我非常喜欢创新型企业，也很喜欢了解他们的最新状况。HSIO Technologies就是一家极具创意和创新能力的公司，该公司的创始人James Rathburn是企业家，亦是发明家。该公司总部位于明尼苏达州Maple Grove，一直致力于发展电子行业的尖端技术。他们将丰富的互连器件知识与已验证的半导体制造、印制电路生产及微电子组装工艺相结合，能够快速开发出各种外形尺寸、高效经济的高性能互连解决方案。我最近采访了他，了解了公司团队的最新动态，并学习了他们是如何使用及其他材料提升市场上所使用的高速高密度PCB。 DanBeaulieu: Jim，我们有些读者可能并不了解HSIO，给我们介绍一下你的公司吧。 James Rathburn:我在2010年创建了这家公司，我的投资合伙人来自Gryphics Inc.公司，我们在2007年出售了Gryphics Inc.公司。之前的公司为半导体行业生产高性能测试插座。当系统PCB和封装载板的信号完整性打败了高速插槽的性能时，我们的客户群达到了某个停滞点。我们当时的计划是研发一种集成技术将高速印制电路和低损耗连接器结合在一起。我们刚开始创办HSIO时，先是走入客户群去问他们“如果你们要研发一项新技术，你们会研发哪种技术？”他们普遍回答希望得到更精细的线宽和线距。他们还表示正是导通孔毁了他们的信号。因此我们确定了HSIO的研发重点是用全新的角度审视印制电路的生产，集中精力研发具有更精细的线宽/线距以及更完美信号完整性的PCB。 Beaulieu:对于HSIO所遇到的技术挑战，你们是如何应对的？ Rathburn:我们采用液晶聚合物技术研发了一种新的印制电路产品，现在我们正在将这种技术商业化。这种技术不会局限于LCP材料，还可以使用传统的材料，但高速高密度的重点还是LCP。我们在明尼苏达和亚利桑那州的运营过程中研发了这项技术，并且和Benchmark Electronics 公司建立了生产合作关系，力求将这种技术应用到批量生产当中，并且为工程和应用开发提供支持。Benchmark即将通过RF高速设计创新中心开始全面生产，包括电路制造、微电子组装、SMT组装和测试——所有这些都包含在同一个工艺流程当中，专门服务于下一代高速RF技术的需求。我们很荣幸能够参与其中，EMS行业从未尝试过这种方式。我们直接和Lark RF Technology（Benchmark的子公司）合作，Benchmark副总裁兼Lark子公司总经理Daniel Everitt将出席今年10月举办的EDICon大会。 图1：12层LCP PCB，其中包含混合刚性基芯和LCP高速信号层 Beaulieu:你们为什么要选择这个方向？ Rathburn:最初的发展计划是为半导体测试客户创建具有调谐性能的电路加插座技术系列。但是在过去，芯片生产商会对器件进行测试以确保器件能够在最终的系统里正常运行。一般情况下，信号完整性测试要求要比实际系统的使用要求严格得多，这是为了保证系统内的一切都能够正常运行。随着系统的性能和复杂程度不断提升，很多情况下在实际使用模型以外进行测试已经不能满足要求了。现在很多终端系统已经发展到了其具备的性能其实是以前只有测试时才会要求的水平。我们的技术能够保证产品在测试阶段和投入市场后都能表现出最佳性能。最终，技术的目的就是为了提供新的设计方式并且制造出高性能高密度的PCB。 Beaulieu: 哪些市场对采用这一技术感兴趣？ Rathburn:这项技术最大的优势之一就是能够应用于各种各样的市场。过去，军用/航空航天/国防/卫星/太空/测试行业是RF和MW技术的主要推动力。但目前和不久的将来，高速数字技术、移动/无线技术、汽车技术、低功耗混合信号以及模拟技术全都需要这种精密的电路生产技术。从航空和国防市场到消费类电子产品再到医疗市场，像Benchmark这样可以设计、生产和批量测试的公司所提供的减少产品体积、提升性能的理念是非常引人注目的。从设计角度来看，最好的一点就在于不论市场如何，所使用的技术基本都是相同的。 此外，我们也在和许多跨领域行业展开合作。目前，军事航空/国防行业可能还不具备这种能力，而且人们将大部分注意力都集中在了异质集成和高级封装方面。这类工作通常是从现有的技术入手，通过评估如何在近期之内让现有技术变得更好以及如何利用更综合的方法让它变得长期有效。高速数据、处理、存储器、无线/ RF应用的生命周期变得更短，而且受系统和硅片开发驱动。 随着5G技术的部署和应用，智能汽车和汽车通讯、挠性显示器、高速数据/光学处理、存储以及军事/航空航天等领域对技术的要求越来越高，所以我认为未来的技术必定是融合的技术。这些行业需要的是同样的技术，只是装配方式、比例和产量有所不同。业界都应该担忧高速信号、电源要求、热管理、物理体积、成本、天线、过滤器和混合技术的混合组装。LCP同样也是一种非常独特的材料，因为它的吸湿率很低，所以有可能应用于暴露环境、密封应用和植入式医疗装置当中。 我们目前所做的大部分工作旨在通过设计准则和制造改进来表征110 GHz的 RF电路和112 GB的数字电路。对于任何新技术而言，都需要有一段时间来调整设计准则并改善所需的生产工艺从而提升产量。长期可靠性要求会因市场的不同有很大差异，而且对所有市场而言都是十分重要的一方面。军事/航空航天行业的元件过时也成为了一个主要问题。等到一个项目启动时，通常一个或多个芯片节点所应用的技术已经过时了，所以他们更感兴趣的是在不需要进行全面重新认证的前提下，有效利用当下最新技术元件并适应传统平台。 Beaulieu:Jim，我们再深入探讨一些内容。你们公司的产品具体还有哪些性能？ Rathburn:当你从供应基础的角度来看当前的线宽和线距，你会发现有很多公司能够生产线宽和线距3mil至4 mil的高质量多层线路。但使用传统材料生产高速多层板，且阻抗要受到严格控制，同时线宽和线距小于2mil，这是非常具有挑战性的。并且供应链在这方面存在供应缺口。LCP已经出现了很多年，但在多层应用的可靠性和密度方面遇到了很多挑战。我们的生产能力已经达到了能够在挠性、刚挠结合板、基板、模型和多层板上制造出1mil或25微米线宽和线距的LCP线路叠层，且最多能达20层。我们即将发布的下一代技术能够将线宽和线距做到9微米，还可以埋入同轴信号线、有源和无源元件，还能在组装过程中在芯片级进行高速功能测试等。 图2：12层LCP刚挠性线路板的横截面，其中含有实芯全金属微导通 Beaulieu:可以向我们的读者介绍一下你和你们团队的专长吗？ Rathburn: HSIO公司的专长基本上是电气互连技术，但也延伸到了解我们的客户在目前以及未来需要如何实现系统内所有一切的互连。下一步就是根据稳定的生产工艺流程创建一种技术，而并不仅是现有技术的另一种版本。LCP材料有一些非常好的属性，所以在生产工艺中如何使用这种材料是一个关键因素。凭借HSIO团队在设计和应用方面的专业知识，利用工艺性能帮助客户完成传统设计的转换或是创建全新的设计，这种能力对于市场接受度而言是非常重要的。这也正是HSIO公司与Benchmark公司合作的基础。 Beaulieu:我想从各个企业寻求的答案之一就是他们为什么能够脱颖而出。HSIO的优势在哪呢？ Rathburn: 我们的技术受到各个细分市场客户群的欢迎。工程界能够解决各种挑战并创造出新的方式将电子元件整合到封装或更高级别的组装中。传统的高性能材料普遍比较价格高，而且很多时候在应用到更高频率的环境中时会降低互连密度。我们的方法可以在进一步优化性能的同时增加密度、减小产品实际尺寸。未来我们将研究如何将通常贴装在表面的元件嵌入到产品当中。凭借专业知识，Benchmark团队可帮助客户专注于充分利用从概念到生产再到系统和成品机箱机柜装配中的技术优势。很多客户都预想能够通过不断提升现有技术推出下几代产品，而不是采用全新的设计，从上市时间和开发的角度看这一点是非常重要的。我们相信，技术一经采用，就再也不会倒退到之前那样使用传统材料或老式方法。我认为HSIO之所以能够脱颖而出是因为我们和半导体行业领军企业中的测试研发部门保持着良好的合作关系。我们的产品用于测试那些1~3年以后才会安装到设备中投入市场的芯片。与其他印制电路供应商或EMS公司相比，我们早早地预见到了下一代芯片技术需求推动下的系统要求。Benchmark与HSIO的主要合作目标就是为芯片验证与系统级测试提供技术和高性能保证，并且确保这些功能可以应用到批量生产的终端产品当中。 图3：嵌入LCP电路叠层的共轴信号线的横截面 Beaulieu:你如何评价HSIO产品和技术的竞争力？ Rathburn:我们主要的竞争优势是摒弃传统的材料组合与设计准则，而大多数工程团队都更愿意在现有技术的基础上开发出满足下一代产品需求的技术；另一个竞争优势在于LCP，这是一种令人一言难尽的材料，人们一直认为这种材料很难加工、无法控制、现场运行中可靠性较差。近年来手机市场大量使用这种材料有助于改善人们对这种材料的看法，我们的技术所呈现的成果可能是令人印象最深刻的LCP产品。 我刚才所提到的技术融合给很多行业都带来困惑，面临非常大的挑战，但却是一个巨大的商机。信号速度与频率会在未来几年内成倍增加，产品能够在理想的基础频率下正常使用是非常重要的，同样重要的还有该频率下频带的电路精度。我们的理念是“每微米单位都非常重要”，对于12~20层叠层结构中的高密度精细电路而言尤为如此。美国的传统PCB供应商仍然以mil为基准，而且对设计的可制造性仍然是以经验为基础的。当然如果聚酰亚胺材料上3mil线宽和线距就已经能满足应用的需求，那就不需要使用我们的技术。很多业内书刊和会议都强调了最先进的改良型半加成基板或晶圆级扇出封装技术很适合大批量生产的应用。我们的技术既融合了精细电路、阻抗控制和层数等特点，同时Benchmark为设计、生产、组装和集成工作所提供的专业知识又是其他公司所不能及的。 Beaulieu:下面我们来谈一谈质量。你们具备哪些资格认证？这些资格认证给你们带来了哪些竞争优势？ Rathburn:HSIO作为一家研发前沿技术的公司，所面临的挑战之一就是工程团队要有兴趣、有能力去探索和实验，而商品和生产团队则需要强大的供应商系统来保证供应重要的元器件。过去，测试和研发领域的客户并不是很在乎批量生产的可行性以及ISO等认证，而这些恰是HSIO直接服务的市场。我们与Benchmark合作的一个重要优势就在于他们是一家声誉很好的一流EMS公司，他们的能力、信誉、资格和资源足以满足大部分市场客户的商业需求，同时尖端技术和一流的技术能力又使他们与商业化的PCB组装及成品装配商有所区别。 Beaulieu:Jim，我知道你的很多工作都是与研发有关，可以谈一谈这方面的工作吗？ Rathburn:我们的研发工作通常是在某一客户提出要求后开始启动，得出的成果可以应用到多个客户和市场上。我们把精力主要放在工艺研发方面，这种研发工作比较有意义。我们即将发布25微米级别节点的LCP技术产品，相比传统技术，该技术有重大的突破。 我们目前的研发重点叫做“芯片直接连接LCP”。其原理是在不需要使用载板或中介层的前提下布置封装好的元件，并直接将芯片连接在LCP模块上。它可以利用LCP PCB来缩小当前组件的体积，然后通过直接连接芯片的方式进一步缩小体积。DARPA CHIPS项目有相似的理念——将ASIC器件分解成可以组装到载板上的芯片组，并提供超越单片硅的混合半导体技术。同时期的另外一个研发重点就是能够在装配之前将这些装置作为连接组进行快速测试，同时进行组装和组装后测试。品质良好的器件对于这类组装而言是非常重要的，尤其是器件嵌入了组件之后不可能再进行返工。 图4：采用SMT混装和倒装芯片直接连接技术的10层LCP载板PCB Beaulieu:你们有什么规划？比如5年内你们都设立了哪些目标? Rathburn:5年这个时间范围太长了，令人难以预测。芯片不断缩小这一趋势必然会给我们带来更大的挑战，而且良率也非常难以管理。当今最先进的电子产品中，极其复杂的芯片器件周围会围绕着几百个复杂程度较低的器件，并且和大型连接器相连。我们有很多与高速互连相关的专利、应用技术和公开信息，不仅能提升PCB性能、缩小尺寸，还能改善内部连接器及接口。用高速的方式将这些复杂互连简洁地结合在一起，是我非常感兴趣的工作。目前，我们根据现实需要所形成的规划就是要支持产能提升、设计客户的技术版本，并在2019年将整体能力提高至下一节点。 Beaulieu:你们目前在研发哪些新产品？ Rathburn:我们目前在同时开展两个方向的研发工作。首先是为Benchmark的客户提供工程支持和应用支持，因为这项技术不断成熟并且已经应用到了生产当中。Benchmark已经在发布的各项技术上投入了大量资金，这些技术不久之后就会应用到生产当中，同时，为客户提供专业的工程知识帮助他们落实这些技术也是未来的一项关键投资，可以通过软件、模拟、高速和RF设计准则以及实际应用支持实现这一点。 第二项投资就是将生产能力扩展到下一工艺节点，不仅将重点放在电路制造方面，还要着重开发将功能和器件集成到LCP电路叠层中所需的特有组装技术。将20或25微米的电路制造缩小到9微米，仅从数字上看并不是很大程度的缩减，但是将20微米以下的电路继续缩小需要非常关键的工艺和能力。 Beaulieu:这项技术什么时候能够发布？ Rathburn:2018年，这些生产能力还处于样品和资格认证阶段，到了2019年我们会到达下一个技术节点。 Beaulieu:在采访的最后，你还有什么内容想和大家分享吗？ Rathburn:我最后想说的是，HSIO很高兴能和Benchmark合作推出卓越的技术，也很荣幸与我们的客户一起成为研发伙伴。据我所知，市面上还没有其他公司、合作项目或技术能够利用芯片直接连接技术或嵌入式器件（原本是分立器件）设计、制造并组装出多层数高密度的高速LCP PCB。我们也非常自豪能够成为Benchmark创新的RF高速设计中心的基础合作方，相信我们的愿景和技术能够让Benchmark成为EMS行业的新标杆。 图5：Benchmark公司RF高速设计中心，可生产和组装PCB 更多内容请在线查看。
