如何转型学习应用UHDI技术

本文专访Averatek公司的Tara Dunn。Tara Dunn回答了如何界定超HDI（Ultra HDI，简称UHDI）技术的具体问题，简述了Averatek专有的半加成法工艺以及UHDI与其他技术的主要区别。还讨论了设计师是否真的需要学习UHDI技术及制造商对此项技术的看法。如果读者对UHDI技术能力也有一些疑问，想了解这项技术对设计意味着什么，希望本次采访能够给出你想要的答案。

问：如何界定UHDI？以密耳或微米为单位的线宽限值是多少？

答：这是一个非常好的问题。从目前来看，线宽限值对不同的公司有着不同的意义，主要还是取决于其目前的HDI能力。IPC已组建了UHDI工作组，他们给出的定义中，设计一定要符合以下参数中的至少一项：线宽小于50μm，线距小于50μm，介质厚度小于50μm，微通孔直径小于75μm，才可被认为是UHDI技术。

问：Averatek研发出了A-SAP半加成法工艺，能够生产UHDI。你能否明确mSAP和A-SAP之间的区别？这个差别对设计师和工程师而言意味着什么？

答：SAP的全称是半加成法工艺（semi-additive process），是一种在超薄的铜上可生产出走线图形的工艺。mSAP和A-SAP工艺相比，常见的区别之一在于初始铜厚度。

一般来讲，初始铜厚度大于等于1.5μm，就属于mSAP（改良半加成法工艺）。mSAP使用的铜比其他SAP工艺略厚一点，因为它需要更多的蚀刻，对线宽、线距和走线侧壁都会产生影响。在进行极大批量生产高度专用化的工厂，mSAP工艺通常可生产30μm的特征。这项技术普遍应用于智能手机。

Averatek的A-SAP工艺可应用于更薄的化学镀铜层，一般情况下化学镀铜层为0.2μm，制造商可以在如此薄的铜层上生产出更精细的特征。如果制造商配备了先进的成像设备，就能用这项技术实现1μm的线宽和线距。通常，PCB制造商目前使用的设备能成像12.5μm的走线。这项技术还有助于改善信号完整性。因为基底铜足够薄，所以对走线侧壁的影响也降到最低，大幅提高了对线宽的控制能力，进而提高了阻抗控制容差。

mSAP和A-SAP的另一个区别在于走线高度与宽度之比。mSAP工艺可使其达1:1，而A-SAP工艺会大于等于2:1。例如25μm宽的走线，高度可能为40μm。因其可改善信号完整性，吸引了业界的广泛关注。

问：设计UHDI与设计普通PCB或HDI有什么不同之处？

答：我有时候担心设计师认为自己必须学习全新的设计方法才能完成UHDI设计。我认为，UHDI设计与设计师第一次学习用挠性材料没有什么太大差别。大多数环节都与刚性材料设计相同，只要了解不同的具体分项以及原因，那么采用新技术就变得容易多了。

也就是说，这项技术确实给了行业一次重新构想PCB设计方法的机会。人们一直以来面临的限制因素就是无法将线宽和线距减少到75μm以下，以此为紧密的BGA等器件留出足够的布线空间。长期以来，必须采用盲孔、埋孔、堆叠微通孔和交错排布微通孔来实现目标，于是，层压循环次数也会相应变多。SAP工艺及更精细的走线，节省出了更多宝贵的板面积，使设计变得更加简洁，还可重置技术学习曲线。

采用UHDI技术进行设计的方法有很多，取决于设计师的特殊偏好。有些设计师偏向于整体微型化，不论是PCB尺寸还是厚度。而有些设计师则更注重通孔可靠性，更注重减少层压次数，甚至会牺牲板面积来加大孔尺寸，将HDI结构调整为贯穿通孔结构。

再来看刚才所说的挠性电路，顺便说一下，可以通过包括挠性材料在内的多种材料完成SAP工艺，而且并不是PCB设计中的所有层都需要采用SAP工艺构建。各层可以使用不同的工艺，可采用减成法工艺构建电源层及接地层或含有75μm以上特征的层。

问：UHDI有哪些优点？

答：主要的优点有4项。

与目前使用的减成法蚀刻工艺相比，UHDI能大幅减小产品的尺寸和质量，生产出的PCB可以更小、更薄。

提高可靠性：层数减少、层压次数减少以及对微通孔的依赖度降低等因素，都可提高产品的可靠性。

改善信号完整性：正如上文所说，走线高度与宽度之比增加，给PCB设计师提供了更大的发挥空间，而对特征尺寸的严格控制也可以改善对阻抗的控制。

降低成本：这一点可能听起来比较反直觉，很难在对比成本时做到绝对公平。采用UHDI技术，层数和层压次数都会减少，PCB整体尺寸也会减小，所有这些因素都可以简化设计、提高良率，降低成本。

生物兼容性：A-SAP工艺可完全去除铜箔，可在介质上添加一层薄化学镀铜层。这项工艺不仅限于可生成铜层，还可生成金和铂导电层。这项技术使用聚酰亚胺或LCP，为医疗应用提供了生物兼容解决方案。

问：目前，设计和制造UHDI的设计师和制造商面临哪些难题？

答：我认为最大的难题是设计师和制造商都要经历的学习历程。制造商需要学习使用新工艺，虽然这种构建走线的工艺并不难，但确实还需要与其他的工艺融合。例如，如何实现焊盘内通孔的新电镀工艺？孔中电镀的铜层厚度是多少？客户的设计不同，使用的方法也有所不同。制造商很清楚要用不同的方法去满足客户的需求， UHDI技术也不例外，需要通过思考和经验积累来不断完善。

我们刚才也提到了，从设计的角度来看还是存在很多问题。如何才能控制好这些精细走线的阻抗？顺便说一句，业界已有专门有助于了解这个问题的白皮书。何种材料可以与这一工艺兼容？哪些应用适合使用减成法蚀刻工艺，哪些应用适合使用SAP工艺？是否有可靠性数据？这只是一些常见的初始问题。

问：有没有介绍UHDI设计方法的资源？比如书籍、网站和专业指导老师等？估计很多公司都是带着疑惑找到Averatek寻求帮助。

答：有的，我们确实解答了很多问题，这也是我在Averatek的工作中最喜欢的职责之一。同时，我们还会与一些真正想深入了解如何实现这些精细特征的PCB设计师展开合作。这些设计师也将要开办培训项目，发表论文，在研讨会上做专题讲座，帮助有需要的人加快学习历程。

Averatek官网的信息中心是很适合了解入门基础的地方，公司上传了很多相关的白皮书和文章。很多以PCB为主的贸易展会也在举办SAP专题活动。还有一些相关的网络研讨会，主办方既有制造商，也有像Orbotech这样的设备供应商。

问：对于那些想要转而采用UHDI技术的设计师，你有什么建议？

答：我的建议始终都是：一定要与制造商保持密切合作。这条建议适用于刚开始采用HDI技术进行设计的新人，刚开始用挠性材料或刚挠结合材料进行设计的新人，同样适用于刚开始采用UHDI技术进行设计的新人。

了解制造商的生产能力，让他们协助指导完成整个设计。他们有丰富的生产经验，并且也乐于帮助PCB设计师设计出符合可制造性的部件。