黃建忠 舒 明

（重慶方正高密電子有限公司，重慶 401332）

1 背景

圖1

服務(wù)器（Sever），也稱(chēng)伺服器。服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高性能計(jì)算機(jī)，它偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)（客戶(hù)機(jī)）提交的服務(wù)請(qǐng)求，并提供相應(yīng)的服務(wù)，為此，服務(wù)器必須具有承擔(dān)服務(wù)并且保障服務(wù)的能力。它的高性能主要體現(xiàn)在高速度的運(yùn)算能力、長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)行、強(qiáng)大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力等方面。

根據(jù)賽迪顧問(wèn)（CCID）發(fā)布的《2012~2013年度中國(guó)x86服務(wù)器市場(chǎng)研究報(bào)告》來(lái)看，2012年中國(guó)x86服務(wù)器市場(chǎng)銷(xiāo)量及銷(xiāo)售額分別達(dá)到119.20萬(wàn)臺(tái)和217.40億元，比2011年分別增長(zhǎng)17.8%和18.6%，特別值得關(guān)注的是2012年四路以上服務(wù)器銷(xiāo)售額增長(zhǎng)幅度達(dá)到70%，保持高速增長(zhǎng)（見(jiàn)圖1）。

2 現(xiàn)主流高端四路x86服務(wù)器

IBM System x3850 X5，單臺(tái)System x3850 X5配備了4個(gè)處理器插槽以及多達(dá)64個(gè)DIMM內(nèi)存插槽，通過(guò)MAX5內(nèi)存擴(kuò)展可擴(kuò)展到96個(gè)DIMM內(nèi)存插槽，存儲(chǔ)方面，System x3850 X5配備了8個(gè)靈活的熱插拔存儲(chǔ)器，使用eXFlash技術(shù)時(shí)最多可擴(kuò)展至 16 個(gè) SSD，并集成了雙端口Emulex 10 Gb虛擬光纖網(wǎng)適配器。

HP ProLiant DL580 G7采用英特爾E7-4800處理器，標(biāo)配32個(gè)DIMM內(nèi)存插槽，最大可擴(kuò)充到64個(gè)DIMM內(nèi)存插槽。HP 4S架構(gòu)、全新的2TB內(nèi)存容量、10 Gb網(wǎng)卡升級(jí)選項(xiàng)、最多11個(gè)I/O插槽和先進(jìn)的管理解決方案，讓該系統(tǒng)更加適用于虛擬化應(yīng)用。

Dell PowerEdge R910是一款高性能4插槽4U機(jī)架式服務(wù)器，配備英特爾至強(qiáng)E7處理器，提供64個(gè)DIMM內(nèi)存插槽，內(nèi)存可擴(kuò)展至最高2 TB，它具備內(nèi)置可靠性與可擴(kuò)展性，適用于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序。存儲(chǔ)方面可選用16塊2.5英寸（SFF）6 Gbps（向下兼容3 Gbps）SAS熱插拔驅(qū)動(dòng)器安裝位，支持傳統(tǒng)SAS、SATA硬盤(pán)或者SSD（固態(tài)硬盤(pán)），用戶(hù)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)擴(kuò)展，并支持RAID 6陣列組件。網(wǎng)絡(luò)接口方面，R910集成了4個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)接口。以上三個(gè)服務(wù)器如圖2。

圖2

隨著云計(jì)算技術(shù)的逐漸成熟和落地，為服務(wù)器市場(chǎng)的崛起提供了最適合的土壤。以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)為標(biāo)志的全新IT時(shí)代推動(dòng)著服務(wù)器技術(shù)和市場(chǎng)的變革。未來(lái)隨著虛擬化、云計(jì)算、桌面云、大數(shù)據(jù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用和高性能運(yùn)算等應(yīng)用熱點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展，于是四路和四路以上的高端服務(wù)器日漸進(jìn)入大眾視野（見(jiàn)圖3）。

圖3

從整個(gè)服務(wù)器的發(fā)展歷程我們不難看出，高速、大容量、云計(jì)算、高性能的服務(wù)器不斷發(fā)展，同時(shí)對(duì)PCB的設(shè)計(jì)也隨之不斷升級(jí)，如高層數(shù)、大尺寸、高縱橫比、高密度、高速材料的應(yīng)用、無(wú)鉛焊接的應(yīng)用等等。隨著高端服務(wù)器的發(fā)展，對(duì)于PCB的層數(shù)要求也隨之越來(lái)越高，從之前1U或2U Sever的4層、6層、8層主板發(fā)展到現(xiàn)在4U、8U Sever的層數(shù)16 L以上，背板則在20 L以上，由于層數(shù)的增加從而對(duì)PCB制造商的整體加工能力有了更高的要求。

3 PCB在高端服務(wù)器中的應(yīng)用

首先就普通高端服務(wù)器中主要用到的PCB做一個(gè)大概的羅列（見(jiàn)圖4）。

圖4

（1）背板，用于承載各類(lèi)line cards的載體，背板的層數(shù)通常大于20L，板厚在4.0 mm以上，縱橫比大于14:1，同時(shí)伴隨著x-cede著press fit hole及backdrill的設(shè)計(jì)；

（2）LC的主板通常的層數(shù)在16L以上，板厚在2.4 mm以上，0.25 mm的via hole的設(shè)計(jì)，外層線路設(shè)計(jì)通常在0.1 mm/0.1 mm及以下，同時(shí)對(duì)信號(hào)損耗有著一定的要求；

（3）LC以太網(wǎng)卡，層數(shù)在10L及以上，板厚在1.6 mm左右，GF、HDI+POFV等設(shè)計(jì)；

（4）Memory card因受面積限制，通常層數(shù)在10L以上，Plus 3 HDI+IVH設(shè)計(jì)，線路密度設(shè)計(jì)為0.1 mm /0.1 mm及以下；

由上看出，構(gòu)成整個(gè)高端服務(wù)器的PCB基本上包括了背板、高層數(shù)線卡、 HDI 卡、 GF 卡等，基本覆蓋了除FPCB外的所有產(chǎn)品。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在高層數(shù)，高縱橫比，高密度及高傳輸速率。

4 PCB制作的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

如下將針對(duì)于如上幾個(gè)特點(diǎn)在PCB領(lǐng)域的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行逐一的概述，以Dxxx客戶(hù)的其中一款高端服務(wù)器為例。

4.1 背板

24L高速背板采用IT-150DA高速材料，backdrill stub要求±0.1 mm（其深度部分超過(guò)3.5 mm）（見(jiàn)圖5）。

圖5

從實(shí)際的PCB制作情況來(lái)看，主要缺陷的集中見(jiàn)圖6所示。

圖6

由于tight stub公差，背鉆不良占整個(gè)報(bào)廢的60%，由此引申出對(duì)整體板厚均勻性的管控、各層介質(zhì)厚度的控制、背鉆控深精度的管控等。相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施如下：

（1）板厚及介質(zhì)均勻性：采用對(duì)稱(chēng)stackup、對(duì)稱(chēng)的殘銅率、（在客戶(hù)允許的前提下）在空曠區(qū)域添加dummy pad、調(diào)整border resin channel design等；

（2）背鉆控深精度：背鉆機(jī)臺(tái)深度能力的校正、壓腳及負(fù)壓控制、背鉆區(qū)域的板厚及介質(zhì)厚度的區(qū)分、背鉆coupon設(shè)計(jì)與單元內(nèi)的匹配性等；

（3）內(nèi)短及層偏：由于背板的整體尺寸較大，基本上為1單元/Panel，從而對(duì)整個(gè)板材的尺寸穩(wěn)定性、照片尺寸控制、曝光對(duì)位及層壓疊層、層壓壓合方式調(diào)整方面做相應(yīng)的調(diào)整；除此之外，內(nèi)層走線設(shè)計(jì)較長(zhǎng)帶來(lái)的內(nèi)短及內(nèi)斷，可以從內(nèi)層芯板前處理的表面清潔、蝕刻均與性、內(nèi)層蝕刻后的AOI全檢、運(yùn)載工具、壓合組合車(chē)間的清潔、銅屑的控制方面做一定改善，同時(shí)可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)控對(duì)準(zhǔn)度的coupon進(jìn)行監(jiān)控，鉆孔后可以通過(guò)X-Ray機(jī)檢查coupon的對(duì)位情況；（特別注意高層數(shù)板的同心圓設(shè)計(jì)的調(diào)整，以免在層壓后出現(xiàn)識(shí)別困難或無(wú)法識(shí)別的情況）。

除以上問(wèn)題外，背板面臨的比較常見(jiàn)的問(wèn)題，包括鉆孔披鋒、孔銅控制、成品孔徑管控等等，牽涉到各個(gè)工序系統(tǒng)面的參數(shù)及改善。

4.3 16L高速線卡主板，采用IS415材料并有Set2dil要求（圖7）

圖7

從實(shí)際的PCB制作的情況來(lái)看，主要的缺陷集中見(jiàn)圖8所示。

圖8

線卡主板與背板的部分缺陷問(wèn)題相同或相似，包括內(nèi)短、內(nèi)斷及層偏等，但線卡在外層設(shè)計(jì)細(xì)密線路的特點(diǎn)，從而帶來(lái)的對(duì)銅厚及外層蝕刻的挑戰(zhàn)，其缺陷主要體現(xiàn)在外斷、夾膜及外短等。應(yīng)對(duì)措施：主要從外層電鍍銅厚的控制、電鍍均勻性、外層蝕刻均勻性、一銅和二銅的分配、外層干膜（厚度）的選擇等方面進(jìn)行管控。

4.3 10L Plus 2 HDI PCI card (GF),18L plus 3 HDI memory card

采用高速材料并有set 2 dil要求，其中18L memory card有銅填孔設(shè)計(jì)，且在次外層有阻抗控制（圖9）。

圖9

由于HDI的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，除了普通多層板出現(xiàn)的問(wèn)題外，在制作過(guò)程中容易發(fā)生的問(wèn)題集中在：微導(dǎo)通孔斷踣、通盲對(duì)位的不匹配、多次壓合帶來(lái)的可靠性問(wèn)題、銅填孔及減銅VS阻抗控制等；如下主要針對(duì)于HDI常見(jiàn)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行粗略的概述：

（1）微導(dǎo)通孔斷路問(wèn)題，主要從PP的選擇、激光能量、Via孔大小、介質(zhì)厚度管控、電鍍PTH方式選擇（水平或垂直）、電鍍貫孔能力及藥水流動(dòng)性、FA監(jiān)控等；

（2）通盲不匹配問(wèn)題：通孔VS盲孔對(duì)位方式、通孔VS盲孔漲縮及使用比例、通孔VS盲孔annular ring大小方面進(jìn)行協(xié)調(diào)；

（3）多次壓合帶來(lái)的可靠性問(wèn)題：主要從材料的可靠性、壓合條件等方面進(jìn)行改善；

（4）銅填孔及減銅VS阻抗控制問(wèn)題: 通過(guò)藥水的研究及調(diào)整、鍍銅均勻性、底銅的調(diào)整、減銅的均勻性以及優(yōu)化阻抗設(shè)計(jì)方面進(jìn)行；

從如上的main boards發(fā)現(xiàn)，高速材料（Low Dk/Df）材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在高端服務(wù)器上，就高速材料在PCB制作過(guò)程中容易出現(xiàn)的ICD及Pull away、分層問(wèn)題做如下探討：

ICD就發(fā)生的類(lèi)別可以分為化銅型ICD及膠渣型ICD，pull away 可分為化銅型和內(nèi)層連接型（見(jiàn)圖10）。

對(duì)于ICD及pull away我們可以從：鉆孔參數(shù)的優(yōu)化，等離子體去除膠速率和效果的監(jiān)控、以及使用與材料吸附和結(jié)合性能優(yōu)異的PTH藥水方面進(jìn)行改善；對(duì)于連接型pull away主要可以從設(shè)計(jì)方面進(jìn)行優(yōu)化，如在內(nèi)層添加非功能盤(pán)以增強(qiáng)其附著力。

爆板分層：除了普通的氧化分層外，對(duì)于高速材料來(lái)看，爆板分層主要分為T(mén)hermal pad位置分層和≥68.6 μm厚銅位置的分層；除此之外，由于高速材料本身的材料特性，比較容易吸濕，從而容易產(chǎn)生PP水汽導(dǎo)致的分層（見(jiàn)圖11）。

圖10

圖11

應(yīng)對(duì)措施：（1）聯(lián)合板材供應(yīng)商從樹(shù)脂的含浸性及填料方面做一定的優(yōu)化；（2）PP儲(chǔ)存環(huán)境的管控及使用前的抽濕等；（3）鉆孔參數(shù)、壓合參數(shù)、烤板條件及除膠參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整；（4）除此之外，stackup設(shè)計(jì)方面盡可能避免使用spread glass fi bre在厚銅位。

當(dāng)然高速材料的應(yīng)用，伴隨著高速信號(hào)的要求。根據(jù)不同的最終客戶(hù)，對(duì)信號(hào)集成目前主要有三種方式進(jìn)行測(cè)量，包括Intel主導(dǎo)的SET2DIL，cisco主導(dǎo)的VNA以及IBM主導(dǎo)的SPP三種方式。雖然設(shè)計(jì)和測(cè)量方法有所差別，但原理和測(cè)試結(jié)果基本上相差不大（見(jiàn)圖12）。

為了到達(dá)客戶(hù)對(duì)信號(hào)集成的要求，PCB在stackup中材料的選擇，包括薄芯、PP以及銅箔類(lèi)型方面有著特定的要求，如0.125 mm的薄芯按照傳統(tǒng)的要求將采用2116*1的結(jié)構(gòu)，但如果有信號(hào)集成要求，顯然會(huì)對(duì)信號(hào)損耗產(chǎn)生比較大的影響，一般客戶(hù)都會(huì)采用1078*2或1086*2的結(jié)構(gòu)；同時(shí)相鄰層的PP也要求采用1037、1067、1078、1086等spread glass fibre代替?zhèn)鹘y(tǒng)的106和1080；同時(shí)對(duì)內(nèi)外層銅箔的profile也有一定的要求，目前已經(jīng)從之前的STD、THE向RTF、VLP發(fā)展，目前普遍的高速PCB要求采用RTF銅箔，部分已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用VLP銅箔以減少信號(hào)在傳輸時(shí)產(chǎn)生的loss。

除以上一般普通企業(yè)型的高端服務(wù)器外，各服務(wù)器制造商針對(duì)于特殊的政府領(lǐng)域、國(guó)防或軍事領(lǐng)域、銀行等金融機(jī)構(gòu)、以及大型企業(yè)推出定制服務(wù)，從而在功能及設(shè)計(jì)方面有著更高的要求。主要體現(xiàn)在如下幾方面：

背板：層數(shù)≥30 L、板厚≥6.0 mm（甚至到達(dá)8.0 mm）、縱橫比≥18:1、定位目標(biāo) D2M≤±0.175 mm、 Backdrill Stub公差≤±0.125 mm、阻抗公差±8%、高速材料應(yīng)用等；除此之外，部分背板外層出現(xiàn)SMT pad或BGA設(shè)計(jì)，已經(jīng)從傳統(tǒng)的只壓接方式向表面貼片及無(wú)鉛安裝進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而對(duì)背板的可靠性有了更高的要求；

線卡：層數(shù)≥20 L、板厚≥3.2 mm（甚至到達(dá)4.0 mm）、縱橫比≥14:1、Tight registration D2M≤±0.125 mm、ZBC≤0.05 mm、via Backdrill Stub公差≤±0.125 mm、阻抗公差±8%、高速材料應(yīng)用等；除此之外，外層0.075 mm/0.075 mm fine line、密BGA Pitch（從0.8 mm向0.65 mm，甚至0.5 mm進(jìn)行發(fā)展），同時(shí)1.0 mm BGA背鉆過(guò)兩線，0.8 mm &0.65 mm BGA過(guò)一線已經(jīng)成為主流；同時(shí)隨著設(shè)計(jì)難度的增加，PCB生產(chǎn)廠家采用孔電鍍解決外層銅厚及外層細(xì)密線路問(wèn)題，skip via代替2 step staked via的多次壓合工藝進(jìn)行應(yīng)對(duì)；

此外，日益競(jìng)爭(zhēng)激烈的PCB制造業(yè)，伴隨著高成本的物料并結(jié)合客戶(hù)對(duì)PCB采購(gòu)成本的要求，從線路布設(shè)及信號(hào)設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了普通FR4+Low loss材料混壓的設(shè)計(jì)，從而對(duì)漲縮、對(duì)準(zhǔn)度及可靠性方面有著更高的挑戰(zhàn)；同時(shí)厚銅在背板及線卡疊構(gòu)中的應(yīng)用也越來(lái)越普及。

圖12

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

隨著8U、16U及以上的高端服務(wù)器逐步推出，儲(chǔ)存器產(chǎn)品及路由交換機(jī)產(chǎn)品也相應(yīng)不斷發(fā)展（見(jiàn)圖13）。

同時(shí)對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、超大容量及高可靠性的要求，對(duì)PCB的整體制造工藝將面臨新一輪的挑戰(zhàn)。

圖13

未來(lái)PCB發(fā)展將朝著如下方面進(jìn)一步發(fā)展：

更高層數(shù)；更高密度、縱橫比；更tight tolerance及registration；更高速的材料及Lower signal loss；更嚴(yán)苛的Assembly條件及可靠性；更復(fù)雜的疊構(gòu)：如埋容，埋阻及嵌入有源元件等；激光在PCB行業(yè)的廣泛應(yīng)用，包括成像、激光蝕刻、激光修整及激光測(cè)試；噴墨打印技術(shù)在PCB防焊及抗蝕（鍍）劑方面的應(yīng)用；納米技術(shù)在PCB基板及PCB制作過(guò)程中的應(yīng)用。