最近I-Connect007编辑团队采访了Winonics公司首席执行官Dave Torp，探讨了该公司的加成法及半加成法工艺，以及如果PCB设计师正在考虑采用这些新工艺设计，需要了解的基本知识。正如Dave所阐释的，加成法设计与传统设计没有太大区别，只是设计周期的工序不同，因此加成法设计师必须与其制造商沟通，因为许多新工艺仍然是专有的。
Andy Shaughnessy：Dave，能否介绍Winonics的概况，以及您对加成法及半加成法工艺的观点？
Dave Torp：Additive Circuits Technologies公司是Winonics的母公司，下属两家公司：一家是Winonics，主要生刚性电路板；另一家名为Bench 2 Bench，主要生产挠性电路板。Winonics在加利福尼亚州Brea的工厂，占地面积达52000平方英尺，已通过ISO-9001、AS 9100和ITAR认证。Bench 2 Bench在距离Fullerton约10分钟车程的地方，拥有一家占地25000平方英尺的工厂。
从整体来看，Winonics的业务重点是高可靠性电子产品，如航空航天、国防及医疗电子设备领域。我们的竞争优势是提供优质服务，对公司业务范围没有太多限制。简单地说，我们是一家有技术实力的公司。
我们拥有通过加成法工艺实现电路和金属化的工艺专利。加成法技术可实现超精细特征和超高分辨率，可支撑超高密度结构的金属化，因而可实现高密度互连。我们已经证明这项技术可实现15微米的线宽及线距，这是激光技术所能达到的极限。
随着LDI技术的高速发展，我们将有能力继续开拓这项技术。因此，希望到2023年能够实现8微米以下的线宽及线距。
这项技术的真正驱动力是小型化及产品对更高速度的需求。如果要实现通信所需的一些频率，就会进入5G+的思维模式。电路板层数没有增加，但这些层之间的互连数量正在增加。相互连接的各层以及微通孔相互堆叠和支撑的方式很有趣。有的要叠在一起，有的则会根据想要实现的信号完整性交错分布导通孔。
关于加成法，半加成法技术是相对新的工艺。在很多情况下，可以使用超薄的铜箔，或者使用涂布在基板上的镀层。用感光材料涂布基板，蚀刻去除铜的超薄部分，然后开始电镀。这是半加成工艺。
全加成法工艺是最新的技术，在不使用铜箔的情况下，使用钯或铂基化学药水在基板上印制所需的图形，并用激光或紫外线曝光，然后沉积化学镀铜，接着再电解电镀。
全加成法能够实现15微米以下的超精细走线。我们对这些商机感到兴奋，尤其是可将其用于中间层，使用混合中介层而将这种异构集成封装连接起来。
Barry Matties：我很想了解设计师所要面临的挑战。你们提供设计服务，还是在与设计师合作，帮助他们了解如何为加成法及半加成法工艺有效设计？
Torp：我们与设计师合作。经过实践检验的设计技术均基于减成法，而加成法的设计法则略有不同，操作顺序和构建结构的方式不同。如果想盖一座房子，是用物料堆叠搭建，还是从树中凿出一座房子？减成法更像是后者。
而加成法工艺是从下到上构建PCB，就如何将层组合在一起，需要略微不同的方法。我们与设计师合作，许多军用和航空航天企业都在寻求越来越精细的特征，而在美国，这类特征越来越难以实现。很少有PCB制造商能够通过加成法工艺实现。
Shaughnessy：Dave，可否更详细地说明加成法工艺？其设计过程还有什么不同？
Torp：在某些方面是不同的。如果熟悉传统的层压板结构，会发现超薄铜箔的一面需要一定的粗糙度，才能将箔层压到基板上，无论是FR-4还是BT或PTFE基基板。我们正在使用的技术，是一种涂布于基材或半固化片的化学药水，可与表面轮廓吻合，所以比起这些超薄铜箔，结合效果更好。
加成法制造的电路能够与基板每个角落及缝隙吻合。最终，在所有的基板层上都有非常好的附着力，尤其是多层板的外层，需要非常大的附着强度。内层是层压在一起的，通过小的附着力即可解决问题，但在那些外层上，必须具有良好的剥离强度、剪切强度以及与基板的连接强度。
然后是在层之间形成微通孔的方法，通常情况下，基板是一层一层积沉的。要经历电镀导通孔和所使用的相同电镀技术，但是使导通孔与面环接触的操作顺序有点棘手，与人们习惯的方法有点不同。但我们已经做了可靠性测试，把组件送到实验室进行耐热循环测试，测试性能结果很好。
我相信大家都很熟悉，这种测试是要剖切微通孔成片。在经历-55~205°C的热循环后，没有太多问题。我们有一些国防电子相关的客户对这项技术非常感兴趣，尤其是那些通常很难坚持使用PTFE基层压板材料的客户。简而言之，这就是加成法工艺不同之处。
.jpg)
Shaughnessy：对于设计师来说，听起来有很多不同的工序。
Torp：工序的顺序有点不同，是从内向外，而不是从外向内构建PCB。我们的网站对加成法工艺略做了介绍，但它是非常专有的工艺，未详细介绍。许多客户都对产品严格保密，因此很难介绍如何完成加成法工艺的详细信息。通常，我们与设计师一对一合作。他们在阻抗和信噪比方面有要求，对终端功能需要具备的一切有想法。我们一起研究能够实现的目标，对加成法工艺有什么特殊需求？我们会邀请设计师与我们合作。
我们制作样品，再做耐热循环测试和环境应力测试。他们说：“哇，这是非常有趣的工艺。我们没有像你们这样仔细思考。”这是另一种类型的工艺。通常情况下，这是人们努力通过材料组合所实现的，低Dk、高频材料组合是客户最感兴趣的，尤其是国防电子客户。
Matties：当你说加成法是专有工艺时，是指设计过程吗？
Torp：是指制造过程。该工艺的顺序和过去习惯的工艺顺序略微不同，但使用的材料仍是惯用的。从可靠性的角度来看，有相似的结果；只是操作顺序不同。仍然在使用同样的化学镀铜和电解铜，但是连接方式和顺序不同。
Matties：那么，如果传统的PCB设计师想学习如何进行加成法设计，他们与制造电路板的制造商沟通是否重要？
Torp：是的，非常需要和PCB的制造商沟通。这就是实际情况，需要沟通产品的实现方式。全球并没有太多的PCB制造商在采用加成法工艺，而且都严格保密。
Matties：你认为加成法及半加成法工艺的市场在增长吗？
Torp：是的，它们是非常大的市场增长领域，因为PCB的复杂性和连接数量正在增加，尤其是具有激光钻微通孔的PCB。
Matties：设计师应该何时考虑采用加成法工艺？做出这个决策的触发点是什么？
Torp：我认为线宽及线距是触发因素。一旦线宽及线距低于1密耳或25微米时，就会看到人们越来越希望探索加成法工艺，而不是试图采用半加法工艺。归根结底，能够控制工艺中的电镀，尤其是对准线宽及线距低于25微米时非常难实现对准。
此时设计师必须讲明他们的要求，尤其是信噪比阻抗。介质越来越像玻璃，很难达到HF、RF设备运行的工作频率，而这正是加成法工艺的用武之地。
这是严苛的环境所导致的。高速数字产品没有高频产品要求那么高。我知道Happy可以解释这一点。高频工程师具有丰富的知识。
Happy Holden：你们在平衡介质损耗和铜损耗以及它们产生的电场。随着产品越来越小，有了活跃的电场，一切都变得无限复杂。
Torp：是的，高速数字技术比高频技术要容易一点。我最近参加了IMAPS器件封装研讨会，器件的线宽、线距都在减小，正向玻璃中介层发展。他们讨论的主题是如何在玻璃上达到2微米的线宽、线距，这是极具挑战性的技术。对于这项技术，重点不在于经济效益，而在于向前沿技术迈进，取决于想距离目标多近。
Matties：现在，设计师们正在进行加成法设计，应该考虑选择哪些材料或考虑什么因素？这方面有什么不同？
Torp：我们正在研究很多高频材料，努力保持不依赖覆铜板供应商。有更多温度更高、频率更高的材料：PTFE和陶瓷填充型材料。然后，我们还对FR-4传统环氧树脂材料进行了大量的研究。
开始探究一系列聚酰亚胺材料，各有各的问题，如会略微移动、更具吸湿性，会产生一些必须补偿的尺寸问题。这是在材料选择时需要考虑的重要因素。
在我们对工艺进行标准化之前，加成法还会有很多问题；标准都是事后解决问题的方法。
Shaughnessy：目前是否有加成法工艺或半加成法工艺的IPC标准？
Torp：有标准委员会正在线上开展标准开发工作。最近成立了超高分辨率委员会。烧结材料委员会刚刚完成了其第一份标准的发布，他们正在寻找可实现基板金属化的替代材料，正在研究许多纳米烧结材料和铜基材料，以实现铜与铜的互连。
此外，还有专门研究纺织品和替代基板的委员会，因为人们试图将其应用于多种材料上。IPC确实有不少新的标准委员会致力开发加成法工艺标准；其中大部分都是围绕行业的导电油墨展开工作。
Shaughnessy：你能用常规的场解算器来模拟加成法及半加成法工艺设计吗？
Torp：是的。我们已经聘请了一些设计师帮助我们模拟信号衰减。这不一定是我们的核心竞争力，但我们确实有一些非常擅长建模的人，他们帮助设计师对电路进行建模。
由于篇幅原因，本文节选刊登，更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年7月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
