通过本次采访，松下公司的Darren Hitchcock与I-Connect 007编辑团队就UHDI制造的复杂性进行了探讨。读者还可以了解到，相对于传统PCB制造，转换约束条件的数量相当大，有时甚至会相互冲突。
Barry Matties：Darren，我最近看了你的演讲，关于更高密度、更精细特征对材料的需求其中涉及树脂、编织等。关子HDI及UHDI材料行业的现状，您向听众传递了哪些信息？
Darren Hitchcock：在那次演讲中，我介绍了一些材料变化，比如玻纤型号及玻纤的组成。在相当长的一段时间内，行业一直使用电子级玻纤，它必然是具有成本效益的选择。但随着电气性能要求的提高，我们看到对低Dk和超低Dk玻纤的需求越来越多，其电气性能的优势是决定因素。这类型号的增长趋势意味着可用性和成本的提高。
我还深入介绍了铜的变化。对更光滑铜的需求正在增加，因而影响了行业标准。我加入了OEM、制造商和原材料供应商的行业联盟。
Nolan Johnson：围绕这些行业到底发生了什么情况?
Hitchcock：在我的SMTA演讲中，我谈到了北美市场，以及最近的出货比状况，然后我很快转向了讨论密度。
对于高级别产品，封装密度驱动PCB密度和载板密度。随着封装内的组成越来越多所有一切都变得越来越小、越来越紧凑，I/0也越来越多。因此封装技术的发展推动了PCB技术的发展。
Johnson：是哪些因素推动了材料的发展？
Hitchcock：从材料的角度来看，它们变得越来越薄。电气因素需要较低的介电常数，但这不是主要的决定因素。主要推动因素是希望获得更低的耗散因子或损耗角正切。另一个推动因素是铜变得更为光滑。
铜的挑战在于附着力。随着树脂系统的损耗越来越低，很难使其附着在任何东西上。与此同时，铜变得越来越光滑，这使得它更难附着在树脂系统上。当继续添加填料时，系统中树脂的百分比越来越低，因而对附着力提出了挑战。新型材料的玻纤转化温度越来越高，使其变得很脆。另外，填料也使它们变脆。
与此同时，封装的I/O正在增加，且封装的尺寸越来越大，尤其是在基础设施方面，但在手机领域也是如此。XY平面尺寸正在增长以适应I/O，此外焊盘尺寸越来越小。这意味着焊料体积的表面积，BGA焊盘的表面积，无论是在封装侧还是在PCB侧都在变小。同时，附着力变得越来越具有挑战性，材料也变得越来越硬。突然间，CTE不匹配成为更大的挑战。
Johnson：这涉及大多数封装的球栅阵列，每个封装有数千处潜在的焊料失效。
Hitchcock：是的，阵列封装及其不断增加的密度对材料来说是挑战。在材料方面需要做一些创新性的开发，要么能吸收掉封装和PCB之间的应力，要么使材料更加坚固。
Happy Holden：电动汽车领域更有挑战性，使用最新的芯片技术，想要低成本但高可靠性的组件，以延长使用寿命。手机领域对小外形因子和功率效率有要求。这两种需求是相互冲突的。
Hitchcock：这就是类载板或近载板技术发挥作用之处，填补载板或封装侧与传统PCB侧之间的空白。其中的界线是模糊的，既想实现载板密度，又想要以PCB的成本来实现。
Johnson：这个界线区域有多大？
Hitchcock：曾经有空白，但现在它几乎是一个连续体。一些传统的PCB制造商有生产载板的工厂。对于那些制造商来说，这是连续体；PCB一旦达到一定的密度，就会转移到载板工厂生产，而这条界线一直在变化。随着载板技术的发展，PCB工厂的技术也在发展。
Johnson：你能介绍一些填料的背景知识以及这些材料对PCB造成的挑战吗？
Hitchcock：市场上的主要填料仍然是二氧化硅。还有一些填料与阻燃剂有关，但行业正在弃用溴化阻燃剂。溴化阻燃剂可以去除氧气，防火效果很好。无卤阻燃剂遇火会形成一层烧焦的层，其会覆盖燃料，火就会熄灭。
除了二氧化硅和无卤阻燃剂外，其他填料还平衡了电气、机械和热性能。还要考虑填料对于钻孔的影响，防止烧穿钻头。
Johnson：那会影响可制造性吗？
Hitchcock：是的，当然。例如，这是树脂填充空隙的能力。随着BGA封装越来越大，在平面上有空白。如果100平方毫米的封装面积中，铜不到50%，就会影响平面。
把重点缩小到基础设施用PCB，我称之为又大又厚又丑的PCB。通常为20层、30层、40层、50层的PCB，有许多电镀贯穿孔，叠层中的HDI越来越多。这些PCB使用的填料有很多的低损耗树脂，这使得填充反焊盘、平面间隙和电源层中没有铜的区域变得更难填充，且要保持厚度极薄。
所有这些“行星”都排成一排，它们互相拉扯。填充很容易，只需使其更厚即可。但是，如果 PCB 已经有 5 毫米厚了，还能做到多厚，且还能可靠地电镀通孔？
Johnson：你对PCB与载板之间的模糊界线有什么看法？
Hitchcock：传统上，用于载板的材料和用于PCB的材料之间的界线是模糊的。在某些设计案例中，可能PCB工厂甚至会使用载板材料，或者将载板材料作为PCB材料使用。一般来说，不会因为需求的差异而将这类设计推向载板工厂。
载板需要最高的质量，即低缺陷率和非常薄的材料。而PCB通常具有比载板更高的成本压力。通常，这种质量与成本的权衡意味着载板材料和PCB材料的开发过程有着不同的选择。
Holden：最终归结为OEM生产的类型，像航空航天或军事这样传统板，还是半导体类？每个领域的OEM都遵循不同的标准。
Hitchcock：一家PCB工厂能想出如何使用这种材料，另一家也能，但更大的差异出现在载板。首先，投入成本不同。如改良型半加成工艺电镀(mSAP)或高端洁净室，尤其是极薄半固化片和层压板，需要计算机化系统来处理这些材料。采用这项技术所需要的成本对一些公司来说是令人望而却步的，但对另一些公司来说则不然。
再让我们来看玻纤。20世纪90年代，通常有7628、2116、1080和106这4种玻纤型号。所有PCB都可以使用其中任一种。现在，可使用更多的玻纤型号，包括1037、1027、1017，下一波可能会达到1010，甚至更精细的玻纤。
现在必须处理更细的细丝，编织速度就不会那么快，而那些更精细的玻纤型号每英寸也有更多的织物。为了获得同样平方米的材料，需要更长时间。因此，从资本利用角度看，成本更高。材料供应商必须平衡这些挑战。
Johnson：对UHDI的需求增加了吗？
Hitchcock：需求必然会增加。
Holden：松下在无铜箔、ABF方面正在做什么？
Hitchcock：挑战是能够在铜不脱落的情况下直接金属化介质。整个行业遇到的另一个挑战是存在许多不同的树脂系统。自然，每家供应商都在努力保护自己的知识产权，拥有大量的专利，因此穿越专利领域变得越来越难。
在PCB领域，仍然是基于加成法电镀或传统的积层类型、一些电路制造工艺进行专利修改的。那么，最终会走向全加成法工艺吗？随着线宽线距越来越小，我不能确定。现在采用mSAP，超薄底铜厚度通常为1~3微米之间。
如果考虑PCB蚀刻，通常是1∶1的厚径比。如果要蚀刻18微米（半盎司）的铜，很难得到小于18微米的走线。所以，如果你把它转化为超HDI，比如说，一条5微米的走线，3微米的铜箔就引出了问题：剩下什么来电镀通孔？即使是能够保证通孔中的铜箔，也越来越具有挑战性。
Johnson：为了完成这类生产，必须新建工厂吗？或者现有工厂能发展出这样的技术吗？
Hitchcock：在亚洲，引入mSAP技术的工厂同时也在使用其他技术，不一定需要新建工厂。当今世界手持设备的数量大增，催生了大量的mSAP生产线。进入这个领域需要巨大的资本支出，不仅需要投资洁净室和传送设备，而且还要投资电镀技术。新建工厂可能是最简单的方法，但这并不意味着现有设施不能实现这一目标。
Matties：市场空间很大吗？如果建立了新工厂，就会有相应的业务，还是需要走出去开发客户？
Hitchcock：事先有客户可能是件好事，因为这是一项巨大的投资。仅仅因为某工厂拥有相关设备并不意味着客户不愿意尝试。现在，如果有需要这项技术的OEM，是否愿意在新工厂碰碰运气，还是只想投资于已经了解其产品的工厂？我对“构建新工厂，业务自然就会来”的想法持谨慎态度，但这并不意味着不能进入那个领域。新工厂必然需要大量的产能。
Johnson：哪些市场领域是推动向UHDI方向发展的主要因素？
Hitchcock：我认为是移动设备和物联网。任何手持设备，比如手表、手机和平板电脑，都会使UHDI技术更难。一些新兴市场一直在发展，涉及小尺寸装置，比如助听器的耳塞等。医疗领域正不断推出更小的探头、可穿戴设备，这些都是推动UHDI方向发展的因素。
Johnson：随着UHDI的出现，材料必须变得更加专用，行业甚至在讨论玻纤的性能要求使材料成本更高。这些变化都涉及到对价格敏感的产品。
Hitchcock：对，甚至更低的Dk或Df型树脂系统正在进入更多传统上被认为是消费类产品的领域；从铜和介质的角度来看，5G、6G等都需要电气性能更好的材料。我们通常不会在那些领域考虑采用UHDI技术，因为成本压力较大。
这可以追溯到早期对被推动的材料性能的一些评论，对于0.25mm间距的封装和1mm间距的封装，CTE不匹配或附着挑战是不同的。因此，对于基础设施，不会有人把服务堆栈推倒在地板上或把它扔下来，但对于手机、手表或耳机则不同，因此，需要考虑可靠性。
Matties：Darren，围绕这个话题或其他方面，您愿意与业界分享什么建议？
Hitchcock：与供应商合作。考虑材料和性能，尽量使两者平衡。不要害怕提问，无论选择哪家供应商，他们都有资源来帮助客户并提供指导意见。供应商提供的信息，可以帮助企业避开新技术带来的某些陷阱。
Johnson：在我看来，不仅意味着与PCB制造商交谈，还意味着与其他上游关键材料商沟通。
Hitchcock：正确。一些OEM一直与铜及玻纤供应商保持合作关系。一般来说，原材料供应商对关键材料非常了解。OEM需要了解组装、了解原材料、了解制造商和载板供应商。他们有能力做某些事情，并且有能力给OEM带来好的良率。对于那些愿意放弃一点良率来尝试和推进技术的企业来说，可以与具有更先进的技术能力的供应商合作。
更多内容点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年10月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
