新型垂直導電體PCB與傳統導通孔PCB之性能博弈

孫麗麗 莫錫焜 Joe Dickson

（滬士電子股份有限公司，江蘇 昆山 215301）

0 前言

目前被行業所熟知的PCB設計中各層次線路是通過鉆孔后電鍍銅連接，而垂直導電體結構（VeCS：Vertical Conductive Structure）[1]作為新型的PCB設計。此技術將原始的BGA密集孔設計改為垂直銅柱設計，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 標準機喝VeCs設計圖

1 加工方法比較

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；再銑斷槽內壁，從而將槽內壁切割成一個個孤立的銅柱（如圖2）。

2 VeCS與傳統導通孔可靠性比較

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）再流焊的接受標準與結果

接受標準為再流焊測試6次以后無爆板分層問題（見圖4）。

結論：在相同測試條件下采用VeCS設計的PCB與常規設計PCB均可以通過6次Reflow測試，并且采用VeCS設計的PCB在經過10次再流焊后未出現開路與爆板分層問題。

圖2 加工流程比較圖

表1 測試樣品結構

表2 再流焊測試條件

圖3 測試時真實溫度監控曲線

圖4 再流焊測試結果

2.3 熱應力可靠性比較

（1）熱應力測試條件：浸錫288 ℃、10 s、3次。

（2）熱應力的接受標準及結果：接受標準為三次浸錫后無分層現象（見圖5）。PCB電阻變化率僅0.1%，而常規設計的PCB 設計的測試結果變化率最大值為6.7%。

綜上采用VeCS設計的PCB的可靠性優于常規PCB。

圖5 熱應力測試結果

結論：在相同測試條件下采用VeCS設計的PCB均可以通過熱應力的測試。即采用VeCS設計的PCB的熱應力性能可以達到常規PCB的能力。

2.4 熱循環測試（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）接受標準與結果：TCT測試接受標準：電阻變化率小于10%，（見表4）。

結論：在相同測試條件下采用VeCS設計的PCB均可以通過TCT測試，其中采用VeCS設計的

2.5 導電陽極絲（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）測試接受標準及結果：CAF測試接受標準：測試100 0h過程中保持電阻＞107Ω，且測試過程中電阻變化＜10%。測試結果如圖6。

結論：在相同測試條件下采用VeCS設計的PCB與常規PCB均可以通過1000 h CAF測試，此結果說明采用VeCS設計的PCB的CAF可靠性可以達到常規PCB的設計的標準。

3 VeCS 與傳統導通孔的阻抗與信號性能比較

（1）插損測試試樣板（見圖7）。

表4 TCT結果（單位：?）

表5 CAF測試條件

（2）插損測試條件及測試結果。

（3）插損測試條件及測試結果（見圖8）。

結論：在同等對比條件下，VeCS的插入損耗均小于傳統的孔加背鉆結構。

4 結論

傳統的通孔（through hole）與盲孔設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（垂直導電體結構）技術則在這方面有質的突破。

圖6 測試結果

圖8 插損測試條件與結果

采用VeCS設計的PCB與傳統的PCB相比，VeCS的可靠性與信號性能優勢明顯，完全可以滿足汽車板，服務器類板的高可靠性與信號要求。同時VeCS的設計可以為終端客戶節省大面積空間布線，從而達到降層與降低成本的雙從優勢。