持下，通过投入自主研发和引进行业内优秀技术人才等手段，我国泛半导体产业得到了快速发展，其中IC产业及FPD产业规模持续快速增长，为泛半导体设备提供了广阔的市场空间。

目前，中国大陆地区已经成为全球第二大半导体设备市场。然而，在泛半导体设备市场需求旺盛的背景下，我国泛半导体设备的自给率还非常低，绝大部分高端装备依赖进口，国产泛半导体设备具有良好的市场机遇。

①全球泛半导体市场规模分析

在半导体产业领域，近年来，由于5G通信、物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等新兴应用领域的迅速发展，推动半导体产业进入快速发展期。根据世界半导体贸易统计（WorldSemiconductorTradeStatistics，简称“WSTS”）数据显示，2018年全球半导体产业规模达4,687.78亿美元，同比增长12.06%，行业发展态势良好，对上游半导体光刻设备市场形成稳定的市场需求支撑。

在FPD产业领域，近年来正在经历从LCD向OLED转变以及面板尺寸升级等技术变革，OLED以及大尺寸LCD等面板产品市场需求增长有效推动了全球FPD市场规模的持续增长。根据MordorIntelligence市场调研数据显示，2018年全球FPD市场规模约为1,287.30亿美元，2018-2023年全球FPD市场规模将继续保持增长趋势，于2023年达到1,578.50亿美元，具有良好的市场前景，进而将对上游FPD制造设备形成可观的市场需求。    

***、蒸镀机等上游关键生产设备是FPD产业链的重要组成部分，设备技术与性能的不断进步推动了全球FPD产业的持续发展，与此同时全球FPD产业的持续发展为上游制造设备带来了稳定的市场需求。根据全球市场研究机构IHSMarkit数据，2010-2017年间，全球FPD制造设备市场规模呈现一定的周期性波动，总体呈现出增长趋势，2017年全球FPD制造设备市场规模约为202.00亿美元。经过前期产线的投资，预计2017-2020年间全球FPD制造设备市场规模将进入调整时期，市场需求将有所下降，预计2020年市场规模约为140.00亿美元。OLED显示面板是目前FPD制造领域的主流趋势，在OLED领域，根据UBIResearch数据，2019年OLED制造设备市场规模约为83.1亿美元，预计2020年OLED显示面板制造设备市场容量将增长至95.1亿美元，其中光刻设备应用于阵列工艺环节，该环节设备规模占比约为36%。

②国内泛半导体市场规模分析

在半导体产业领域，根据中国半导体协会统计数据，近年来我国IC制造业保持快速增长态势，2018年IC制造规模、IC封装测试规模分别达到1,818.20亿元和2,193.90亿元，市场规模庞大。

随着我国半导体行业的持续发展，我国成为了全球最主要的半导体设备市场之一。根据日本半导体制造装置协会统计数据，2018年中国大陆地区半导体设备销售额131.10亿美元，排名韩国市场（177.10亿美元）之后，位列全球第二位，同比大幅增长59.30%，远高于同期全球半导体设备市场增速。

我国半导体设备产业的技术水平与欧美、日韩等发达国家存在明显差距，半导体产业所依赖的高端装备主要依赖上述国家进口。根据海关总署统计数据，2012-2018年我国半导体设备进口金额呈现快速增长趋势，2018年进口金额达到112.54亿美元，同比大幅增长了78.66%，自给率不足15.00%。    

在FPD产业领域，近年来随着国内FPD生产线的建设和陆续投产以及下游电子设备应用多元化发展，我国FPD产业步入快速发展时期，产能持续增长。根据商务部数据显示，2013年国内FPD产能仅为22.00百万平方米，而2017年国内产能迅速增长到96.00百万平方米，2017年较2013年产能增长率高达336.36%。与此同时，2017年我国FPD产能全球占比从2013年的13.90%提升至34.00%，已经成为全球第二大FPD供应地区。

未来，在全球FPD产业继续向中国大陆地区转移以及中国大陆以京东方为代表的FPD厂商投资力度加大的双重作用下，中国大陆地区FPD产能预计将继续保持快速增长趋势，预计在2020年将达到194.00百万平方米，2013-2020年复合增长率将高达36.48%，届时中国大陆地区占全球FPD产能的比例有望达到52.00%，具有广阔的市场前景，将为我国国产FPD制造设备提供庞大的市场需求。

行业技术水平分析

直写光刻设备可分为PCB直接成像设备、泛半导体直写光刻设备，其中泛半导体直写光刻设备又可进一步分为IC制造直写光刻设备、IC及FPD掩膜版制版光刻设备、FPD制造直写光刻设备等。上述不同的应用领域对直写光刻设备的技术水平具有不同的要求。

在PCB领域，近年来随着下游电子产品不断向高集成、高性能、高便携性等方向发展，PCB产品高端化升级趋势明显，直接成像技术成为了目前PCB制造曝光工艺中的主流发展技术。

在泛半导体领域，除掩膜版制版外，与掩膜光刻相比较，目前直写光刻在IC前道制造领域存在光刻精度及产能效率较低、在FPD制造领域存在产能效率较低等问题，总体而言，直写光刻在泛半导体领域的应用领域相对较窄，在小批量、多品种泛半导体器件的生产与研发试制中具有比较优势，业务体量较小，是掩膜光刻的补充。    

①PCB领域

在PCB制造领域，直接成像技术已经得到了成熟的应用，相对于传统曝光技术而言，直接成像技术目前在最小线宽的性能指标方面能够满足多层板、柔性板、HDI板以及IC载板等中高端PCB产品的制造需求，行业内直接成像设备目前能够实现最高精度可达5μm的线宽，并且生产效率也得到极大的提升。

近年来，在PCB制造领域，电子元器件的高度集成化使得中高端PCB产品的层数大幅增加，导通孔、连接盘、导线的线宽与间距以及使用的介质厚度尺寸全方位缩小，从而导致导线精度及布线密度要求大幅提高，传统的曝光设备已经无法满足上述中高端产品的制造需求；其次，传统曝光技术需要使用底片，且所需的底片制造过程工序繁杂，工艺步骤多，对底片的图形尺寸影响大，出现偏差和缺陷的几率也就越大；第三，在传统曝光过程中，工作环境的湿度、温度对底片尺寸的稳定性都将产生直接影响，进而影响曝光图形的对位精度；最后，底片的制造会有一定的物料和人工成本，且底片的使用次数有限。

此外，根据台湾电路板协会资料，PCB“智慧制造”已成为业界的主要发展趋势，“智慧运营”、“智慧生产”、“智慧设备”是实现PCB行业“智慧制造”的三要素。其中，智慧设备要求PCB生产设备满足产线稼动率分析、设备预诊断、参数自动载入、设备通讯界面整合等方面要求。直接成像设备具有明显的自动化特点，能够与其他设备组成自动生产线，且易于对接客户信息化生产系统，符合当下PCB行业向“智慧制造”技术发展方向。在上述背景下，无需使用底片的直接成像技术得到了快速发展，直接成像设备成为了目前PCB制造厂商更新设备与未来规划新建产能所选择的主流技术设备路线，市场渗透率得到不断提升。

②泛半导体领域

在IC制造领域，大规模的IC产业化制造使用成熟的投影式光刻技术，目前IC制造最先进的EUV光刻设备已经实现了7nm最小线宽制程产品的量产。直写光刻设备在该领域受制于光刻精度以及产能，目前还无法满足大规模的产业化生产需求，主要应用在军工企业、科研院所、产线试验等特殊应用场景下的小批量、多批次产品的生产制造及新产品的研发试制中。在FPD制造领域，投影式光刻技术是目前产业广泛应用的技术，能够实现最小线宽1.5μm-3μm。    

同时，FPD掩膜版制版周期长、成本居高不下的产业现状也为直写光刻技术的应用带来了机遇，目前直写光刻技术在FPD低世代产线中已经得到一定程度的产业化应用。在IC、FPD掩膜版制版领域，直写光刻技术为主流光刻技术，采用激光作为光源的直写光刻技术能够满足FPD掩膜版制版以及中低端IC掩膜版制版的需求，采用带电粒子束作为光源的直写光刻技术能够满足高端IC掩膜版制版的需求。

此外，在IC先进封装领域，由于掩膜光刻在对准灵活性、大尺寸封装以及自动编码等方面存在一定的局限，泛半导体设备厂商近年来将激光直写光刻技术应用于晶圆级封装等先进封装领域，并成功研制了能够用于该领域产业化生产的激光直写光刻设备。

技术发展趋势分析

直接成像设备及直写光刻设备的技术发展由下游PCB、泛半导体器件等产品的升级趋势驱动。总体而言，目前直写光刻设备的技术发展趋势主要向四个方向发展，一是实现更精细的线宽及分辨率，二是提升生产效率，三是提升产品生产良率，四是最小线宽和生产效率的平衡和优化。

①实现更精细的光刻精度

目前，下游电子产品持续往集成化、便携化、多功能和高性能等方向发展，这对PCB及泛半导体器件制造中的光刻精度提出更高的要求。

在PCB领域，目前IC载板产品代表了最高的光刻水平，实现的最小线宽达到了5μm，追求更精细的线宽及分辨率成为PCB大厂的主要发展方向，直接成像技术已经开始被PCB大厂作为用来取代传统曝光技术的主流技术。泛半导体领域中的IC后道封装，日本SCREEN已经推出最小线宽2μm的采用激光直写技术的晶圆级封装光刻设备；在FPD领域，美国AppliedMaterials已经进行直写光刻的专利布局。    

②提升生产效率方面

由于PCB及泛半导体制造业为大规模制造业，生产企业具有较高的成本敏感性，生产效率的提升将有效降低产品的单位生产成本，因而受到其重点关注。

目前行业内主要是通过使用多工作台及多个曝光镜头等手段，实现单位时间内控制更多的曝光光束，并通过优化软件、改善材料配套等方式来提升生产效率。

早期的单工作台光刻设备工艺流程（上下片、对准和曝光）只能在一个工作台上按照流程顺序串行完成，而双工作台技术的运用能够使得上下片、对准和曝光的光刻流程在两个工作台上同时并行推进，从而能够大幅提升光刻设备的生产效率。

另外直写光刻技术从最开始的单曝光镜头，逐步增加到数个以及现在的数十个曝光镜头，从最开始的控制单点光束，然后是几十个点的光束，发展到现在的数百万个曝光光点，大幅缩短曝光时间，极大提升了生产效率。

除了上述硬件配置的提升外，直写光刻技术的数据处理能力也在通过软件优化的方式得到快速提升。此外在光刻配套材料方面，针对PCB直接成像设备的高灵敏度、高精度的感光干膜也得到快速发展，从而进一步提高了该类设备的生产效率。

在泛半导体领域，随着直写光刻技术的不断成熟，在光刻精度为1μm-5μm之间的泛半导体产业化生产中，知名直写光刻设备生产商逐步推出该领域的产品或者进行技术储备。

③提升产品生产良率方面

随着生产效率和最小线宽的提升，直写光刻需要的系统模块也在不断增加，系统的热源越来越多。为了确保各模块成像系统的一致性、稳定性，提高核心器件的使用寿命，设备厂商一方面需要对整机进行热分析和控制，通过建模分析改善设备内部结构和增加环境控制，另一方面需要通过数据的深度学习模型、过程控制技术、软件的智能化补偿等技术手段提升光刻设备的稳定性和智能化水平，从而提高光刻制程的良率。    

④最小线宽和生产效率的平衡和优化方面

随着最小线宽和生产效率的不断提升，直接成像设备及直写光刻设备将采用更多或者性能更高的模块，设备成本随之上升。下游客户基于产品生产成本控制需求，当产品单位生产成本低于原有单位生产成本时，才有动力完成设备升级和更换。

行业内主要企业

目前行业内的主要企业如下：

PCB领域境外主要厂商为以色列Orbotech、日本ADTEC、日本ORC、日本SCREEN、台湾川宝科技，国内主要厂商有合肥芯碁微、大族激光、天津芯硕、江苏影速、中山新诺。泛半导体领域境外主要厂商为瑞典Mycronic、德国Heidelberg、日本SCREEN、美国KLA-Tencor、美国Rudolph，国内主要厂商有合肥芯碁微、上海微电子、天津芯硕、中山新诺、江苏影速。

1、PCB领域

（1）以色列Orbotech：成立于1981年，专注于印制电路板、平板显示器、先进封装、微电子机械系统和其他电子元件制造商提供激光直接成像生产系统以及自动光学检测设备等，于2018年被美国KLA-Tencor收购。

（2）日本ADTEC：成立于1983年，专注于全自动光刻设备、PCB制造相关设备、各种FA设备、粉末成型压力机等产品的研发、制造和销售，于2012年被日本USHIO收购。

（3）日本ORC：成立于1968年，主要从事工业用灯、各种光刻设备、光应用装置、光计测及检查设备的研发制造销售等。

（4）日本SCREEN：成立于1943年，为东京证券交易所上市公司，是世界顶尖的制版设备制造厂商，致力于生产质量可靠、质量卓越的印前制造设备，产品多元化，包括电分机、扫描仪、服务器、印前工作站、输出机、***和电子雕刻机等。    

（5）台湾川宝科技：成立于1999年，主要从事CCD自动对位曝光机制造销售，主要应用于PCB印刷电路板及FPC软性印刷电路板领域。

（6）大族激光：成立于1999年，为深圳证券交易所上市公司，产品覆盖电子、新能源、电气、汽车、食品等多个行业，在PCB制造领域的设备产品主要包括激光钻孔机、激光切割机、直写光刻设备等。

（7）天津芯硕：成立于2011年，主要从事半导体无掩膜光刻设备、先进封装用激光直接成像设备、PCB精细线路成像专用LDI设备、3D曲面玻璃光刻专用LDI设备的研发和生产。

（8）江苏影速：成立于2015年，主要从事半导体、PCB、显示面板等应用的光刻设备的研发、制造、销售。

（9）中山新诺：成立于2003年，主要从事PCB激光直接成像、IC封装及制造光刻设备、FPD激光直接成像设备的研发、生产、销售。

（10）合肥芯碁微电子装备股份有限公司(简称：芯碁微装，证券代码：688630)，成立于2015年6月，注册资本13130万元，坐落于合肥市高新区集成电路产业基地，公司专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产。主要产品及服务包括PCB直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统、其他激光直接成像设备。

2、泛半导体领域

（1）瑞典Mycronic：总部位于瑞典斯德哥尔摩，系斯德哥尔摩纳斯达克上市公司，专业从事激光***、SMT贴片机、喷印机高科技电子设备的研发、生产及市场开拓。

（2）德国Heidelberg：成立于1984年，总部位于德国海德堡市，是激光掩膜版与无掩膜光刻绘图设备的世界级领导品牌，产品可应用于集成电子领域的高精度掩膜版制作、平面显示、先进电子封装等领域。    

（3）日本SCREEN：同上。

（4）美国KLA-Tencor：成立于1975年，系美国纳斯达克证券交易所上市公司，产品包括晶片制造、晶圆制造、光罩制造、互补式金属氧化物半导体（CMOS）和图像感应器制造、太阳能制造、LED制造，资料储存媒体/读写头制造、微电子机械系统制造及通用/实验室应用等。

（5）美国Rudolph：从事微电子器件制造商使用的缺陷检查、封装光刻、薄膜计量以及数据分析系统与软件的设计、开发、制造和支持业务。

（6）上海微电子：成立于2002年，主要从事泛半导体装备以及高端智能装备的设计制造销售，主要产品为光刻设备，应用于IC产业链中IC制造、封装测试以及FPD制造等领域。

（7）天津芯硕：成立于2011年，主要从事半导体无掩膜光刻设备、先进封装用激光直接成像设备、PCB精细线路成像专用LDI设备、3D曲面玻璃光刻专用LDI设备的研发和生产。

（8）江苏影速：成立于2015年，主要从事半导体、PCB、显示面板等应用的光刻设备的研发、制造、销售。

（9）中山新诺：成立于2003年，主要从事PCB激光直接成像、IC封装及制造光刻设备、FPD激光直接成像设备的研发、生产、销售。

（10）合肥芯碁微电子装备股份有限公司(简称：芯碁微装，证券代码：688630)，成立于2015年6月，注册资本13130万元，坐落于合肥市高新区集成电路产业基地，公司专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产。主要产品及服务包括PCB直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统、其他激光直接成像设备。

PCB直接成像设备技术实力对比    

用于掩膜版制版的激光直写光刻设备技术实力对比

IC制造直写光刻设备技术实力对比    

OLED显示面板制造光刻设备技术实力对比

审核编辑：黄飞