6月我们登载了 沪士电子：VeCS技术的现状 ，得到了业界的广泛关注。近日，Nolan Johnson及Happy Holden又采访了Joe Dickson，请他介绍了VeCS技术的应用，以及提升该技术会对制造业产生的潜在影响。

 

Nolan Johnson：Joe，你最近发表了一些关于互连技术策略方面的文章。

 

Joe Dickson：是的。其中关于该主题的最新文章中，谈到在同一块PCB中包含HDI、VeCS及其他互连方式，用以揭示VeCS技术的发展方向。Happy曾讨论过HDI，谈到PCB的HDI技术，就如早期HDI技术取代通孔技术时，有很多人认为HDI可以取代通孔技术，一些运用传统通孔技术的PCB工厂会失去竞争优势。但在许多后来的应用中HDI是作为辅助技术加入传统设计的产品中，在PCB特定的位置采用HDI成为一种必要手段，而其余部分仍可继续采用相对传统的技术。HDI技术在工程设计与加工成本两方面具有极高的价值，从降低成本同时保证性能的角度来看，这种方法性价比最佳。

这也正是沪士电子在VeCS领域探索的方向。最初，很多人认为VeCS将取代所有类型的互连，但至少从现在我们所了解到的，VeCS 如HDI技术的应用一样，将与通孔技术、HDI技术相互搭配组合应用于PCB设计与制造中。

 

Johnson：从理论上讲，根据不同的设计需求，一块电路板可以同时使用VeCS、HDI及传统通孔技术三种不同的结构，而取决的关键在于具体的需求，对吗？

 

Dickson：根据行业的发展方向，以及系统级芯片和FPGA型技术的发展路线，就会试图在PCB之外的有机基板上研发更多可能。这种发展方向将有利于技术的开发，并将其推向高性能发展的前沿。紧随其后，通过某种工艺，其系统可以被利用或转移到PCB中，这正是一些工程转化过程发挥的作用。这和已经到来的400G高频技术发展一样，因为连接器和PCB技术的问题，我们正在开发相应的产品以支持这一发展趋势。例如最初开发的光纤互连技术与电缆互连技术，受限于与连接紧密性与PCB现有的技术，导致并未很好地支持400G的发展。

但从长远来看，希望将这种系统构建到更紧密的互连中，而这正是PCB的机会所在。并且，即使是下一代产品，也可能需要这些芯片更紧密的布局，在这种情况下，跳线连接可能不是最为理想的方法。我确信你们已了解这类需求。

 

Johnson：很有意思的发展动态，您会发现沪士电子独有的技术之一 VeCS。

 

Dickson：起初，我们出于成本优势开发VeCS，虽然成本问题仍然是沟通中几乎每个人都感兴趣的关键点，但现在VeCS真正的意义是它的创新性，可以应对其他互连技术难以解决的问题。例如HDI技术，在堆叠HDI和可靠性方面存在一些明显的问题。Happy在他的论文中已经非常清楚地表明了这一点。我们正在研究利用仿真工具来降低HDI堆叠结构的应力，创建具有较低Z轴CTE应力、高Tg材料的HDI结构，以便能够形成更高水平的堆叠HDI。但是仍然有其局限，可能不得不交错排布这些导通孔。对于许多高阶SI信号完整性需求的产品，考虑到可靠性的要求行业并不赞成这种做法。这正是VeCS用武之地，原因就是VeCS结构在可靠性方面不会因为高阶信号的设计而受到影响。

其次，VeCS的另一个优势是各层可采用比HDI更厚的介质。盲孔布线能力可达HDI的10倍以上，镀层深度可达HDI的20倍以上。如果有块26层的HDI板，需要6个到7个层压周期，但采用VeCS技术，通常可以设计为1个层压周期，层之间的介质厚度仍然可达0.1毫米或更厚。这使得高速信号自身的每英寸损耗dB要低得多。这是下一代产品关注的两个点，芯片位置越来越近，而像PCIe这样的技术正试图将多个芯片放在同一块PCB上。这些是我们看到VeCS组合HDI或通孔技术可应用的领域，新的组合可实现下一代，甚至可能是再下一代产品上PCB的铜互连。

 

Johnson：像VeCS这样的技术对制造业将会产生什么影响？

 

Dickson：这项技术设计之初，是用传统的PCB制造技术来构建的，这也是NextGIn公司的早期目标。在早期阶段，沪士电子利用传统技术如传统铣床、传统钻机、传统堵孔生产线和传统设备来构建VeCS结构。之后，与供应商合作，生产出了更先进的设备，包括高真空灌封设备与堵孔和通孔填充设备，以匹配或优于真空层压设备。

我们目前的铣削设备、钻孔机具有非常高速的铣削以及高精准CCD视觉对准能力，其深度控制能力远超出了开发之初的水平，且工艺稳定，整个VeCS技术发展渐入佳境。

 

Johnson：也就是说，最初不需要额外的设备投资也可以进行，但如果优化设备工艺控制则更佳。

 

Dickson：是的。就如同先有鸡还是先有蛋，总要从某个点开始，然后希望设备要与技术能力相匹配并不断向前改进，软件方面也是如此。一开始，瓶颈之一是因CAD设计师从未处理过这种结构而面临挑战，他们甚至不知道如何使软件系统进行槽信号垂直连接。现在，他们中的大多数人都有能力做到这一点，能够与OEM合作，研究如何针对产品做一些微小的调整即可应用于系统，而且其中一些OEM公司已经在系统中内置了这种功能。

 

Johnson：PCB设计师也有义务从不同的角度看待制造业，包括学会如何调整CAD工具以支持VeCS？

 

Dickson：每种CAD工具略有不同。我不知道其中有多少是涉及知识产权，但我可以告诉你最终的结果是积极的。顺便说一句，那不是我的专业领域。早期应用者似乎不需要特殊的自动化工具来创建VeCS结构，相反能够利用大多数现有技术和工具，并能够围绕CAD通孔结构概念展开工作，在符合DFM规则基础上创建VeCS结构。

 

Johnson：在CAD工具方面没有太多的工作要做。

Dickson：也许在如何实现这些概念方面已经做了很多工作，一旦他们掌握了就能够很快地利用这些技术。从软件的角度来看，VeCS最难的部分是CAD操作和学习如何利用VeCS概念，而不一定是学习如何使用CAD工具。

有一块单次层压的0.35毫米×0.5毫米的HDI交叉槽interposers 板，市场上没有任何技术可以达到此类要求。然而，采用VeCS技术却很容易实现。这是一种相对传统的VeCS互连结构，但可以嵌入PCB或作为独立的模块。通过HDI中的导通孔层的布线相比，假如导通孔层用VECS代替，则会获得更优的布线密度，VeCS柱状布线的操作方法是该技术所独有的，可以制造出非常大的BGA触点，或者非常密集的小型结构。这是目前至少我见过的传统PCB所无法实现的。

对我来说，下一步重要的是这项特殊技术能被设计公司接受，开始实施VeCS和HDI以及通孔技术的集成。一旦有多家设计公司拥有，我认为就实现真正的集成了。在OEM级别，集成是孤立的，因为他们认为向这种技术转移涉及到IP。因为存在竞争，行业内的交流很有限，但设计公司正是HDI向全球化和更具可操作性过渡的必经之路 ，VeCS同样如此。当设计公司了解了VeCS的优缺点，以及了解该技术的应用领域，届时行业对于在互连结构中采用VeCS将持更开放的态度。

 

Johnson：帮助设计师了解VeCS所需知识的计划是怎样的？

 

Dickson：沪士电子与设备、工艺和材料供应商一起，形成合作团队，甚至有PCB竞争对手参与我们的合作团队，原因就是这项技术需要多个供应链资源。我们从一开始就明确这一点。沪士电子CEO对此非常开放，因为一旦VeCS技术发展成熟，就不仅仅是概念，而将涉及该技术的应用，以及如何与所有技术相适应，如何使其与作为该技术领导者的沪士电子多年来所获得的专业知识相适应。

我们已经有两年半的VeCS制造经验以及两年多的应用经验，所以并不担心会有人把这项技术从沪士电子手中夺走；恰恰相反，这项技术的竞争力越强，对沪士电子就越有利。

 

Happy Holden：可以谈谈可靠性数据吗？

 

Dickson：沪士电子正在建立自己的可靠性数据，随着时间的推移，我们会发布越来越多的数据。新冠疫情减慢了发布特定可交付成果的速度，可能要到8月或9月才能获得大批量可靠性数据。但从芯片和OEM的角度来看，他们对这项技术十分感兴趣。现在的情况是，即使有三四家供应商参与进来，我也不认为他们能涵盖所有的兴趣点。

自从HDI互连结构出现以来，行业没有任何新的进展，OEM的领导者决定大力推广HDI，介绍HDI是什么，如何实现，以及在什么情况下它有优势……当HDI首次推出时，人们认为通孔技术会被取代，但是到今天通孔技术仍然存在，而且我们还从机械钻孔结构的HDI替代品中获得了丰厚的利润。

我们可以用比HDI具有更高性价比的机械钻孔来达到15年前做梦也想不到的水平，但HDI也有其重要且适合的设计应用。现在，这两种技术在沪士电子各自发展，占PCB产量的比例中，15%为HDI，其余的是机械互连。有选择地使用高性能、高价值的工艺、低成本的材料、芯片到芯片位置更近的封装，就能实现产品的最佳价值。这就是VeCS最终的定位——介于传统技术与HDI技术之间。对于低于0.8毫米间距的大芯片，未来取代铜互连的是光纤互连，下一代芯片正试图采用光纤实现芯片到芯片的互连。

 

Holden：如果你用光学聚合物波导材料填充沟槽，那么VeCS可能也是一种实现芯片到芯片的光线连接或电线连接的便利方法。

 

Dickson：对。这个概念已经在申请专利中了。有可以通过VeCS使用的嵌入式光学器件，而且即使没有光学器件，需要看每英寸dB的损耗预算，更要看的是信号链路的长度的总损耗，这对我来说很简单。但是，SI工程师会考虑他们的预算，如果他们的芯片位置相距太远，就必须想出一种替代传统PCB的技术。我们正在寻找匹配的线缆。目标是设计出一种几乎和两个芯片点之间的单线缆一样高性能的信号结构。

目前还未实现这种结构，但那是我们的目标。如果你把它作为基准，那么在28千兆赫兹甚至56千兆赫兹的频段内仍然有很多机会，甚至到背板级结构。在你需要布线的15英寸区域里，在需要布线的15英寸的区域里仍然保持为铜线。这与目前网络和5G结构的发展路线图有很大不同。

 

Holden：我们现在需要的是关于VeCS如何改善SI的数据。对电气工程师来说，那些图表帮助他们了解如何不使用光纤互连的情况下铜线仍然能满足性能，他们不想使用光纤互连。

 

Dickson：多家OEM已经完成了仿真，也完成了结构概念，已经了解了该技术对SI的好处，但因涉及知道产权问题数据并未公开。在可靠性载体完成后，下一代或HDPUG的第二阶段将是SI，对于行业将是有价值的。但是，大多数希望在下一代产品中使用这项技术的OEM已经开始了仿真，有的已完成，有的接近完成，并利用自己的SI测试板来研究这项技术。

一旦多个OEM在批量生产中使用这项技术，业界对此的兴趣点就会爆发。但当他们应用此技术时，实现该工艺的益处并不会出现在那一代产品上，而在于下一代产品。Happy，我相信对于下面没有布线的盲孔HDI，你也有过同样的经历。对于许多设计师来说，这是一个他们无法改变的三维模式。VeCS更是因为它不仅能够做下面没有布线的深盲孔，而且它具有超密集的二维间距，不存在CAD问题，可以改变布线和禁布区域。

对于传统的CAD设计师来说，这是一个真正的模式转变。他们习惯于铜和层压板，他们不懂开槽或沿着侧壁布线。我们现在正试图用槽宽度优化VeCS走线和物理特性，这样我们就可以创建一个匹配的阻抗，比如说信号以85欧姆进入VeCS槽，沿着槽壁为85欧姆，然后再以85欧姆返回连接。这是一种颠覆性的技术，甚至在基板级技术中都没有见过。VeCS所独有的是，能够在整个互连过程中实现差分连续性并返回到另一个芯片。

 

Holden：你有没有制造过沟槽，或者它们都是机械制成的吗？

 

Dickson：现在，我们已经可以用机械的方式来做0.35毫米的交叉槽。使用或不使用激光的最大驱动力是介质的成本。如果有人愿意为非玻璃纤维增强介质买单，那么HDI或激光建造槽的概念相对容易，但我们还不需要它。如今，成本太高，无法在传统PCB中使用。但这并不意味着以后两代产品也不会采用。对于垂直平面上的平面信号来说，这是一个理想的选择，这可能对任何类型的径向互连都有利。

当我们开始启动这项技术时，我对差分信号的接地隔离以及下一代SI性能会出现什么问题一无所知。通常，你有HDR通孔，你有一个来自BGA的差分信号，它将进入PCB。如果你用的是HDI，你就要用多层来连接差分信号，而且你要在它周围建立接地屏蔽。但是这些接地屏蔽并不是实体铜的。它们是根据HDI 或BGA 的设计间隔分布的孔，GA电路或路径的间距为基础。

VeCS的优点在于可以让槽壁一直保持完全实心，只有在有两个差分信号的地方才断开。假设你要下到第8层，在第8层停止信号布线，但是接地一直穿过PCB。现在，你不仅要在信号上使用一个阻抗正确的互连，而且还要保护它不受任何寄生、RF或来自PCB中任何地方的任何类型的功率辐射影响。信号接口的三个侧面被屏蔽。如果你在每隔一行的每隔一个槽上使用VeCS，现在在另一边屏蔽了它，你几乎在电路板里放进了一个完整的法拉第笼。

此外，我知道有人试图为BGA设置多个孔，并在通孔中做HDI，而通孔只是为了构成屏蔽。但不管他们做什么，始终存在反焊盘的开窗，在开窗区域，当更高速度传输信号时就会接收到寄生信号。然而VeCS已经被其自带的屏蔽结构保护起来不会有反焊盘开窗的困扰。这是一种独特的应用——屏蔽，看起来对射频很有价值，而且对数字信号也很有价值。

 

编者注：在本文的翻译审稿过程中，我们得到了沪士电子专家的指导与帮助，特此感谢！

 

更多内容可在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》8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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