摘要

探討亞洲印制電路板（PCB）制造商在全球的技術領先地位，以及這一現象對西方制造商的影響。根據滬士公司中國區高管Joe Dickson的觀察和經驗，分析亞洲與西方PCB制造商之間的技術互補性，以及新材料，如陶瓷、玻璃和硅基板在電子封裝領域的應用前景。同時，討論PCB制造業面臨的挑戰，包括大面板加工技術、感應壓合技術、減蝕工藝的限制，以及西方各國電路板產業的困局。最后，展望PCB技術的未來發展趨勢，強調載板加工的重要性，揭示經濟高效制造的方向。

引言滬士公司是一家以亞洲為基地，下轄多個子公司的印制電路板（printed circuit board，PCB）制造商。在其服務市場，亞洲制造商已率先引入尖端的PCB制造設備和材料。關于這一現象對全球其他地區制造商的影響和意義，在亞洲PCB制造商滬士公司工作的美籍高管Joe Dickson，坦率地分享了其洞見、經驗和觀點，并基于實際情況，對PCB制造業的未來進行展望。

亞洲PCB制造商，能否與西方的PCB制造商實現技術互補亞洲PCB制造商，能否與西方的PCB制造商實現技術互補Dickson指出，通過大規模投資和對下一代技術的積極研發，滬士完全有可能與西方制造商實現技術互補。然而，對西方制造商來說，這種互補可能并不總是有意義的，因為其主要客戶群體往往追求快速、小批量的生產模式。但這種互補仍是可行的，特別是考慮到亞洲的批量供應商通常不會涉足樣板生產業務，而這正是西方制造商所擅長的。 Dickson進一步指出，西方PCB行業存在2個核心問題。首先，技術討論往往僅限于各自獨立發展的芯片和PCB領域，缺乏將兩者融合的統一藍圖。其次，更為嚴重的是，西方制造商普遍缺乏對協作生態系統的支持，缺乏與可執行高科技制造任務的亞洲制造商合作的興趣。Dickson表示，作為滬士公司的代表，其相信部分亞洲制造商愿意與美國同行分享各自的經驗和工藝知識，進而幫助產品更快地過渡到批量生產階段。滬士目前掌握的行業領先技術見圖1。

圖1滬士目前掌握的行業領先技術

針對合作可能主要是單方面受益的問題，Dickson解釋說，最初美國制造商在培訓亞洲供應商（不包括日本）制造PCB方面發揮了重要作用。滬士公司首席執行官Chris Wu也表示愿意在技術工藝信息方面進行合作。評估快捷生產技術對于整個PCB行業的生態系統都是有益的。

西方復制亞洲供應鏈的可能性

以及陶瓷、玻璃、硅基板等新材料的發展趨勢

數月前，在一場研討會上，半導體行業與美國國家航空航天局（National Aeronautics And Space Administration，NASA）共同探討在美國復制亞洲供應鏈的可能性，同時深入討論了新材料如陶瓷、玻璃和硅基板的發展趨勢。這些新材料在電子封裝領域的應用前景備受矚目。但同時，也將面臨技術和成本的挑戰。

剛性或非有機基板，如陶瓷等，對電鍍互連、層壓互連技術提出了新的挑戰。該類基板須從板上進行積層，但目前暫未開發在陶瓷上多次層壓的工藝。雖可通過燒結或熔融陶瓷，并在其上疊加多個工藝步驟的方式，實現所需的結構，但該方法成本高，且難以確保在基板內部獲得足夠的能量供應。因此，陶瓷雖有助于實現特定的外形尺寸，但考慮到訓練人工智能所需的大量數據，其高成本使得這一選擇并不實際。

有觀點認為，在未來15年內，行業將完全放棄銅和薄膜有機積層技術，這并不現實。高端封裝技術將推動下一代人工智能無人機的開發，將企業級技術應用于行業數據傳輸中時，每比特的成本至關重要。如Facebook、微軟、谷歌等行業巨頭，不太可能在其封裝中全面采用陶瓷基板，其主要原因是成本過高。相反，上述行業巨頭更傾向于選擇成本效益最高的混合電路方案，僅在合適的地方使用玻璃基板、陶瓷基板。PCB和大型封裝載板的發展也呈現出這一趨勢。

為切實有效地解決上述問題，專家指出，有2種主要的封裝解決方案：一種是單片或主板扇出技術（見圖2），另一種是載板外轉接板和模塊。

圖2單片布線（來源：Nvidia）

對比西方客戶的56層單片表面貼裝封裝載板與主板外的轉接板，可能有人說：“任何人都能制作這塊板；它有26層，其中一半是70μm銅。其余的層主要是用于電源分布的寬走線。所有的數據處理都是在這些走線網之間完成的。要在板上放置一個封裝，并將其貼裝在這里，它們之間只有少量的布線。”但大部分數據處理是在走線網之間完成的，外圍器件互連（peripheral component interconnect，PCI）的情況也是如此。截至2026年，預計在該領域會出現其他類型的連接器，但垂直和水平連接將仍是主要的處理方式。因此，單片布線可能在未來一段時間內仍將是主流設計解決方案，但隨著技術進步，這一狀況將迅速得到調整。

總體而言，雖然新材料，如陶瓷、玻璃和硅基板在電子封裝領域具有巨大的潛力，但其應用仍面臨諸多技術和成本方面的挑戰。展望未來，行業需在確保成本效益的前提下，持續探索和創新，以促進新材料的廣泛應用，實現供應鏈的多元化。

大面板加工技術應對高階封裝挑戰

滬士公司正致力于開發適用于主板或載板的2種策略，并創新了一種特定工藝，即加成法載板工藝（additive carrier processing，ACP）。該工藝旨在解決224G+大尺寸板和嚴格阻抗需求。大板尺寸為533mm×686mm或610mm×686mm，相較于傳統載板，生產大尺寸板的轉接板和模塊的加工成本效益更高。目前，滬士正在開發多級轉接板設計，并在實際應用于主板PCB之前進行測試。全加成法電路載板的方法能夠減少某些轉接板的使用，其成像能力超過減成法。該工藝有效縮小了傳統載板技術與高階PCB技術之間的工藝差距，使得重布線層（redistribution layer，RDL） 在信號完整性（signal integrity，SI）最佳的位置進行，進而減少高階載板層數量，降低生產成本。

Dickson進一步闡述了滬士使用6個HDI層壓周期來構建這些大尺寸基板的挑戰。在回顧設計階段時，Dickson意識到，采用傳統減成法HDI積層工藝，如改良型半加成制程（modified semiadditive process，mSAP）或半加成制程（semiadditive process，SAP），可加工上述結構，但無法對其完成有效檢測，影響電路板的整體良率。

在制板過程中，部件尺寸越大，其物料清單（bill of materials，BOM） 的成本影響越顯著。一個電路板經歷6次HDI層壓，子板有24層，再加上2次在533mm×610mm板上的層壓，如在內部某一層面出現開路，BOM成本將增加50%。這對大規模生產來說，是不接受的。

此外，Dickson指出，通過減成法，實現低于7%的阻抗公差具有挑戰性，而5%的阻抗公差正迅速成為行業標準。加成法電路因其與CAD數據和走線寬度相同，能夠更輕松地修改。目前，滬士具備半加成法和全加成法的生產能力，可根據應用需求和具體情況靈活選擇方案，如滿足超低熱膨脹系數（coefficient of thermal expansion，CTE）的球柵陣列（ball grid array，BGA）封裝需求。

Dickson強調，滬士需開發一種新的工藝，該工藝可在離線狀態下完成走線和檢測工作，并確保在層壓前具備完全的功能性。這樣，才能利用激光穿透各層，實現層與層之間的連接，進而提升工藝的可靠性。滬士在通孔連接方面的CpK值較高，但mSAP和SAP的RDL布線CpK值可能較低，這是減成法加工中鮮為人知的缺陷之一。

在制造過程中，為提供更好的質量保證，工藝的不斷進步至關重要。但同時，工藝改進導致成本大幅上升。對線寬50μm、線距50μm的走線，這類工藝不應僅限于投資高達10億美元的中等批量工廠中生產，而應更適合較少數量的高階板，以便從芯片擴展出間距。滬士將這種工藝稱為“加成法電路載體加工”或“已知良好層”。這一工藝是大型載板和PCB主板發展路線圖的重要組成部分。

“已知良好層”是什么？

是否已被制造商廣泛采用

“已知良好層”（known good layer）這一術語實際上借鑒自“已知良好芯片”（known good die）的概念。由于芯片的制造成本極高，這種方法在芯片制造過程中被廣泛應用。芯片非常小，一個晶圓上通常包含許多芯片。制造商會對這些芯片進行測試，移除有缺陷的芯片，并用良好的芯片進行替換，從而確保制造出來的最終產品為“已知良好芯片”。通過這種方法，僅完成整個晶圓容量中的良好芯片部分，最大限度地降低了由于缺陷芯片導致的成本影響。

類似的邏輯也被應用到滬士公司采用的“已知良好層”積層與芯材工藝中（見圖3）。

圖3PCB 轉接板

Dickson解釋說，在PCB 大型板加工中，預先了解層內的信號是否良好，至關重要。這意味著在將信號放置到電路板上之前，必須確保信號的完整性和質量。由于PCB加工過程中所使用的材料成本較高，如不預先檢查材料和信號，后續的制造過程將面臨巨大的風險。通過采用“已知良好層”的方法，可有效降低風險，確保后續的制造流程更加高效且成本可控。

感應壓合技術

滬士公司已采用感應壓合機長達25年。特別是在汽車領域，滬士用感應壓合機制造非常厚的四層板，這種工藝適合對平整度要求不高的應用。由于物理上缺乏較厚的層壓鋼板（圖像轉移），通常通過優化表面層解決問題，但其運行成本相對較低。

滬士公司擁有一套能夠旋轉銅箔并將加載的疊層堆疊在一起的設備，在疊層之間放置不銹鋼板。雖然該工藝的應用范圍有限，但其性能較為優越。此外，滬士的層壓機配備了超過10個開口，這使其利用熱油和厚壓板的優勢，在保持高產量的同時，實現高效的生產。

在大規模生產中，感應層壓技術并不常見，尤其對批量生產的制造商來說，這并不是優先考慮的技術，但該技術較為適合小批量、高階的單次層壓疊層。如需為高階機器人LiDAR構建60層的混合板（見圖4），熱油和厚壓板必不可少，需采用高產能的壓機來完成。

圖4針對0.45~1.0mm間距的高階HDI和機械PCB互連解決方案（來源：滬士）

減成法蝕刻工藝的現實與限制

加成低輪廓銅技術通過電鍍形成完全加成的低輪廓銅，非常規銅箔，該項技術正處于快速進步階段。如采用傳統的減成法蝕刻技術，則較難在低輪廓銅箔上實現50μm的線寬和線距，這并非由于蝕刻能力不足。

滬士擁有高效的氣體蝕刻、真空蝕刻能力，可在銅的頂部和底部進行有效蝕刻。但光滑的低輪廓銅箔與介質的粘附性較差，尤其是在制造914 mm×220mm（36英寸×48英寸）等大尺寸薄板時，粘附性差的問題將影響芯板的結合和積層技術。此外，走線下的玻纖束可能導致結合不良，引發側蝕現象。不僅影響蝕刻分辨率，更會影響整體良率，包括線路從上到下的變化，線路側面的侵蝕。盡管通過減成法工藝，可生產出線寬和線距小于60μm的PCB，但目前，滬士采用的是載體技術，先制造載體，處理完畢后進行封裝，可使信號處理在封裝后更加簡便。

在這種結構下，BGA中的電源分布面臨重大挑戰。特別是在節距小于0.9 mm的BGA中，使用薄銅作為電源層時，無論是18、35μm（1/2、1oz） 還是70μm（2oz）的銅，都會遇到問題。

由于互連的高密度和小間距，70μm的銅網在向BGA內部分配電源時成為主要的限制因素。對大尺寸BGA封裝，這一問題顯得尤為突出。例如，一個多排列焊球的BGA，其電源層可能由尺寸為35μm或70μm的銅箔構成，通過這些區域到達連接的可用電流通道，受銅箔（即電源層網）寬度和厚度限制。Dickson指出，他觀察到當前大多數GPU的電源需求約為700W，使用0.9mm間距的BGA。在更小的間距（小于0.9mm）條件下，滬士能夠實現接近2000W的功率輸出。該項技術的開發耗時近3年，同時有4家合作伙伴共同參與設備、材料和工藝測試。

Dickson詳細解釋了銅厚度對分辨率和電流承載能力的影響。18μm的銅雖然能提供高分辨率，但由于厚度不足，導致電流承載能力有限。使用35 μm銅時，電流承載能力提高，但分辨率下降。

70μm銅的使用則導致更嚴重的分辨率損失。即使在70μm銅上使用真空蝕刻，分辨率下降的現象依然存在。實際上，從70μm轉向105μm銅并不值得，因為減成法蝕刻后的差異幾乎相同。35μm和70μm銅網中的實際銅質量差異并不明顯。

為了不損失與銅厚度無關的網寬，滬士開發了一種新的方法，這不僅需要新的制造設備和工藝，還需與主要層壓板供應商合作，開發“液態半固化片”（liquid prepreg）。該材料不僅用于滬士的電源解決方案，還用于封裝無源元器件和耐CTE材料。目前，滬士在亞洲已經擁有一家成熟的供應商，以及兩家正在研發這項技術的供應商。

Dickson還提到，對224GHz及以上頻率的應用，保持通孔連接的低介電常數（Dk）至關重要。其他大多數技術為了實現這一點，須在電源層中使用高端的SI材料。而滬士采用FR-4材料，在通孔附近仍能維持較低的介電常數。

使用減成法電源工藝，通常需要堆疊多個冗余電源層，以滿足電源工程師對大銅面積的需求。滬士通過實現BGA內部的高分辨率電源網絡，能夠減少冗余層數，降低封裝厚度。這項工藝能夠實現0.9mm節距的105μm高分辨率網絡，未來技術預計可以將節距縮小至0.6mm或0.7mm，在保持相似或更優電源分布的同時提高成本效益和整體性能。

Dickson指出，減成法電源層技術面臨的一個主要挑戰是降低孔到金屬（D2M）距離，可能會造成導電陰極絲（conductive anodic filamentation，CAF）通過玻璃束，進而引發故障。這種故障通常在2種金屬之間距離過近，且玻璃纖維之間存在分離、裂紋或空腔的情況下發生。經過熱循環后，有時會形成一條路徑，一旦建立路徑，如果金屬之間存在偏壓，可能會發生短路。這是D2M技術在行業中面臨的最主要問題，即孔與金屬特征之間的距離問題。須消除玻璃路徑的可能性，確保金屬更靠近孔。否則，將無法縮小節距，或徹底改變互連方式。如現場故障少，或許不會出現嚴重問題，但當單個電路板上出現這種情況，無篩查手段可預測同一批次其他板是否會出現同樣的問題。供應商對“召回”這個詞極為敏感。

HDI層對CAF（銅遷移）的影響雖不顯著，但在子板的通孔中仍然存在。HDI的間距常為55~100μm，而高階供應商的D2M值（孔到金屬距離）變化較小，通常為0.20~0.25μm，具體取決于功率和應用的不同。滬士采用機械手段，沿玻纖路徑，消除鉆孔與最近反焊盤的間距，再使用液體半固化片回填。這種半固化片是一種可印刷的介質材料，通過高真空度涂布機涂布，其傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR）與層壓板一致，但不含玻纖，且填充物更多，具有CTE優勢。因此，D2M可縮小至約0.13mm。如需實現0.60mm的節距，可通過優化信號處理和電源來實現。

西方國家電路板產業困局

在當前的市場格局中，西方國家電路板產業主要服務于國防和一些樣板領域。亞洲與西方之間技術性能差距正在不斷拉大，當商業產品的性能顯著超越現有的軍事產品時，這將成為一個重大的技術挑戰。部分國家試圖通過政府立法和資金支持來應對這一挑戰，但從更廣泛的角度看，這并非是最合理的解決方案。Dickson認為，應將重點放在技術、芯片和軟件的實際區分上。實際上，一張簡單的包含剖面切片PCB技術的X射線圖片就能揭示電路板的所有技術細節，而這一點與其制造地點無關。

隨著過去三十年的產業轉移，西方國家如美國產生了大量的廢棄或閑置工業用地，即所謂的“棕地”。未來或許會看到更多對專屬工廠的投資，但小型加工廠不會競逐大型商業項目。對此，Dickson表示同意，并強調在投資方面需要更加坦誠和務實，投入到真正需要的地方，而不僅僅局限于少數幾家公司。韓國和越南正在大力資助先進封裝技術，視其為獲得市場份額的重要途徑。隨著這些國家的大規模投資，這些工廠將具備巨大的產能，而美國在建造技術水平較低的設施上將逐漸失去競爭力。這種局面不符合任何國家的利益。

Dickson還提到，如英特爾、AMD等公司表示，確保安全的唯一方法是制造保密的芯片，并在美國保護知識產權。Dickson對此表示贊同，并指出這是高層面臨的問題。然而，他指出，目前沒有聽到有人提出“我們需要在美國制造電源”，盡管電源在整個制造過程中是至關重要的部分，能夠直接影響產品的成敗。但西方在電源類產品上完全沒有競爭力，所以最好的辦法是，以低價購買可靠的電源，并將其集成到產品中。

綜上所述，Dickson認為，未來PCB技術的下一個重大趨勢是轉向封裝載板加工。只有極為關鍵的分層部分需要在高成本、高性能的工廠中完成，而大部分制造將依然向更加經濟高效的方向發展。（印制電路信息、電子首席情報官）