在对WUS公司Joe Dickson的采访中，我们探讨了保持技术竞争力的资本支出策略。Dickson阐述了与以CPU为中心的传统2D扁平PCB相比，公司为何转而采用3D中介板技术的原因。Joe还概述了尖端制造所需的大量设备和资本支出，并对低成本替代方案发表了自己的见解。

 

Nolan Johnson：Joe，你最近一直在强调，大量颠覆性技术将进入亚洲。这正是我们今天想要讨论的：资本支出及其发展方向。首先我们先探讨为什么颠覆性技术将发生在亚洲。北美似乎错过了，然而从历史上看，首先接受颠覆性技术的一直是美国。那么到底发生了什么？

 

Joe Dickson：我要纠正一下，应该说过去颠覆性技术首先被应用在西方的制造业，与我共事多年的同行，有些在欧洲（如荷兰），有些在加拿大等其他地区，会同意我的观点。今天的西方市场仍在研究先进技术，但他们专注点会有不同，欧美市场现在主要是小批量航空航天之类的高可靠性应用。这并没有什么错，这是制造业转移的必然结果。过去在这些地区，先进技术被大量应用在批量生产中，但现在技术与应用已越来越分离。Happy对此很熟悉。

由于批量制造和工艺技术都在海外，因此花了很长时间才将HDI整合到军用或其他类似高阶结构中。但并不是说西方市场对这项技术不了解；只是为小众市场建立相关的基础设施成本非常高。即由于西方小型PCB工厂的规模小，对设备的控制较少，导通孔的加工成本更高。因此他们很难具备能够以每天10000块的速度制造高密集主板的批量激光钻生产能力。这是非常具有挑战性的。

 

Happy Holden：VeCS的目标之一就是无需使用激光钻孔设备就可以获得HDI密度，这对北美小型工厂来说应该是大优势，因为他们所要做的只是在生产制程中更换钻头，而不是购买新设备。

 

Dickson：是的。如Happy所说，两年前我们曾想用传统的铣削设备实现VeCS技术。现在我们拥有高速铣削设备，接近高速钻孔设备的能力，CCD对位可深度控制铣削设备。这些都是在近两年内创新开发的设备。在西方没有人真正理解PCB生产车间是如何运行的。我经常在LinkedIn上看到一些报道，例如某导通孔填充设备可以生产直径为0.2毫米、厚度为3.0毫米的导通孔，并且可填充这些导通孔。我们在亚洲地区已经这样做5年了，并且采用大批量、双工序生产工艺和设备。利用高真空网印、二次填充和自动刮刀，多年来我们一直能够实现较高的产量。由于这些大型设备成本较高，所以小批量生产工厂很难实现经济效益。

层压、钻孔等都需要采用大型高度自动化设备，而对于小型生产工厂而言，工程经理或者任何想要这样做的人要证明这些设备是合理有效的变得越来越具有挑战性。我和在西方仍然从事这个行业的朋友沟通，他们必须具有极高的创新能力才能拥有这些技术。Happy，相信对于HDI方面你已经注意到了这一点。这是非常具有挑战性的。

我认为3D堆叠的系统级芯片、系统级中介板和系统级PCB的时代才开始，我们也才入门。把PCB当作商品的想法已经过时了，然而大多数客户才刚刚了解这种理念。我认为芯片市场和供应的短缺使我们对行业生态系统的看法发生了变化。

 

Johnson：Joe，你刚刚说的很有道理——作为设计的一部分，PCB正从商品转变为专业产品。

 

Dickson：回想25年前，数据必须在单个CPU中进行管理。为此我们创建了载体、服务器和主板，行业发展出所谓的中间板或背板。我们都高兴地认为：“这就是计算机时代。它将永远不会变化。”但随着信号速度越来越快，我们开始在光缆上传输信号，速度也越来越快。但是单一的逻辑管理仍然存在。

现在我们处于另一个岔路口，主PCB再次变得像背板。转移层可能没有很多直接的主动功能，但它包含了所有其他功能，并且堆叠了3D芯片、内存和加速器系统。一切都更加紧密地联系在一起，并且相互依存，这就是所谓的中介板。现在有芯系统级芯片，包含多个芯片、CPU、GPU、内存、加速器，不管是什么，它们之间的距离越来越近，堆叠起来处理数据。然而，一旦系统成熟，就会出现新的主动元件——一个会淘汰原有元件的新元件。

正如我所说的过渡中介板。曾经超级先进的传统主板不仅仅是连接一切的接线板，还包括光纤飞线、铜飞线，将拥有各种接入接出的组成部分。在我看来PCB行业将迎来下一个伟大的变革，这意味着我们不能把它当成普通的PCB。

Happy 30年前就开始从事HDI微电子相关的工作。摩尔定律并不总是适用于PCB，因为更高的特征并不会导致更低的价格。而且由于3D系统级芯片的出现，一切都在发生改变。现在不再由英特尔、AMD或其他大型公司来推动整个行业的发展，而是小公司在起主导作用。任何拥有ASIC设计的人都可以将这些结合在一起，创造出独一无二的IP。这将彻底改变其下游互连的结构。这就是我们将看到的创新变革。

为了实现这个目标，近10亿美元的工厂投资不再是新奇的事，因为如果想实现50微米的线宽线距，那么需要构建的就是属性为10年前芯片级水平的传统中介板。

 

Johnson：这里似乎有两个相反的发展方向。谈到中介板应用，不断增加的密度是驱动因素，因此需要资本投资。但与此同时，随着主PCB功能回归到更传统的主板背板功能，工艺变得越来越简单。3D技术固然更高阶，但大型PCB将持续具备类似的属性。3D就是系统级芯片或系统级PCB吗？

 

Dickson：Happy称它为硅中介板；这是我认为的最好的术语。它是线宽、线距低于50微米而不是高于50微米的中介板。有些中介板是3层，有些是4层。我在倒装芯片上发现了类似PCB的结构，里面有内置的中介板。此外，间距为0.5—0.9毫米的另一种过度中介板，允许将这些系统安装在主PCB上。只有1个芯片和1块中介板的想法是行不通的，因为CPU不再是绝对的中心，数据处理是多级别的。

 

Holden：信号完整性，如你所说，就是当把一个非常快的CPU芯片放在一个较大的封装中并把它输出到任意类型的BGA或PGA时，由于内存和IO都放置在其旁边，所以想消除封装时，就会产生很多寄生的问题。这就是我们所说的系统级封装，而不是系统级芯片。而当我们有了子板、主板和背板时，就可以向小型化发展了。现在有一块有机PCB，上面都是系统级封装，看起来像超细间距的BGA，取代了子板的功能。整个系统拥有多个可以进行表面贴装的系统级封装子板，而不再是带有压接连接器的大背板。由于信号完整性要求，可以采用看起来像BGA的超细间距系统级封装，类似PTFE或陶瓷PCB，但实际上其内部是整个系统。

 

Johnson：Joe，我们可以把所有这些功能都集成在PCB上。这似乎成为PCB行业的一个拐点。要么采用中介板，这也是我们目前工作的重点，要么继续采用传统的扁平PCB。那么如果采用中介板，是否需要投入大量设备呢？

 

Dickson：是的。并且大多数工艺不是并行的，不能采用相同的工艺生产。

 

Holden：但是你可以从半路进入。

 

Dickson：是的。目前就是这样做的。

 

Holden：这就是ASAP和VeCS采用的方法。ASAP和VeCS可以在不购买激光钻孔设备的前提下实现50微米以下的钻孔，只需更换机械钻头或铣削设备中的钻头。有趣的是，这正是美国军方的要求，希望转而采用小芯片和板级系统微封装，但必须符合ITAR的限制要求。

 

Dickson：当我和早期使用VeCS的公司交流时，并没有使用VeCS这个术语。我称之为微槽和盲微槽技术。这是因为它不仅可用于PCB，还可用于其他应用，即从PCB向上移动到中介板（硅基板）。

老实说，我认为从现在起10年后，就会出现可屏蔽信号的微槽。可在硅中介板任意位置看到它们，并且由于寄生效应，将出现HDI、VeCS类结构和微槽混合结构。可以创建双信号结构，槽的其余部分为屏蔽层。这几乎是一个完美的三分之二法拉第笼。

现在想实现，有两种不同的制造方法。但VeCS可以同时做到这两个方面，在常规工艺中制作高密度厚板。因此，VeCS是相对简单的过渡。

 

Holden：还有四五种北美地区确实没有的高阶技术。例如，有一种成本非常低的方法，可以切割坏的PCB，然后将新的PCB完全对齐，这样就可以交付发货。该子面板内的PCB来自四五个不同的批次，所有的PCB都可发货，不会产生报废。

 

Dickson：Happy，你说对了。大批量制造中用于组装和自动化的载体与小批量制造的载体有着本质上的不同。产品单位面积的成本至关重要。如果能够利用所有这些材料组合，成本就会大幅下降。对我来说，西方与其他地区的根本区别在于，没有低成本的批量生产，通常其他地区的工厂规模是西方最大工厂的5倍。

当我听到人们谈论将技术带回西方时，我认为他们并没有完全理解技术的发展方向。即便在美国某个低成本、水资源丰富的地区，建一个30万平方英尺的工厂，仍需花费10亿美元以上。如果能够处理大批量、高质量、低成本的材料，将拥有巨大的优势。

 

Johnson：Joe，综上所述，我们没有办法跟上所有的新技术。为了充分利用资本，需要规划的不是我现在要做什么，而是在投资之后用这些设备做什么。

 

Dickson：我们一直在讨论PCB的层数。目前0.2毫米的钻头、0.16毫米的成品孔尺寸是比较成熟的PCB技术。我认为大多数西方制造商都可以实现这一目标。随着层数增加，PCB厚度也会随之增加，此外还需要实现电源分布。这些是比较传统的制造，VeCS可以通过降低层数来帮助实现这一要求。但是如果转而采用HDI技术时，所需要的设备成本非常高，或者只能实现小批量生产。

对于西方公司来说，中等生产规模的公司拥有创新的能力，适用于刚刚上市的新客户应用。传统的网络供应商正在开发自己的ASIC和系统级芯片，这些市场需要一段时间才能发展成熟。对于他们来说这是一个完整的市场，且不需要更换大量的设备，但目前仍处于初级阶段。为了保证在设计中的话语权，他们必须在设计开始之前就参与到设计前芯片生态系统中。但是由于许多客户对PCB并不熟悉而将其视为一种商品，因此实现这类级别很困难。然而中介板或系统级PCB并非如此，采用并行创建的模式。将这些理念应用于中小批量的3D结构将是巨大的市场，可它实现下一代芯片与PCB生态系统的匹配。这就是我们将工程前讨论转而针对上市需要一年或更长时间产品上的原因。5年前，除了小型OEM以外，这是闻所未闻的。

 

Johnson：通过这些讨论可以得出，需要选择投资技术以继续向前，或者选择不投资。这是许多PCB制造商将要面临的决策点。即要么选择一个发展方向进行投资，并发展一项专长，要么成为普通型PCB制造商。

 

Dickson：是的。正如Happy所说，如果没有一种颠覆性技术使有机互连变得与众不同，公司将无法生存下去，因为下一代技术正在与应用于手机的微技术相结合。如果没有相应的市场，也没有颠覆性的、成本效益高的高科技替代工艺，就只能是众多制造商中的普通一员，而最终，批量生产总是会胜出。

 

更多内容可点击下方阅读原文查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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