新型垂直导电体PCB与传统导通孔PCB之性能博弈

孙丽丽 莫锡焜 Joe Dickson

（沪士电子股份有限公司，江苏 昆山 215301）

0 前言

目前被行业所熟知的PCB设计中各层次线路是通过钻孔后电镀铜连接，而垂直导电体结构（VeCS：Vertical Conductive Structure）[1]作为新型的PCB设计。此技术将原始的BGA密集孔设计改为垂直铜柱设计，在加工过程中取消了原始BGA位的钻孔，通过铣长短槽的方法将垂直导体铜柱逐个分割。目前的0.8 mmpitch的BGA只可以走单线，但是VeCS可以走五条线路，大大的提高了布线密度（如图1）。

图1 标准机喝VeCs设计图

1 加工方法比较

以0.5 mmpitch的VeCS加工为例，首先用0.5 mm铣刀铣初槽，初槽可以根据客户的需要为通槽或者为盲槽；然后进行第二步电镀，此步骤之后槽体内壁与槽底部均镀有25 μm（1 mil）铜。第三步采用0.3 mm的槽刀铣取底铜；再铣断槽内壁，从而将槽内壁切割成一个个孤立的铜柱（如图2）。

2 VeCS与传统导通孔可靠性比较

2.1 测试样品

2.2 再流焊（Refiow）可靠性比较

（1）测试条件（见表2、图3）

（2）再流焊的接受标准与结果

接受标准为再流焊测试6次以后无爆板分层问题（见图4）。

结论：在相同测试条件下采用VeCS设计的PCB与常规设计PCB均可以通过6次Reflow测试，并且采用VeCS设计的PCB在经过10次再流焊后未出现开路与爆板分层问题。

图2 加工流程比较图

表1 测试样品结构

表2 再流焊测试条件

图3 测试时真实温度监控曲线

图4 再流焊测试结果

2.3 热应力可靠性比较

（1）热应力测试条件：浸锡288 ℃、10 s、3次。

（2）热应力的接受标准及结果：接受标准为三次浸锡后无分层现象（见图5）。PCB电阻变化率仅0.1%，而常规设计的PCB 设计的测试结果变化率最大值为6.7%。

综上采用VeCS设计的PCB的可靠性优于常规PCB。

图5 热应力测试结果

结论：在相同测试条件下采用VeCS设计的PCB均可以通过热应力的测试。即采用VeCS设计的PCB的热应力性能可以达到常规PCB的能力。

2.4 热循环测试（TCT：Thermal Cycle Test）

（1）测试条件：TCT前试样进行6次再流焊（同2.2）（见表3）。

表3 TCT条件

（2）接受标准与结果：TCT测试接受标准：电阻变化率小于10%，（见表4）。

结论：在相同测试条件下采用VeCS设计的PCB均可以通过TCT测试，其中采用VeCS设计的

2.5 导电阳极丝（CAF：Conductive Anodic Filament）测试

（1）测试条件：CAF测试前进行6次再流焊（同2.2）（见表5）。

（2）测试接受标准及结果：CAF测试接受标准：测试100 0h过程中保持电阻＞107Ω，且测试过程中电阻变化＜10%。测试结果如图6。

结论：在相同测试条件下采用VeCS设计的PCB与常规PCB均可以通过1000 h CAF测试，此结果说明采用VeCS设计的PCB的CAF可靠性可以达到常规PCB的设计的标准。

3 VeCS 与传统导通孔的阻抗与信号性能比较

（1）插损测试试样板（见图7）。

表4 TCT结果（单位：Ω）

表5 CAF测试条件

（2）插损测试条件及测试结果。

（3）插损测试条件及测试结果（见图8）。

结论：在同等对比条件下，VeCS的插入损耗均小于传统的孔加背钻结构。

4 结论

传统的通孔（through hole）与盲孔设计不只占用很大的空间，同时也对SI有负面的干扰影响。

任意层互连（Any layer）虽然有助于增加布线密度，但是成本高、工时长，VeCS（垂直导电体结构）技术则在这方面有质的突破。

图6 测试结果

图8 插损测试条件与结果

采用VeCS设计的PCB与传统的PCB相比，VeCS的可靠性与信号性能优势明显，完全可以满足汽车板，服务器类板的高可靠性与信号要求。同时VeCS的设计可以为终端客户节省大面积空间布线，从而达到降层与降低成本的双从优势。