从HDI看SI—短线、薄层、浅孔—三强棒之能耐何在(二).pdf

：技 术 交 流 从 HD I 看 S I 一短 线 薄 层 浅 孔 一 三 强 棒 之 能 耐 何 在(二)T P C A 顾 问：白 蓉 生 三、介质 层 愈 薄 愈 好(T h e t h i n n e r d i e l e c t r i c t h e b e t t e r)多层 板 传 输 线 成员 之 一 的介 质层，在 高 频 环 境 中要 愈 薄 愈 好。且 为 了配 合 高 频 传 输 中 的集 肤 效 应(S k i n E f f e c t)，与 减 少 相 邻 铜 线 之 平 行 面积 起 见，其 积 线(p r o fi l e)高 低 与 铜 箔 厚 度，对 密 集 讯 号 而 言 也 都 要 求 愈 薄 愈好。现 分别 说 明如下：3 1介 质 层 愈 薄，回路 截 面 积 愈 小，讯 号 完 整 性 愈好(A)截 面 圈 t (B)l S e lf In d u e ta n c e o f A is mu c h l o we r t l l a l l t ha t o fB Re d u c e s EMI 故知 薄 板的 高频 博翰 要此 厚板 好 坞 8 0 0 0 0 0 0(图 l 0讯 号 线 及 其 归 途 所 组 成 封 闭 性 的 回 路，基 截 面 积 愈 小 时，则 所 传 输 的 讯 号 其 品质 愈 好 当 传输 线 之 介 质 层 愈 薄，讯 号 线 至参 考 层 的距 离 愈 近 时，则 讯 号 线本 身 的 自感(S e l f-I n d u c t a n c e)也随之降低。此乃因其磁 场 受 到 压 缩 而使 得 能 量 进 入 大 铜 面 所 致，这 种 为 S I 更 好 的基本 原 理，是 所 有设 计 者 与商 用 软体 所 必 须遵 守 的规 则。通 常 低 频 讯 号 的传 输 归 路，是 由参 考 层 铜 面 中电 阻 主宰(R e s i s t a n c e D o ma i n)的路 5 4 I 2 0 0 2年 1 1月第 6期 n n n 低 速 飘 虢 之 傅 赣 其 接 地 回 睬 是 走 鼋 阻 最 小 之 最 近 路 程 返 回 畴 臁 gat 高 速 飘 虢 馋 输 其 接 地 到 娇 晕 循 飙 靛 稼 鹰 之 最 大 霭 容 魔 返 同 图 l l薄 板 对 高频 讯 号 的 传 输 要 比厚 板 好 程 所 决 定，也 就 是选 择 电 阻值 最 低 的路 程 回家。但 高频 讯 号(2 0 MHz以上)的 传输 归 路，则 是 另 外 选 择“特 性 阻 抗”(z。)最 小 处 为 回家 之 路。亦 即 循 著讯 号 线 正 下方 的铜 面 作 为 归 途，也 就 是 依 照 其 电容 值 最 大(由于 Z。=、L C)之轨迹 奔 回。是故介质层愈薄 厚度 控 制 愈均 匀者，其 S I 也 愈好。3 2介层 变 薄 串讯减 少 布 线增 密 介 质 层 变 薄 后，密集 平 行 线 间，高 频讯 号 所 带 来 的 电场 与 磁 场 均 被 压 缩 而 导 人大 n y r 代“础 曲 m 维普资讯 http:/ 图 1 2 逼 薄 介 质 可 增 加 Mi c r o s t r i p的布 线 密 度；且 当 为 薄板 之 S t r i p l i n e时。各种杂讯(C r o s s t a l k，E MI，R F I 等)均将更 为减 少 铜 面 的 参 考 层 中(如 接 地 层)，使 得 彼 此 问 的串讯或耦合，得 以大幅降低。对工作 电压 不 断 降低 以致 杂 讯 容 忍 范 围(N o i s e B u d g e t)一 再 被 挤 压 之情 势，将 会 有 颇 多 的正 面 助 益。且 由于介 质 变 薄 而 电容 增 加 的效 果 下，对 各种 高频 元 件 所 产 生 的 E MI，RF I 与 E S D也 都 有更 好 的吸收 效 果。3 3增层 变 薄且 无玻 纤，传 输 速度 就 快 讯号 品质 更 好 一般 HD I 类 的 内埋 核 板C o r e)，是 由硬 挺性(R i g i c i t y)良好 的 传 统 F R一 4板 材 所 生 产。而处 面的增 层 则 是 由无 玻 纤 的 R C C所 贴制。一 般玻 璃 的 D 为 6，而纯 环 氧树 脂介 板 材 DK 愈 小愈 好 Dk (8 r)质 的 D k 仅在 3 O左 右。由 Ma x w e l l S E q u a t i o n(V =c x b X-)可 知，分 配 在 R C C增 层 中的讯 号线，其 之 传输 速 度必 将 更快。当介 质 层 之 减 薄 若 也 使 得 D k同时 降低 者，才 能 使得 特性 阻抗(Z O)的变 异 不 大 而 较 易 控 制。此 事 实 可 由微 带 线(Mi c r o s t r i p)与 带 线(S t r i p l i n e)之计 算公 式 中 明显得 知。Dk降 低 的第 三个 好 处 是 平 行 线 之 间 的 串讯 也 会 跟著 变小。3 4高 频传 输 中会 出现集 肤 效 应，是 故讯 号 线 之铜 皮棱 线 也要愈 薄 愈 好 高 频 传 输 中 的能 量 大 多 聚 集肤 在 讯号 线 的表 皮 上，且 频 率 愈 高其 集 肤 情 形 愈 为 电 容 值(C c ite x 羞 c=D x 争 接 地 层 GND 因介质本 身所具“极 性”之 不 同，交 出现 不 同 电荷 的容存，科 学上 以真 实或 干燥 空气之 介质 常数为 1，现将其理念 以图示如下：Ai r，Dk l Lo w Dk Hi g hDk +_ _|、0，0 。：，0 _ j 图 1 3介 质 层 愈 薄 介 质 常 数 愈 小，则 不 但 杂 讯 愈 少 而 且 速 度 也 愈 快 2 0 0 2 年 1 1 月第 6 期 5 5 技 术交 流 维普资讯 http:/ 技 术 交；流 Wb ，I A】高频 傅 辕 中之 鼋 流 密 度 分 催 图 1 4 高频讯号 的能量(电流)将趋 向分布 于线路的表皮，帮铜箔 的线与蚀刻 技 术 势 必 将 日趋 关 键。明显，称 为“集 肤效 应”(S k i n E f f e C t)。因 而 次 互 连 的做 法，当然 要 远 比 P T H不 分 青红 铜 皮 之棱 线必 须 要 降 低，甚 至要 改用 半 加 皂 白之 一 律 刺 穿，而 在 杂讯 方 面 改 善极 多。成 法(S e mi Ad d i t i v e P r o c e s s，S A P)，以减 轻 此 外 许 多 不 应 出 现 的隔 离 空 环(C l e a r a n c e，在 粗糙 表 皮 中 的讯 号 损 失 与 发 生 杂讯。即 在 高 频 中会 呈 现 天 线 的效 果)也就 随之 减 使 采 用 低 接 线(L o w p r o fi l e)铜 皮 制 作 细 线 少 了。时，其 厚 度 也 要 愈 薄 愈好，以减 少厚 线 中心 4 2微 盲孔 保 持参 考 层 完整 归 路 良好 无 用铜 材 的浪 费。四、导 孔 愈 浅 愈 好 T h e s h a l l o we r v i a t he b e e r 高 频讯 号 通 过 P T H 时，将 会 产 生 颇 多 的寄 生 电感 与 电容(P a r a s i t i c I n d u c t a n c e o r C a p a c i t a n c e)。早 先 的设 计 只为 了邻 层 的互 连，却 不 得不 将 其 他 参 考 层 也 莫 名其 妙 的 一并 刺 破，当然 会 对讯 号 电 流 回归 产 生 不 良影 响。新 式 浅通 的微 盲孑 L，系采 雷射 光所 烧 打 制 作，目前 C O 雷射 的成 孑 L 速 率 已达 4 0 0孑 L 秒，其 成本 与 品质 均 己远 优 于 传 统 的 I I H。现分 别 以图示 方 法说 明于后 4 1 导 孔 愈小 愈 浅 则 杂讯 愈 少 由下 图 l 5等 效 电路 中 可 看 出，作 为 层 问互 连 用 的 导 孑 L(V i a)，若 从 传 统 的 P T H改 为 HD I 式 的 Mi c r o v i a微 盲 孑 L 时，其 不 良寄 生 电感与寄生 电容值均将大 幅降低(平均 下 降 9 0 )，进 而 使 得 高 频 之 跳 换 杂 讯(S w i t c h i n g N o i s e)也 降低很 多。且 原本 只需 一、二 层 问之 电性 沟通 者，微 盲 孔 的局 部 层 5 6 2 0 0 2年 1 1月第 6期 1 6 mm(0 6 2 )f、1 3 2nH 1 32 nH 1 3 2nH 0 54p H 05 4pH 07 pF 图 1 5 v i a杂 讯 少，对 讯 号 的 传 输 速 度 还 优 于 P T H，故 将 来 各 大 小 电 子产 品 各 重 要 讯 号 线，均 将 布 局在 HD I的各 种 S B U 增 层 中 高 频 讯 号 的 回路 是 选 择 讯 号 线 正 下 方 的铜 面 作 为 归 途，一 旦 此 参 考 铜 面 被 P T H 刺 破 时，其 回归 的 电流势 必 要绕 道 而行。如 此 将 使 得 特 性 阻 抗 之 匹配 不 良，而 所 带 来 的杂讯 与讯 号 不 完整，也就 无法 避 免 了。就 这 方 面 而 言，微 盲孑 L 当然 就 成 了不 做 第二 人想 的选 择 对 象 了。4 3垫 内设孔，杂讯 少 焊点 强 S MD之 板 面 焊 垫(Q F P或 B G A)欲 与 内 层 沟 通 时，当 然 要 制 作 通 孔、孔 环、与 引 线、H H 1 l U H H n p 、|4 j 5 1 l 0 一 F p 7 0 维普资讯 http:/ 维普资讯 http:/ 图 1 8完善填 孔一 向技 术 困难但欲 日益重 要。故处 于 内在的 F R 一 4 C o r e板与 外增的 B U 层次，各 种 孔 类 想 要 填 妥 当然 是 愈 薄 愈 小 愈 好 了 Shi el ed 0u t er l a v er s f or EM I su pp r e s i o n 此 等 Vi a i n P a d由于焊 料 会 向下 扎根，故 不 但 焊 锡性 较好，其 后 续 的焊 点 强 度，也 将 因抓 地性 增 大 而 较 之 平 面 传 统 焊 垫 改 善 甚多。且 由于 是浅 孔，其 Z方 向膨 胀亦 将 大 幅 降低，故 耐 温 度 循 环 考 验 之 可 靠 度 也 大 有 进 步。五、结 论 HD I 逐 次 增 层 板 的 全 面 开 发 至 今 尚不 到 5年，却 在 封 装 板 与 手 机 板 领域 中所 向 披靡，有 目共 睹。其 他如 P D A、数 位相 机、摄 58 2 0 0 2年 1 1 月第 6期 Bur i e d r es i s t or s f or p u l l*，u p p ul l d owm a pp l i c a t i o ns 录影 机 与 笔 记 型 电脑，甚 至 将 来 的射 频 板 类 与 厚 大 主 构 板 等，多 多 少 少都 将 会 引用 到 HD I 技术。其 中主 要原 因 当然都 是 为 了 S I的考 量，笔 者 仅 以多 张 简 图与 数 则 短 文，说 明短 线、薄 板 与 浅孔 在传 输 线 方 面 的优 势，尚盼有 助 于读 者 进入 情 况。谬 误 之处 亦 请 高 明者 不吝 指正。(全 文 完)m_ 技术 交 流 维普资讯 http:/ 一_ 一豳 图 2 0上 二 图 为 背 胶 厚 度 6 5 1a m 之 R C C所 增 层 的 手 机 剖 孔 书 面。上 左 为 蚀 刻 法 所 开 得 标 准 铜 窗 后，再 以 C O 所 烧 制 的 5 mi l 微 盲 孑 L；右 为 该 微 盲 孑 L 经 水 平 P T H 与 电镀 铜 后，其 完 工 盲 孑 L 互 连 之 另一 剖 孑 L 书 面。下二 图为相 同 R C C之增层做 法，但 为 了大排板(1 8 2 4 )之后 来 雷 射 烧 孑 L。与 先 前 之 铜 窗 在 对 准 度 品 质 上 更 好 起 见，而 刻 意 蚀 开 成 大 窗(L a r g e Wi n d o w，其 窗 径 比 孑 L 径 约 大 4 mi l 左 右)再 去 烧 孑 L。如 此 将 在 铜 箔 与 孑 L 壁 之 间 出现 一 小 圈 环 状 的 平 台。此 种 大 窗 法 虽 经 化 铜 电 铜 与 5次 漂 锡 后，该 平 台 的 可 靠 性仍 然 十 分 良好。图 21此 为 2 mi l厚 聚 亚 醯 胺(P I)树 脂 与 0 5 OZ铜 箔 之 双 面 软 质 基 材 板，用 以 生 产 所 得 双 面 软 板 式C a v i t y Do wn T a p e BGA 的 各 种 画 面。其 流 程 是 先 做 双 面 阻 剂 再 行 蚀 刻，先 使底 面 蚀 刻 出 铜 窗 与 接 地 用 的 大 铜 面。随后 利 用 特 殊 溶 剂 蚀 掉 窗 口 中 的 P I 而 成 反 盲 子 L。然 后 自 顶 面 单 面 镀 铜 完 成 后 成 向下 填 子 L 的 两 次 厚 铜。又 从 底 面 单 面 镀 铜 继 续 填 子 L 与 互 连(见 上 二 切 片 图)。之后 另 从 顶 面 蚀 刻 出 所 需 的 球 垫(左 中 图、细 线 与 密 集 打 线 之 承 垫)。最 后 再 进 行 镀 技 术 交 流 维普资讯 http:/