一、為什么高密度PCB的可制造性問(wèn)題越來(lái)越重要

在過(guò)去幾年中，電子產(chǎn)品向小型化、輕量化、多功能方向發(fā)展。為了在有限空間中集成更多功能，設(shè)計(jì)工程師不得不提高電路板的布線密度。這就產(chǎn)生了所謂的高密度PCB（High-Density Interconnect，HDI）。HDI板常用于智能手機(jī)、筆記本電腦、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療儀器和航空航天等場(chǎng)合。

由于線路更密、孔徑更小、層數(shù)更多，HDI板的生產(chǎn)難度明顯高于傳統(tǒng)PCB。如果沒(méi)有在設(shè)計(jì)階段考慮可制造性，就會(huì)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)許多問(wèn)題，比如開(kāi)路、短路、焊盤脫落、孔偏移等。這些問(wèn)題不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)大幅提高生產(chǎn)成本。

所以，了解并掌握高密度PCB的制造限制，在設(shè)計(jì)初期作出合理規(guī)劃，是提高良率、控制成本、確保項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

二、高密度PCB在制造上面臨哪些主要挑戰(zhàn)

1. 微小尺寸元件帶來(lái)的布局壓力

隨著芯片封裝形式的變化，越來(lái)越多使用BGA、CSP、QFN等高密度封裝。它們的引腳間距小，有的甚至低于0.4mm。這種封裝類型需要在極小面積內(nèi)完成走線，傳統(tǒng)布線方式已經(jīng)難以勝任。

2. 微孔和激光盲孔制造精度要求高

為了在多層間實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)不影響其它層的完整性，設(shè)計(jì)師大量使用激光鉆孔形成盲孔或埋孔。這些孔的直徑一般在0.1mm以下，對(duì)鉆孔設(shè)備、對(duì)位精度、沉銅均勻性都有很高要求。

3. 焊盤與走線間距不足帶來(lái)短路風(fēng)險(xiǎn)

高密度走線不可避免地會(huì)降低焊盤之間的間距，尤其是在BGA陣列區(qū)域。這使得絲印移位、電鍍不均、殘留雜質(zhì)等因素更容易造成橋連或短路。

4. 層間對(duì)位與板材變形難以控制

HDI板通常層數(shù)較多，并采用多次壓合技術(shù)，板材會(huì)因熱壓和機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生形變。在層對(duì)層精度要求在幾十微米的情況下，哪怕輕微的偏移也會(huì)帶來(lái)功能失效。

5. 可測(cè)試性下降，返工困難

高密度布局導(dǎo)致測(cè)試點(diǎn)減少、測(cè)試針不易接觸，給功能測(cè)試和故障排查帶來(lái)困難。而一旦出現(xiàn)問(wèn)題，焊盤微小、間距緊湊也讓維修操作變得非常困難。

三、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)如何應(yīng)對(duì)這些可制造性問(wèn)題

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們可以從設(shè)計(jì)層面入手，采取一系列策略提升可制造性。

1. 合理使用HDI結(jié)構(gòu)（盲孔/埋孔/堆疊孔）

可以根據(jù)電路復(fù)雜度選擇不同的HDI結(jié)構(gòu)：

• 一級(jí)HDI：采用激光盲孔連接1-2層，適合大部分中等密度設(shè)計(jì)；

• 二級(jí)HDI：盲孔+埋孔，適合高端智能設(shè)備；

• 多次壓合堆疊盲孔：適用于超高密度產(chǎn)品如服務(wù)器、核心交換設(shè)備。

同時(shí)，建議避免盲孔直接對(duì)齊，可以使用階梯式布孔，以避免局部厚度突變。

2. 走線寬度與間距設(shè)計(jì)符合加工能力

普通工廠能實(shí)現(xiàn)的最小線寬線距一般為3mil/3mil，高端產(chǎn)線可做到2mil/2mil甚至1mil/1mil。但穩(wěn)定量產(chǎn)以4mil/4mil為最佳平衡點(diǎn)。走線盡量避免長(zhǎng)時(shí)間并行，增加布線的寬度跳變和間距調(diào)整，有助于減少串?dāng)_。

3. 合理規(guī)劃BGA逃線策略

面對(duì)大尺寸BGA（如0.5mm以下間距），建議采用“Via in Pad”或“Via on Pad”的方式，并搭配埋孔/盲孔進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)移，以避免在芯片底部布線過(guò)于密集。

可以分層布局——頂層布局，內(nèi)層走線，底層加測(cè)試點(diǎn)，有效緩解走線壓力。

4. 設(shè)置足夠的阻焊橋?qū)挾扰c測(cè)試點(diǎn)尺寸

在進(jìn)行焊盤設(shè)計(jì)時(shí)，保持至少4mil以上的阻焊橋?qū)挾?，可以減少焊橋現(xiàn)象。測(cè)試點(diǎn)盡量不要小于0.3mm，以適配常見(jiàn)的針床測(cè)試或飛針測(cè)試。

5. 控制板厚和疊層結(jié)構(gòu)

對(duì)于厚度較大的PCB，盲孔加工精度難以保證。建議總厚度控制在1.0mm~1.6mm之間，同時(shí)保證電源層與地層相鄰，形成良好的信號(hào)回流路徑。信號(hào)層之間避免夾雜太多非功能層，以減少串?dāng)_。

6. 進(jìn)行可制造性設(shè)計(jì)檢查（DFM）

每次PCB設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)提交Gerber文件給制造廠進(jìn)行DFM審核。檢查內(nèi)容包括：線寬、間距、鉆孔、焊盤、阻焊、字符、開(kāi)窗、測(cè)試點(diǎn)等項(xiàng)目。工廠會(huì)反饋是否存在不適合批量生產(chǎn)的問(wèn)題，并提供優(yōu)化建議。

四、制造端需要配合哪些工藝措施

除了設(shè)計(jì)端的努力，制造端的工藝能力同樣影響高密度PCB的良率。

1. 高精度激光鉆孔設(shè)備

采用CO?或UV激光打孔設(shè)備，對(duì)盲孔加工精度控制在±10μm以內(nèi)。并配合CCD對(duì)位系統(tǒng)確?？着c焊盤匹配。

2. 精細(xì)蝕刻與干膜壓合技術(shù)

使用分辨率更高的曝光設(shè)備和品質(zhì)穩(wěn)定的干膜，可確保3mil以下線寬線距不發(fā)生斷線或短路。

3. 無(wú)電沉銅與化學(xué)鍍鎳金工藝

對(duì)于激光鉆孔后的孔壁，需要采用無(wú)電沉銅進(jìn)行底部金屬化，以保障后續(xù)導(dǎo)電層的完整連接。

金屬表面處理可使用化學(xué)鍍鎳金（ENIG），保證焊接可靠性并防止氧化。

4. AOI自動(dòng)檢測(cè)與X-Ray輔助定位

采用AOI可檢測(cè)線路、焊盤、絲印等是否存在異常。對(duì)于盲孔和BGA區(qū)域，則需配合X-Ray進(jìn)行焊球檢測(cè)和孔位確認(rèn)。

5. 成品電性能測(cè)試

所有成品PCB需進(jìn)行飛針測(cè)試或針床測(cè)試，確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有完整導(dǎo)通路徑，避免開(kāi)路或短路未被發(fā)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)與制造要共同優(yōu)化

高密度PCB將繼續(xù)成為電子設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。為應(yīng)對(duì)其制造難度，設(shè)計(jì)者應(yīng)在結(jié)構(gòu)規(guī)劃、走線規(guī)則、疊層設(shè)置、測(cè)試點(diǎn)布局等方面下功夫。而制造商則要通過(guò)引入先進(jìn)工藝、精密設(shè)備和全流程控制來(lái)提高成品率。