孫麗麗 莫錫焜 Joe Dickson
(滬士電子股份有限公司,江蘇 昆山 215301)
目前被行業(yè)所熟知的PCB設(shè)計中各層次線路是通過鉆孔后電鍍銅連接,而垂直導(dǎo)電體結(jié)構(gòu)(VeCS:Vertical Conductive Structure)[1]作為新型的PCB設(shè)計。此技術(shù)將原始的BGA密集孔設(shè)計改為垂直銅柱設(shè)計,在加工過程中取消了原始BGA位的鉆孔,通過銑長短槽的方法將垂直導(dǎo)體銅柱逐個分割。目前的0.8 mmpitch的BGA只可以走單線,但是VeCS可以走五條線路,大大的提高了布線密度(如圖1)。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)機喝VeCs設(shè)計圖
以0.5 mmpitch的VeCS加工為例,首先用0.5 mm銑刀銑初槽,初槽可以根據(jù)客戶的需要為通槽或者為盲槽;然后進行第二步電鍍,此步驟之后槽體內(nèi)壁與槽底部均鍍有25 μm(1 mil)銅。第三步采用0.3 mm的槽刀銑取底銅;再銑斷槽內(nèi)壁,從而將槽內(nèi)壁切割成一個個孤立的銅柱(如圖2)。
2.1 測試樣品
2.2 再流焊(Refiow)可靠性比較
(1)測試條件(見表2、圖3)
(2)再流焊的接受標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果
接受標(biāo)準(zhǔn)為再流焊測試6次以后無爆板分層問題(見圖4)。
結(jié)論:在相同測試條件下采用VeCS設(shè)計的PCB與常規(guī)設(shè)計PCB均可以通過6次Reflow測試,并且采用VeCS設(shè)計的PCB在經(jīng)過10次再流焊后未出現(xiàn)開路與爆板分層問題。
圖2 加工流程比較圖
表1 測試樣品結(jié)構(gòu)
表2 再流焊測試條件
圖3 測試時真實溫度監(jiān)控曲線
圖4 再流焊測試結(jié)果
2.3 熱應(yīng)力可靠性比較
(1)熱應(yīng)力測試條件:浸錫288 ℃、10 s、3次。
(2)熱應(yīng)力的接受標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果:接受標(biāo)準(zhǔn)為三次浸錫后無分層現(xiàn)象(見圖5)。PCB電阻變化率僅0.1%,而常規(guī)設(shè)計的PCB 設(shè)計的測試結(jié)果變化率最大值為6.7%。
綜上采用VeCS設(shè)計的PCB的可靠性優(yōu)于常規(guī)PCB。
圖5 熱應(yīng)力測試結(jié)果
結(jié)論:在相同測試條件下采用VeCS設(shè)計的PCB均可以通過熱應(yīng)力的測試。即采用VeCS設(shè)計的PCB的熱應(yīng)力性能可以達到常規(guī)PCB的能力。
2.4 熱循環(huán)測試(TCT:Thermal Cycle Test)
(1)測試條件:TCT前試樣進行6次再流焊(同2.2)(見表3)。
表3 TCT條件
(2)接受標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果:TCT測試接受標(biāo)準(zhǔn):電阻變化率小于10%,(見表4)。
結(jié)論:在相同測試條件下采用VeCS設(shè)計的PCB均可以通過TCT測試,其中采用VeCS設(shè)計的
2.5 導(dǎo)電陽極絲(CAF:Conductive Anodic Filament)測試
(1)測試條件:CAF測試前進行6次再流焊(同2.2)(見表5)。
(2)測試接受標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果:CAF測試接受標(biāo)準(zhǔn):測試100 0h過程中保持電阻>107Ω,且測試過程中電阻變化<10%。測試結(jié)果如圖6。
結(jié)論:在相同測試條件下采用VeCS設(shè)計的PCB與常規(guī)PCB均可以通過1000 h CAF測試,此結(jié)果說明采用VeCS設(shè)計的PCB的CAF可靠性可以達到常規(guī)PCB的設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。
(1)插損測試試樣板(見圖7)。
表4 TCT結(jié)果(單位:?)
表5 CAF測試條件
(2)插損測試條件及測試結(jié)果。
(3)插損測試條件及測試結(jié)果(見圖8)。
結(jié)論:在同等對比條件下,VeCS的插入損耗均小于傳統(tǒng)的孔加背鉆結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的通孔(through hole)與盲孔設(shè)計不只占用很大的空間,同時也對SI有負面的干擾影響。
任意層互連(Any layer)雖然有助于增加布線密度,但是成本高、工時長,VeCS(垂直導(dǎo)電體結(jié)構(gòu))技術(shù)則在這方面有質(zhì)的突破。
圖6 測試結(jié)果
圖8 插損測試條件與結(jié)果
采用VeCS設(shè)計的PCB與傳統(tǒng)的PCB相比,VeCS的可靠性與信號性能優(yōu)勢明顯,完全可以滿足汽車板,服務(wù)器類板的高可靠性與信號要求。同時VeCS的設(shè)計可以為終端客戶節(jié)省大面積空間布線,從而達到降層與降低成本的雙從優(yōu)勢。