本文是Happy Holden发表在第十五届世界电子电路大会主旨演讲的文字简要，本次大会以线上+线下的形式召开。疫情挡不住电子电路领域大拿们对技术交流的热情，世界各地的行业专家通过线上连线的方式分享了最新的技术成果。更多关于ECWC15的内容，欢迎访问www.ecwc15.org获取，线上研讨会将开放注册到2月。
我是Happy Holden，很荣幸能成为今天的主讲者。这是我45年来第一次没有亲自到现场 ，而只能从线上参加ECWC。一路走来，PCB行业并没有看到太多革命性的创新，最近一次算得上的是1982年HDI高密度互连技术的发明。但是今天，我想与大家分享革命性的VeCS垂直导电结构，该技术适用于HDI和通孔技术的次时代3D互连。
VeCS的发明者是Joan Tourné。他是高级工程师、技术专家和众多互连技术的发明者，也是荷兰NextGIn Technology BV公司的创始人兼首席执行官。在过去的4年中，Joan在中国台湾楠梓电子和江苏沪士电子协助下致力于研发这项新技术。我认识Joan快 20年了，他曾在荷兰Mommers的PCB工厂负责研发创新工艺。
VeCS（Vertical Conductive Structure，垂直导电结构）是用于高密度互连的一项新技术。其设计目的是提高垂直连接的密度。这项新的专利技术是以传统钻孔和激光钻孔为基础。它可以增强供电分配网格矩阵的输入和输出，并能够在布线通道内布置更多迹线。参考平面为信号层提供了更加稳定和恒定的图像，从而减少信号失真，可以实现更高的数据速率。内部供电和接地层的铜重量也可降低，因为在区域矩阵封装中的参考平面宽度通常会比所有钻孔和激光工艺宽150％。与传统通孔相比，VeCS垂直连接可降低电感和电容。这样可以提高SI性能，能够达到更高的带宽。
使用传统的PCB通孔制造设备，可以将密度和布线缩小到0.4 mm间距，并且减少SI/PI失真。不需要改变工艺，仅需要增加几个步骤。
• VeCS可以使内层连接的密度更高，并减少信号失真；
• 减少供电和接地平面线路开口，因此具有更强的载流能力，并且可以为带状线提供更佳的参考平面；
• 在经过培训和授权后，所有中阶、高阶板厂都可以采用该技术，不需要直接投资新设备。
VeCS是真正的3D互连概念，它会在印刷电路中创建一个布线通道（槽），然后对其进行金属化和电镀，该过程比微孔更容易进行，并且可以连接到内层。通道更易于电镀，并且可以通过使用现有的PCB制造设备来创建通道。这样就可以达到HDI级别的密度，而又不会大幅提高成本，还可以简化制造工艺，并提高电气性能和可靠性。本讲将重点介绍NextGIn Technologies已开发完成的工艺、其优势以及应用。
NextGIn和沪士电子定义了3种主要的互连槽技术组合。VeCS-1：通道（槽）穿过基板；VeCS-2：槽为盲孔或盲孔和通孔槽混合；VeCS-3：在内部对槽进行成像和蚀刻，以形成迹线等。
VeCS-2应用是HDI的最强大竞争。借助从两侧形成的通道（槽），3D垂直迹线可显著提高密度，而无需进行顺序层压。用槽来代替较大的通孔可为新型耗电量大的芯片提供更佳的电源完整性，同时，降低电感和电容，从而改善信号完整性。
接下来，Happy仔细介绍了VeCS制造工艺。从6张不同角度的图片更好地展示这一全新工艺的3D性质，这是此讲座的重点！
第一步钻出POFV孔，然后钻槽或铣槽；第二步正常进行金属化和电镀。较高的宽高比改善了均镀力和分布；第三步填充槽并平整化；第四步从背面为每一层铣槽。然后二次非电镀通孔钻孔，将垂直槽连接隔离开来，并间隔开以优化垂直连接的宽度。最后，可以对槽进行填充以覆盖所有铜连接。
从VeCS制造工艺的角度来看，一切都是从常规通孔多层板开始的。然后钻导通孔，放入主交叉槽。图上是唯一适合此项操作的“特殊”钻头/铣刀。为了找到适合此项任务的理想钻头/铣刀，对此进行了大量研究和实验。接下来，进行金属化和镀铜。第四步是对选定的导通孔和槽进行树脂填充并固化。第五步非常重要，交叉铣槽以建立垂直互连。然后进行树脂填充并平整化。接下来的特写照片展示的是从第1层到第9层、第1层到第4层以及第1层到第6层的交叉铣槽的示例。在第七步中进行图形电镀，成像、电镀、剥离和最终蚀刻都是按照普通工艺进行的。在最后一步中，对电路板进行阻焊层处理和最终表面处理，完成制造。
之前版本的制造工艺也是从创建通道和槽开始的，然后对槽进行电镀并填充树脂。隔离垂直互连的步骤根据间距不同可以选择交叉铣槽或钻孔。可以选择进行树脂填充。此幻灯片中，还展示了3D剖视图，其中包含内层的连接和表面连接的图示。
在此VeCS制造工艺的图示中，还是先铣槽（通道），后镀通道，使用模板将树脂填充到通道中，并执行交叉铣槽隔离操作。然后，可以在反面再铣一个通道，并通过模板将树脂填充到BR/CR槽中。
在这张介绍VeCS制造工艺的幻灯片中包含一些实际工艺过程中的面板照片。首先是主铣槽通道（PR）。接下来是横截面（盲槽）金属化和电镀，然后是底部槽（BR），然后是最重要的交叉铣槽（CR）以隔离垂直结构，然后填充树脂。最终蚀刻后焊盘和VeCS互连的横截面特写。最下面一行是常规的28层PTH多层板和5种VeCS版本的比较：L1-28、L1-22、L1-18、L1-14和L1-10。使用VeCS可以形成HDI和常规PTH多层板中所无法实现的连接结构。
这是对VeCS工艺流程的总结。它表明VeCS工艺是一种创新的替代方法。具有60年历史的标准多层工艺现在可以更新为具有小间距和3D互连能力的工艺，而无需添置昂贵的新设备。如果板厂有直接成像曝光设备，则可以在其中实现最尖端的几何结构和互连结构。
这些图片展示的是VeCS在铣槽后PR步骤的不同间距。此时交叉铣槽CR步骤也已完成。可以明显看到VeCS电路之间的玻璃电介质已被去除。这样就能消除了玻纤造成的CAF等问题。
图上展示的是对各种深度和长度的盲槽（从0.47mm至1.23mm的深度和0.6mm至1.8mm的长度）进行典型的0.3mm金属化和电镀这一重要步骤。AR值较小的几个出现了化学交换不良的情况，但是大多数对于常规镀液来说却具有出色的化学交换。新型钻头/铣刀可以成功创建0.1mm的通道，槽壁平直且无毛刺。新型钻头/铣刀可以成功做出0.1mm的通道，槽壁平直且无毛刺。
Happy提供了4张幻灯片来展示完成的VeCS互连的3D等角图。
这些图有助于清晰地看到垂直结构的密度优势。本例是一个0.7mm细间距的BGA中七个引脚的连接深度，其中一些通道是按照需要来设置深度的，以接触重要的内层。如今，只有激光钻孔的HDI和顺序层压才能解决这一问题。填充树脂后，这些通道将会消失。
这是BR/CR槽（灰色）和带走线连接（绿色）的垂直互连结构（红铜色）的底部视图。
这是使用了VeCS的0.7mm间距BGA布线的另一个3D视图。为了让图片更清楚，隐藏了经过填充的通道（槽），只显示了如何连接到内层的。这是传统的TH导通孔所无法实现的，但传统制造商只需要采用VeCS技术就能实现。
同样，以无法通过传统技术成功连接的0.7mm BGA为例，VeCS还能为电源、接地回路和参考平面提供更多的铜。与VeCS通道相比，TH钻孔需要更大的“反焊盘”来隔离钻头。
除了3D互连之外，VeCS还能达到更高的布线密度。在这个0.8mm间距的BGA例子中，只有1个信号可以通过导通孔布线，VeCS则可以在相同条件下布线4个信号。从通道和垂直连接的X光照片上可以清楚地看到这一点。
为了说明各种布线技术的密度，该表对比了从1.0mm至0.50mm间距的通孔、HDI不分层数以及VeCS。特别指出在0.7mm间距时，VeCS的密度是通孔的600％，而HDI则是200％。
为了进一步说明VeCS对布线的改善，本图表是TH、HDI和VeCS在1.0mm间距和0.5mm间距下的对比。在1.0mm间距时，VeCS和HDI同样都有7条线路，但在0.5mm间距时，如果使用高级HDI扇出，则在会比VeCS多出两条线路。
使用“斜向”导通孔而不是90°或VIP（Via in pad, 焊盘内导通孔）扇出的0.5mm间距的HDI扇出的详细信息。
使用“标准VeCS设计规则”的0.5mm间距VeCS的扇出细节。布线将取决于“交叉铣槽”的槽尺寸。但是需要注意的是，HDI只能深入板内一到两层，而VeCS是它的3倍。
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