为了本期杂志，我们的编辑组专程采访了PCB供应链中的一些HDI顶尖专家。参加我们这次电话会议的有Steve Bird（Finisar公司的PCB/挠性技术经理）和Tony Torres（来自APCT公司），还有来自MC Assembly公司的几位技术专家：质量工程师Vince Burns，测试工程主管Steve Jervey，SMT工程师Mike Smyth，产品工程师Paul Petty。大家从设计、制造和组装的不同角度，对最新的技术发展、制造面临的挑战，以及HDI战略，进行了广泛深入的探讨。
Andy Shaughnessy：不如我们从设计开始聊吧，Steve，你是一名HDI技术经理，可以说，整件事情正是从你这里开始推动的，那么，你何不告诉我们HDI到底怎样了？
Steve Bird：当然可以。我现在身兼两个职位，一个是在Finisar担任电气工程和CAD设计的技术主管，另一个是有机基板的发展规划和开发。我记得，大概是18个月或２年前，当时我们正和一家制造商合作。我们当时没有遵循FR-4板设计规则，值得表扬的是，他们在一年左右的时间内生产了1500多块板子，最终放弃说“不接这单了”。因此，很自然的，高层管理层就来指责我的团队说，“你们违反了设计规则”。我说：“并非如此，我们并非没有安排工程师坐在CAD设计师旁边，但是，我们的问题不是违反设计规则，而是技术受限了。”
我们之前付出了种种努力才寻找到可以支持我们现在所违背设计规则的板材，而现在这些努力就这么被抹杀了。我们PCB技术团队的任务就是努力找到合适的基板。我们新开发并发布了一种基板，但现在这些新的设计规则正在受到挑战，我们必须继续开发。对于上一代设计来说，一旦我们不用FR-4材料，使用替代材料，我们仍然处于减成法工艺，而现在我们正越来越重视半加成工艺。一般的FR-4板，走线宽度和间距可从4mil下降到大约3.5mil，而这就导致没人接我们的单。现在我们线宽要求2mil，线距3mil，仍然算不上足够好。
所以，我们继续增加密度，对我们而言，我们的终极目标就是没有微通孔、没有桩线，也不能有寄生效应。一切都是可预测的，不含玻璃纤维等等。所以我们正在寻求的是越来越薄的层压板和混合叠层。我们当然可以在FR-4层板上完成所有的电源传输和控制信号分布，但是一切依赖于表面上，这对我们非常重要。我们可以为IC、板上芯片等做小型模块、系统模块，但我们真正需要的是一个完整的系统级表面层，可以支持高密度和贴装芯片等。
这确实是我们现在正在努力做的。我们现正在研究20~25微米的布线和25~40微米的线距，如果可以做到的话，就能支持我们所有的芯片贴装技术，可以支持从起点到终点等各处的系统级布线。不过这些布线会产生很大传输损耗，这会是一个巨大的问题，所以我们的解决方案就是让他们尽可能变短，简单地说，让布线更短，这就是我们的技术路线图。我们从表面密度开始着手，因为传播最快，保持没有桩线，然后使网尽可能短。我们还要竭尽所能抑制噪声，所以，你们可以从诸如混合层压的角度，想象我们正在寻求的叠层类型。
Shaughnessy：什么样的材料最适合你们？
Bird：当我们第一次开始做这方面的努力时，老板问我：“你们想用什么？第一步要做什么？”我的回答是：“薄的、无玻璃的层压板，就是想要多薄就能达到多薄。”我这样来解释吧：这是一张幻灯片，显示了线宽和线距均在4 mil内的FR-4。利用HDI，我们去除表面的通孔，堆叠了盲孔和埋孔。我们将此技术称为改进型FR-4，这使我们达到了3.5 mil的线宽和线距。另一张幻灯片，我们显示称为差分对的恒定阻抗通道，你们可以想象一下这个通道，从FR-4基板的4 mil的线宽和线距开始，一路下降到玻璃或陶瓷上的芯片中0.6 mil的线宽和线距。人们甚至可以在间隙处放个支架，贴上标签写着 “这个间隙太大了！这个间隙把基板面都吃掉了，太不成比例了”。你们花了很多精力在IC或玻璃上所做的事是试图把信号传出去并使他们能够布线。
我们正在努力解决这个问题。因为一旦使线宽与引脚或焊盘间距相同，那么信道在表面上就成比例。顺便说一下，随着频率的增加，我们也在增加信道数量。两方面的夹击让我们疲于应付，我们需要回顾一下，看看我们到底需要怎样的设计规则。如果我们处于25微米的线宽和40微米的线距，像信道数目和速度这些东西就会变得更加易于管理。现在的布线变得更短了。从信号完整性的角度来说，首先要做的是去除所有的寄生效应，去除所有的桩线、布置线、T型线等，以及避免并行和传播延迟，避免会损耗信号的一切因素，然后去改善材料。这就是我们现在所做的事。我们正在寻找世界上最好的材料，最好的铜并且要有最好的附着力，这意味着寻找减成、加成或半加成的最佳工艺。
那么当然，通孔放在那里就像一个疼痛的拇指一样扎眼，即使25微米的通孔，看着也碍眼。所以非常重要的是，我们要让所有的高速布线上都没有通孔。如果我们能做到这样，那么我们可以在有机材料上自由布线了。我的重点是，如果可以，就选择有机板，我不认为在这里要创新。
Happy Holden：这听起来像数字环境中的RF。
Bird：正是如此。它是RF和IC级封装的组合。我们已经成为一家封装公司。如果你们仔细想想我们正在做的事情，会发现我们是把电路原理图一次次重新彻底改造，放到一代更比一代小的封装中，因为我们知道这是速度攀升的唯一方法。所以，是的，正是这样。我们正处于使用共面波导的节骨眼上，您可以选择从头到尾全部使用，或者完全不使用它。因为如果早期终止共面波导，它会以模拟信号或EMI行为显现出来，也会在误码率测试中显现出来。因此，我们可以从返回路径看出微通孔50微米的位移。我们正在通过修整焊盘，修整底片来修改我们的电路板，没有网络表变化，我们只是在修整底片（artwork）。
Barry Matties：你刚才提到正在寻找新材料，那么有没有什么惊喜发现？
Bird：是的，我们有发现一些惊喜。首先，已拿到了第一代板材，如果我们不用在PCB上安装很多芯片，那么有很多聚酰亚胺板可以用，只要将它们用在顶层或底层。在半加成和加成工艺中，有几种材料开始崭露头角。我们正在制定一种方案，实际上，其中一家供应商正在研究预钻盲孔和预置FCCL基材，以便我们可以利用通常做减成加工的工厂，直接让他们采用半加成工艺，而无需增加大量工作。
Holden：听起来像通孔层帘幕（shades of via ply），聚酰亚胺板预先留个1 mil的孔，然后真空金属化，然后电镀至5微米厚。
Bird：对，这正是我们所做的。
Holden：由于微通孔已经在基板上，所以不需要钻孔或金属化处理。板上就不需要很多孔了，因为不需要使用那些通孔了，他们被蚀刻掉了。
Bird：说到点上了。现在，我们正在做的是将盲孔图发送给FCCL供应商，以便定制化。这样，当板送到工厂时，盲孔预先钻好并预置，包括通孔孔壁。这并不是我们唯一的途径。我们也在四处寻找无机方法，总之，我们想方设法，以保持自己的竞争力。我们的口头禅就是要探索每一条路径，因为如果我们不这么做，那么竞争对手就会去做。
我们现在刚刚开始探索预钻孔和预置层的想法。我们实际上正在研究某些特定的工厂，想知道：“有没有工厂，能够把这类线宽、线距和通孔特征的生产组合到一起？”
Stephen Las Marias：Tony，你们APCT面临的HDI挑战是什么？
Tony Torres：我的头衔是营销总监，所以我不会假装我是工程师。但是我可以告诉你的是，当我们的DFM（可制造性设计）团队接到设计，除了研究布线和线距、孔环和连接到铜的孔，我们仔细研究的一个重要问题就是使用的材料。我非常有兴趣聆听关于将来会采用什么材料的讨论。为了满足客户的需求，我们必须要做的第一件事就是设法提供优质的高可靠性产品。我们给出很多关于要使用什么材料的反馈。在谈话中我们会保持非常开放的态度。
如果客户手上已经有设计，并希望我们使用某种类型的材料，但如果我们认为换一种材料会让设计更好、进展更顺利，我们也一定会给出建议。我们已经与很多不同的材料供应商合作过，我们经常与销售人员一起，和我们身边的供应合作伙伴切磋，进行与材料有关的HDI工作的设计讨论。这些材料对于OEM和印制线路板制造商来说都是非常重要的。
其次，我们还试图帮助他们，指导他们进行设计，所以让我们先期参与设计会大有益处。这样我们可以及早确认设计，确认可制造性，并且有个好的开端。但确实，一切都变得越来越薄、越来越小，而且越来越密。在过去，问题是“你可以让这个孔越来越小然后通过这个板子吗？”而现在，使用激光钻孔机，钻孔和完美的对准已经不成问题。现在的问题是如何找到解决方案。从印制线路板的角度来看，我认为更重要的是，DFM这个大部门，作为与所有客户打交道的队友，现在参与了前期工程。我认为市场商机不是简单地生成Gerber文件然后构建它，而是真正成为终端客户的合作伙伴。给予他们帮助，和他们讨论设计，然后最终得到的设计不仅是可靠的，而且是可制造的。
Matties：Tony，你的客户有多少在做真正的HDI？
Torres：令人难以置信。就在2015年，我们的HDI生产只有20％，而目前，我们在圣克拉拉的工厂HDI生产达到了85%~90％。我们公司的口号就是始终对客户有求必应，不管是在技术方面还是在交付方面。我们被迫真正地去学习如何生产HDI产品，因为这往往是他们的第一个问题：你们可以生产这个产品吗？接着，他们就想知道我们何时能够交付。
Matties：那么是市场需求促使如此，还是你们的能力促成客户做出这样的选择呢？
Torres：是市场需求。正如Happy所知，这些需求来自于我们每月都会参加的IPC会议。目前北美数据显示，单面、双面和多层板销售充其量持平，HDI技术是唯一的增长模式。在过去3年中，挠性电路和刚挠性电路有一点点增长，但是就业务百分比而言，增长是极低的。大部分业务集中在HDI，这是显而易见的。这就是为什么我们改变了设备和前端工程，也因此得到了回报。
Matties：HDI的优点之一在于，客户最终可以以更低的成本得到电路板。那么，你们的客户报告的结果是这样吗？
Torres：这其实是一个矛盾体，要一分为二来说。使用HDI技术和减少层数，最终会给客户带来更低成本，然而，有时候，对于采用标准通孔技术和较少层数的产品，只需添加两层，可能比采用HDI设计更具成本效益。
Las Marias：谢谢Tony。现在让我们来讨论组装。Vince，从你们MC Assembly的角度来看，处理HDI板时有什么挑战呢？
Vince Burns：我们正在听设计师和制造商谈论要让线路板越来越薄、越来越小。但是我们在这里讨论的其中一件事就是温度循环。我们在这里建造的一切刚开始都必须通过回流焊炉，它必须经历一次回流焊曲线。必须使焊料熔化，才可以使零件固定到板子上，所以层和材料越薄，对层与层之间、铜层与基板之间的附着力，以及基板内层的附着力，就会越担心。过去我看到的那些不是HDI板子的情况是这样的：会遇到与板内湿气有关的问题，然后当进行回流焊时，会在表面金属处出现分层；而进行波峰焊时，会在通孔处出现分层；更不要说返工了，分层会更严重。
但是，系统工作的方式是通过再流焊或SMT工艺，零件并不总是会安装得恰到好处，所以有时不得不返工。当返工这些电路板时，要将700℉的烙铁放到焊盘上，你可能有技巧把板和元器件焊接到一起，但我们关心的加热曲线，以及这些东西如何焊接到一起。另外一个问题是，这些部件越小，就越难将焊膏放在板上，看清类似BGA底部也会越困难。当焊膏流进BGA底部时，我们必须用X光来查看。如果是微BGA，往往有足够的间隙使焊料再流，只是希望焊料不会桥接。
Matties：你们如何面对这些挑战？
Burns：我们开始在我们的模板上使用更多的纳米涂层；我们还专注于各种不同的设计。我们正在做带有圆角的方形焊盘，来取代通常的BGA圆焊盘，我们还必须要有专门的托架。很多时候，我们让板子通过回流焊炉或只加热BGA的四周，使其更稳固。板子通过回流焊炉，不会产生任何翘曲，损坏板子。
Matties：这当然会增加成本和生产周期。
Mike Smyth：对，我们还有一个内置SPI，我们一定会通过它做检查。
Matties：在这种应用中，是否要焊膏溶液？
Paul Petty：这正是我们会去研究的东西。我们目前还没有这种能力。我们看过不同的设备可以做到这一点，但现在我们所做的是依靠自己的SPI。它可以监控高度、体积和大小。它会对所有的焊盘进行检查，确保一切都符合技术指标。我想说我们有时会被客户约束，客户会要求只能使用哪些焊料。我们有各种锡铅焊料，有符合RoHS标准的焊料，我们还有各种SAC和其他焊料。有一个客户，我们给他使用铋含量高的低温焊料。我们的一些客户不允许使用高或甚至中活性的助焊剂。我们必须使用ROL0助焊剂，这又会导致了其他的问题。
Matties：在设计之前，设计人员是否会经常找你们讨论最佳的组装布局？
Burns：我在这个行业大约有12年半的时间了，这么久以来，只有一家公司在制造前来找我们，一起积极讨论了电路板的设计，这真的是一个有趣的经历。那一次合作也非常好。他们经过了很多版本的电路板设计，才终于找到了一个能正常工作的产品。但绝大多数客户都只是拿着产品来找我们，直接说，“我们已经设计好了，你们生产吧。”
Matties：显然，你们更希望设计师先来和你们讨论设计。如何让更多的设计师做到这一点呢？
Burns：我们必须要说服他们，让他们明白这样做增加价值。这不仅仅是在设计完美的电路，还必须是可制造的，而这正是我们要做的。
Matties：Happy在最近的一次谈话中提到了设计自动化。Happy，愿意谈一谈吗？
Holden：好，说到设计自动化，当你们开始投资昂贵的自动化设备时，由于设计师不断尝试创新并做任何他们想做的事情，久而久之，就会负担不起更换设备。相反，如果你们已经获得回报，并生产具有成本效益的产品，那么这就是自动化设备的意义。在某种程度上，必须在这个限制之内做设计，否则就不能深刻体验会这真的是个非常好的自动化线，如果再回到人工成本并不便宜。自动化是伟大的，但它不像人类，不能用培训课程或一组指令来重新编程。你会受到自动化设备条条框框的限制。
Matties：你们有人无意中听到过设计人员谈论自动化设计吗？
Torres：如果我可以站住制造商的角度来表达我的观点，我会和其他人有一样的评价，那就是：供应商早期很少介入。如果我足够大胆，我会觉得，这观点很正常，在商言商，每个人都只是关心自己的责任和专长。你们必须开始表现得像合作方，不仅对供应商，而且对内部客户也一样。如果设计师理解采购部门的成本困扰，那么在设计完成之前，给制造商打一个电话，或许就可以节省大量的时间和金钱。如果你们设计的东西具有可制造性，那么对于公司来说，这将是更具成本效益的，很显然，如果在此基础上进一步实现自动化设计，那就更好了。
我认为，在各个方面都具备团队合作精神的公司一定会获胜。当你们开始谈论设计师时，设计师们知道样板将投入量产吗？在某些情况下，他们知道。但是如果他们有一个可以和制造工厂保持通话的系统，那为什么不在设计完成之前也打个电话给组装工厂，以获得全面的反馈意见呢？这样你们才能在所有的方面都会是赢家，而不用在事后再去白忙活，可以事先节省时间和金钱。而目标就是作为一个团队，密切合作，互相分享专业知识。
Matties：这是一个伟大的愿景。我们几年前开始谈论的事情之一就是DFP，也就是可盈利性设计。如果这是一个聪明的设计，那么每个人就都能赚到钱。那么，我们要做些什么来解决这个问题呢？
Bird：自从1979年我和Happyy一起在HP工作，这么多年我一直在从事这个行业。我们现在所关心的事情与我们当年所关心的事情，已经大不相同。例如，那个时候谁会关心布线的高度或梯形形状呢？现在我们正在努力压缩间隙，然后，突然之间，我们得到了这样一个金属浴槽，我们达到了间距极限，因为我们无法清理干净空隙。我们使用了很多化学镍钯金（ENEPIG），但是现在我们碰到了一个问题，镍是堆叠中最厚的金属，会造成很大的传输损耗。这违反了我们的密度和性能目标。因此，我们打算评估EPIG，更准确地说是EPAG（无电镀钯/自催化金）。所以，我们现正在研究金属厚度和布线特征，我从来没有想过在我的职业生涯中会见到这种问题。
另外，作为PCB技术人员，我们必须愿意走出去，在全球范围内挖掘更多厂商，而不仅仅是在我们已经核准的供应商中兜圈子，这样才能跟上时代，而且每年都要更新一次厂商数据库，因为世界变化实在太快了。至于我们能提供给工程界的最好的东西，那就是把那些经过适当审查的、已知稳定的，所有的分层和通孔微裂纹等，都收集起来打成一个包，然后说清楚为什么我们不该那样做的原因（挑战所有范例）。这意味着我们必须持续不断地去做实验设计，以确保我们不要“一失足跳下悬崖”。这个打包的经验教训库真的值得拥有，有了它，你们后续跟相关人员讨论就心里有了谱，可以据此和装配商、制造商、以及电镀工人讨论，还可以和激光钻孔的工人切磋。所以，2年前，实验设计DOE这个工作是不存在的，而现在有了，原因就是因为我们之前的失败案例。现在，通过适当的审查，我们可以探究任何对我们有意义的东西，只要我们在生产前确定可行。PCB和FPC技术的路线图、PCB可靠性和DFM工艺是不能分开的。
Matties：Tony，以您在市场营销中的角色和角度，简要介绍一下您看到的市场状况，您现在有何感受？
Torres：从营销的角度来看，目标就是让公司成为客户首选。由于行业在过去几年已经趋于平稳，我注意到公司减少了营销投入，而实际上，我相信在挑战时期，反而应该加大对营销的投入。现在已经是2017年了，行业增长放缓，更多的公司正回归营销。
从我的角度来看，有趣的是，那些发送给同行的信息，都是我认为的“标准”格式：“这些是我们的技能……，这些是我们的产能……这些是我们的生产周期……这是我们的设备列表……然后，我们有最低的价格！”几乎都没有谈到他们的人。而这就是APCT的不同之处。是的，要成功，必须有工具、设备和技术，但真正重要的是人，而我相信APCT在这方面是同行中最好的。
从营销的角度来看，我觉得这个感觉就好像是等着瞧、看看再说。如果整体行业呈现增长态势，更多的公司将投入营销；而如果经济下滑，公司就会减少这方面投入。我非常不同意这一观点。营销经理的工作就是保持公司始终成为业界首选。始终投入营销，不管市场起落，要保持公司势头强劲。
Holden：我有一个问题，想请教Vince和他的团队。 HDI带来的问题之一是在线测试受限。你们是否已经想出了解决方案，以帮助采用HDI的厂家能够在组装中进行在线测试？
Steve Jervy：这是我们特别关心的问题。作为合同制造商，在线测试通常是我们测试解决方案的重要组成部分。在过去的几年里，我看到在线测试迅速衰减。在立即模式下我们对此的回应是将我们的大量工作转换成飞针测试，探针头非常小，大概只有3mil。我们正在做大量的飞针测试工作。物理测试的常见延伸是利用边界扫描来完成测试，即使用非矢量测试，或物理测试无法完成测试。这将是一个挑战。随着东西变得越来越小，最终你必须找到某种方式在某个点实际接触到它，得以进行测试，这是每天面临的挑战。
Holden：不用寻找通孔，可以在阻焊层做一个开口，来接触某些可用的的布线。
Jervey：对，在HP3070（测试仪）的年代，HP是这种技术的先驱。他们以前称之为焊道，去除上面的阻焊层，并在走线上放一点焊膏。当然，随着速度加快，你可能不想把焊膏放在上面。探针测试走线只是一种选择，有时候会发现这种探测会使布线变形，这就又进入了改变电路的另一方面。
Las Marias：Vince，从EMS服务商的角度来看，你觉得读者在HDI组装时应该考虑什么？
Burns：老实说，我觉得今天听到的最好的观点之一就是要预先做更多更好的沟通。因此，对于设计和制造，读者应该考虑不仅要联系OEM厂商，还要联系一些EMS制造工厂，预先问问他们有哪些能力。如果我们的目标是做得越来越小，当一个行业达到这样的制造水平时，我们需要做些什么？这个问题也适用于元件制造商，因为现在我们也在研究必须安装到这些板上的元器件。
我们需要设计师和制造厂家了解当这些线路板送到我们手里后接下来要经历的状况，很多是关于热问题。我们关心这些板子可以经受的热循环次数，以及当经历热循环时我们怎么做可以防止板子受损。从材料方面来说，我们需要确保线路板材料足够稳定，可以承受我们要在上面安装的元件。
Matties：好吧，今天就到这里。谢谢各位。真的很棒！
Burns：是的，棒极了。
Bird：谢谢。
Torres：非常感谢。
