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145特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛EGS平台服务器主板高速材料不对称混压翘曲分析 Paper Code:S-041 张志超 彭镜辉 黎钦源 李运宗 莫辅仁（广州广合科技股份有限公司，广东 广州 510730）摘 要 传统PCB叠层设计中，各层使用同一种材料对称压合，随着Intel Eagle Stream平台（以下简称EGS）和Genoa产品推出，各信号层传输速率变的越来越快，需要损耗更好的材料才能满足信号传输需求，材料等级升高对PCB制作成本也随之增加;PCB各层因信号线线长不同，信号线较短层可使用较低等级材料，信号线较长层使用较高等级材料，通过长信号线搭配高等级材料，短信号线搭配低等级材料，实现较低的材料成本来满足PCB板所有信号层均能满足信号传输要求。不同等级材料混压因树脂类型差异在层压完成后，存在不同材料收缩差异导致板翘曲问题，给PCB板厂制造及PCBA贴片厂带来极大品质风险，探究不同材料混压对板翘曲影响分析，通过叠层设计来预防和减小板翘曲问题将变得尤为重要。关键词 EGS；高速服务器主板；材料不对称混压；热膨胀系数；翘曲度 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2023）增刊-0145-12 High speed material asymmetric mixed pressure warping analysis of EGS server motherboardZhang Zhichao Peng Jinghui Li Qinyuan Li Yunzong Mo Furen Abstract In the traditional PCB stack-up design,each layer is symmetrically pressed with the same material.With the launch of Intel Eagle Stream platform(hereinafter referred to as EGS)and Genoa products,the transmission rate of each signal layer changes faster and faster,and materials with better loss are needed to meet the demand for signal transmission.The cost of PCB production increases with the increase of material grade.The short layer of the signal line can use lower grade materials,and the longer layer of the signal line can use higher grade materials.By combining high grade materials with the long signal line and low grade materials with the short signal line,the lower material cost can be achieved to meet the signal transmission requirements of all signal layers of the PCB board.Different grade material mixed pressure after completion of the lamination by different resin types and different material shrinkage differences lead to plate buckling problems,bring to the PCB factory manufacture and PCBA SMT factory quality risk.Exploring the different material mixed pressure influence on plate buckling analysis,and design by lamination to prevent and reduce the plate warping problem will become particularly important.Key words EGS;High-Speed Server Motherboard;Asymmetric Material Mixed Pressure;Coefficient of Thermal Expansion;Warp Degrees2023春季国际PCB技术/信息论坛146特种印制板制造技术 Special PCB technology0 前言服务器CPU架构包括X86、ARM和MIPS等，X86是当前服务器CPU主流架构，几乎占据当前服务器全部市场份额，代表厂商为Intel和AMD；Intel在服务器市场历史深厚，全球CPU市占率约95%，未来几年Intel仍有望保持行业龙头地位，围绕其CPU平台的升级是影响服务器硬件产业链周期性变化的关键因素。表1 服务器主板CPU架构选择Intel CPU+芯片组总线构成不同的CPU平台，如今已推出Brickland、Grantley、Purley、Whitley、Eagle Stream（以下简称EGS）以及下一代Birch Stream平台;Whitley及之前平台服务器板已实现量产，EGS平台产品目前已实现中小批量生产，至2023年订单量将达到顶峰。EGS平台服务器主板主要使用Ultra Low Loss（以下简称ULL）等级材料，少部分使用Low Loss（以下简称LL）等级材料，材料可选窗口较宽广。表2 Intel 插损参考标准随着服务器更新换代，对应PCB主板层数越来越高，线距、孔径、背钻pitch越来越小，微盲孔、Skip via、树脂塞孔、VIPPO工艺在EGS平台开始大量应用，加工工艺也发生显著变化；通过Whitley平台和EGS平台加工工艺对比，EGS架构架构 参与者参与者 说明说明 X86 国外 Intel、AMD IntelIntel：长期占据全球服务器芯片市场约95%份额,Xeon(至强)系列;AMDAMD：致力于X86高端服务器,拥有Zen系列。国内 海光、兆芯、申威 海光:海光:中科曙光控股,与AMD公司联合研制ZEM架构CPU,CPU暂时仅限大陆的超级计算机使用;兆芯兆芯:国资控股公司,通过台湾VIA公司获得X86架构授权,完全自主研发KX-6000系列,上升趋势良好;申威:申威:负责研发单位是江南计算机隶属军方研究机构(总参56所),是神威.太湖之光背后架构。ARM 国外 高通、Cavium、Amazon 高通高通:全球3G、4G和5G领先企业,基于ARM架构定制的微处理器内核;CaviumCavium:多核MIPS和ARM处理器供应商,处理器广泛应用于网络/通讯等领域的安全产品;AmazonAmazon：收购以色列Annapurna Labs，基于arm架构,推出自研Graviton2处理器。国内 华为海思、飞腾 华为海思:华为海思:基于ARM架构;飞腾(中国长城):飞腾(中国长城):源自国防科大,专注ARM架构,服务于“天河”系列计算机,达到世界主流水准。MIPS 龙芯中科 龙芯:龙芯:源于中科院计算所,立足党政军市场,助力“北斗”卫星。T Ty yp pe e 使使用用平平台台 4 4 G GH Hz z 8 8 G GH Hz z 1 12 2.8 89 9 G GH Hz z 1 16 6 G GH Hz z Mid-Loss Stripline 主要 Purley 0.65 1.16 1.74 2.1 Microstrip 次要 Whitley 0.69 1.27 1.93 2.32 Low-Loss Stripline 主要 Whitley 0.5 0.85 1.25 1.49 Microstrip 次要 Purley Eagle Stream 0.58 1.05 1.58 1.89 U ltra Low Loss Stripline 主要 Eagle Stream 0.35 0.58 0.83 0.96 Microstrip 次要 Birch Stream 0.55 0.99 1.48 1.78 Ultra Low Loss2 Stripline 主要 Birch Stream 0.31 0.48 0.65 0.77/次要 Eagle Stream/147特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛平台产品增加了三个减铜工序，一个加铜工序，对外层铜厚均匀性有较大影响，外层线路制作难度大大增加，若因混压导致板翘曲，外层线路一致性将更不好控制，保证混压板不出现板翘曲问题是做好外层阻抗的基础。Whitley平台主要流程：前工序压合机械钻孔沉铜、电镀背钻外层图形后工序。EGS平台主要流程：前工序压合减铜激光盲孔机械钻孔沉铜、电镀背钻树脂塞孔减铜2树脂研磨沉铜、电镀2外层图形后工序。表3 D*客户服务器主板信息表4 D*客户EGS&Genoa服务器主板项目关键技术要求图1 EGS平台PCB各类孔关系图项项目目 WWh hi it tl le ey y E Ea ag gl le e S St tr re ea am m B Bi ir rc ch h S St tr re ea am m 纯纯压压 混混压压 纯纯压压 混混压压 层数 12/14 18/22 12/14/16/18 18/22 14/16/18/22 板厚(mm)1.82.2 2.42.8 1.82.6 2.62.9 1.93.1 最小孔径(mm)0.25 0.25 0.2 0.2 0.2 背钻孔径(mm)0.45 0.45 0.4 0.4 0.4 厚径比 7.18.4 8.411.2 8.913 1314.5 9.515.5 BGA背钻pitch 1.0 mm 0.99 mm 0.94 mm 0.94 mm 0.94 mm 树脂塞孔 无 少部分有 大部分 有 全部有 全部有 VIPPO 无 少部分有 大部分 有 大部分 有 全部有 微盲孔 无 无 大部分部有 全部有 全部有 Skip Via 无 无 大部分部有 全部有 全部有 线宽/间距 3.5/4 3.5/3.5 3.5/3.0 主选材料 ML/LL ML+LL LL/VLL/ULL VLL+ULL/VLL+ULL2 VLL/ULL/ULL2 工艺工艺 背钻 树脂塞孔 Skip Via VIPPO 微盲孔 材料不对称 铜箔不对称 数量数量 25 17 6 5 4 2 2 占比占比 100.0%68.0%24.0%20.0%16.0%8.0%8.0%VIPPO:Via in pad plated over,可设计成微盲孔,也可设计成机械钻孔,机械钻孔需要做树脂塞孔,孔在焊盘上需要被铜覆盖,孔径范围0.076 mm0.305 mm。微盲孔:孔径0.076 mm0.127 mm,1穿2层盲孔 Skip Via:孔径0.152 mm0.305 mm,1穿3层或者1穿4层盲孔2023春季国际PCB技术/信息论坛148特种印制板制造技术 Special PCB technologyEGS平台服务器主板中，不同机种服务器主板材料可选窗口较宽广，同一机种服务器主板可根据各层信号线中不同线长选择不同等级材料，对于高速信号线线长较长层，可选择高等级材料如ULL或ULL2，对于电源层或者高速信号线线长较短层，材料选择LL或Very Low Los（以下简称VLL）等级材料即可。图2 某客户EGS平台主板各层材料选择实例通过两种材料设计叠层可有效降低材料使用成本，带来的技术难点主要有三个：1）不同等级材料因压合后热收缩不同，会出现板翘曲问题，加大PCB层压后工序加工及PCBA贴装质量管控难度；2）不同材料会因树脂兼容性较差容易出现分层问题；3）两种材料因除胶时间不同，容易出现除胶不足导致互连分离或者除胶过度导致孔壁质量较差。后两项目前暂无很好解决方案，只能通过选择两种兼容性较好材料测试评估确认，文章主要研究两种材料混压板翘曲产生机理及给出相应的解决方案。材料不对称混压产品容易出现板翘曲问题，板翘曲又给PCB和PCBA加工带来一系列品质问题，主要问题有PCB在做外层图形前，多次磨板减铜加重了外层铜厚不均匀，铜厚不均又导致蚀刻线路不均匀，最终导致阻抗一致不好控制；PCBA也因为板翘问题容易出现虚焊短路缺陷，尤其现在的产品已经从原来的DIMM孔改成现在的表面焊盘贴装设计，板翘曲对PCBA焊接后虚焊开路问题也将变的更加突出。虽然材料不对称叠构会带来很多品质风险，但对材料使用成品降低却较为显著，解决混压板翘曲问题是解决PCB品质风险的关键。表5 两家CCL厂商高速覆铜板材料价格对比注：上述以厂家A*的A1材料为基准计算各类材料价格系数。影响PCB板翘曲除了受上述叠层材料类型不对称影响外，还与叠层铜箔厚度不对称、叠层残铜率不对称、残铜率差异大、压合降温时间控制、压合冷压段时间控制，共6个重要影响因子，前四个影响因子为设计端影响，后两个因子为过程控制端影响。本文主要分析叠层材料不对称对板翘曲影响见图3。1 机理分析PCB主体主要由铜箔、玻纤布、树脂三种材料组成，三种材料CTE有较大差异，玻纤布最小，铜次之，树脂最大；覆铜板结构中，铜箔在上下两面包裹基板，基板由树脂和玻纤布组成，此结构可确保覆铜板整体CTE有较好的一致性。L5层85欧姆Pcie线 线长:12 inch 材料选用:ULL L14层85欧姆Pcie线 线长:8 inch 材料选用:VLL 厂厂家家 材材料料等等级级 材材料料 价价格格系系数数 A A*Low Loss A1 1 Ultra Low Loss A2 1.8 Ultra Low Loss2 A3 2.6 B B*Low Loss B1 1.2 Ultra Low Loss B2 1.4 Ultra Low Loss2 B3 2.1 149特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛表6 不同材料CTE典型值1造成PCB板翘曲影响因素有很多，主要有残铜差异、铜箔不对称、材料不对称，这三种情况在实际产品应用中一般只会单因子存在导致PCB板翘曲。针对材料不对称PCB板翘曲产生机理，主要在于不同材料在压合过程中受树脂类型差异，导致PCB板整体涨缩不平衡。如图4-1所示，材料A和材料B混压，若材料A压合后收缩量大于材料B，为保证PCB整体收缩后尺寸一致性，此时PCB就会呈现出“微笑型”翘曲，使得材料A为翘曲后的内圆周长r，材料B为外圆周长R。如图4-2所示，若材料B压合后收缩量大于材料A，此时PCB翘曲将与第一种情况相反，表现为“哭脸型”翘曲，材料B为翘曲后的内圆周长r，材料A为外圆周长R。图4 不同材料混压板翘曲原理分析图通过上述对板翘曲原理分析可知，混压板翘曲产生主要受不同材料压合后收缩量不同影响，研究不同材料收缩差异，选择收缩差异最小的两种材料混压能从设计端减小混压板翘曲问题。图3 PCB板翘曲影响因子汇总材材料料 C CT TE E(p pp pm m/)铜 17.7 玻纤布 2.95 环氧树脂 67.1 图 4-1 图 4-2 2023春季国际PCB技术/信息论坛150特种印制板制造技术 Special PCB technology2 试验与分析2.1 测试板材料涨缩数据分析表7是D*客户相同图形设计、相同叠层下4款不同材料测试板收集的各层涨缩系数，涨缩系数表示材料从开料到成品后的收缩量。因各条件相同，测试板涨缩系数主要受材料自身尺寸稳定性影响，通过各材料涨缩差异，可判断这个四款材料混压会出现何种板翘曲现象；B*材料厂商两款VLL和ULL等级材料两者涨缩整体差异较大，VLL等级相对ULL等级材料整体收缩量小4.3%，两者混压理论翘曲较大；A*材料厂商两款VLL和ULL等级材料两者涨缩差异小，VLL等级相对ULL等级材料整体收缩量小0.35%，两者混压理论翘曲较小。通过两家CCL厂商4款材料压合后涨缩对比，主要是B*厂商VLL等级材料相对其他3种材料压合后涨缩相对要小。表7 D*客户测试板4款材料涨缩数据汇总注：涨缩系数单位：%B*覆铜板厂商所选两种VLL和ULL等级材料中，VLL材料对应树脂体系为改性环氧树脂，ULL等级材料为PPO树脂体系，选择玻纤布配本为1067*1、1078*1、1080*1、1086*1、2116*1、1067*2、1078*2、1080*2 8种玻纤布组合芯板，芯板分别在常温状态和150 烘烤30 min条件下分别测量纬向和经向尺寸，对比不同配本芯板在两种状态下尺寸稳定性差异，可总结各种组合对尺寸稳定性影响规律。图5 不同类别玻纤布经纬向对比2.2 不同玻纤布覆铜板尺寸稳定性分析从B*材料类型分析，VLL改性环氧树脂材料相对ULL等级PPO树脂材料，如图6所示，相同玻纤布材料整体尺寸稳定性VLL相对ULL等级材料要稳定很多；从表8玻纤布宽度与尺寸稳定性关系可知，玻纤布纬向宽度相对径向要粗，尺寸稳定性纬向相对径向要好。上述类型VLL和ULL材料混压时，选择两种材料玻纤布径向尺寸稳定性差异最小的PP混压，理论上可将混压板翘曲问题降到最低。层别层别 B*B*A*A*VLLVLL ULLULL VLLVLL ULLULL 短方向短方向 长方向长方向 短方向短方向 长方向长方向 短方向短方向 长方向长方向 短方向短方向 长方向长方向 L2/3 L14/15 7 3 12 7.5 9 6 9.5 6.5 L4/5 L12/13 7 2.5 11.5 6.5 8.5 5.5 9 5.5 L6/7 L10/11 6 2.5 10 6.5 8.5 5.5 9 5.5 L8/9 6 2.5 10 6.5 9 5.5 9.5 5.5 AVG6.5 2.6 10.9 6.8 8.8 5.6 9.3 5.8 材料涨缩差异 4.3 0.35 1067 1078 1086 1080 2116 扁平布 开纤布 151特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛表8 B*材料不同配本玻纤布宽度及尺寸稳定性汇总图6 B*材料不同配本玻纤布宽度与尺寸稳定性关系图VLL改性环氧树脂材料与ULL等级PPO树脂材料各种可搭配的PP进行组合，根据EGS平台服务器PCB常见叠层共有如表9所示9种组合，叠层中组合搭配E:VLL等级材料选择2*1067PP与ULL等级材料选择1*2116做搭配，所形成的叠层组合尺寸稳定性差异最小，理论上对混压板翘曲结果最好。各组合搭配尺寸稳定性从好到差依次是：EGAFIBCHD。2.3 EGS平台22L主板两种材料混压板翘曲分析针对D*客户EGS平台22L混压服务器主板三种玻纤布组合叠层搭配如下表10所示，叠层中除L4/L5、L8/L9层Core和L5/L6、L9/L10层PP为ULL等级材料，其他层次均为VLL等级材料；选择B*厂商ULL和VLL等级材料混压，VLL材料为改性环氧树脂，ULL材料为PPO树脂材料，根据表9所示叠层组合搭配，选择组合搭配A、D、E三种方案进行PCB板制作验证，详细分析玻纤布经纬向、玻纤布宽度、材料尺寸稳定性、材料涨缩系数与板翘曲关系。材材料料等级等级 玻玻纤纤布布 芯芯板板厚厚度度(mmmm)玻玻纤纤布布厚厚度度(mmmm)玻玻纤纤布布类型类型 R RC C 玻玻纤纤布布宽宽度?(mm)尺尺寸寸稳稳定定性(性(P PP PMM)纬纬向向 径径向向 纬纬向向 径径向向 VLL(改性环氧树脂)11067 0.064 0.03 扁平 73%350 201-283-293 11078 0.076 0.045 扁平 66%451 254-100-142 11080 0.076 0.045 开纤 70%441 308-163-96 12116 0.127 0.09 开纤 57%396 357-5-12 21067 0.127 0.03 扁平 73%350 201-119-207 21078 0.152 0.045 扁平 66%451 254-5-141 21080 0.152 0.045 开纤 66%441 308-98-102 ULL(PPO树脂)11086 0.089 0.05 扁平 67%433 277-880-1028 11078 0.076 0.045 扁平 64%451 254-865-975 12116 0.127 0.09 开纤 55%396 357-189-276 21080 0.152 0.045 开纤 64%441 308-616-743 21078 0.152 0.045 扁平 64%451 254-495-667 2023春季国际PCB技术/信息论坛152特种印制板制造技术 Special PCB technology组合组合搭配搭配 VLLVLL材料玻材料玻纤布纤布 ULLULL材料玻材料玻纤布纤布 VLLVLL尺寸稳定性尺寸稳定性 ULLULL(尺寸稳定性)(尺寸稳定性)ULLULL:VLLVLL(尺寸稳定性)(尺寸稳定性)稳定稳定排序排序 纬向纬向 径向径向 纬向纬向 径向径向 纬向纬向 径向径向 A A 1106711067 1107811078 -283283 -293293 -865865 -975975 3.1 3.1 3.3 3.3 3 3 B 11078 11078 -100-142-865-975 8.7 6.9 6 C 11080 11086 -163-96-880-1028 5.4 10.7 7 D D 1211612116 1211612116 -5 5 -1212 -276276 -189189 55.2 55.2 15.8 15.8 9 9 E E 2106721067 1211612116 -119119 -207207 -276276 -189189 2.3 2.3 0.9 0.9 1 1 F 21078 12116 -5-141-276-189 55.2 1.3 4 G 21080 12116 -98-102-189-276 1.9 2.7 2 H 21078 21078 -5-141-495-667 99.0 4.7 8 I 21080 21080 -98-102-616-743 6.3 7.3 5 表9 B*材料VLL&ULL混压尺寸稳定性组合搭配分析表10 B*厂商材料ULL&VLL混压板3种叠层设计组合层层别别 类类型型 材材料料 厚厚度度 组组合合搭搭配配D D 组组合合搭搭配配 A A 组组合合搭搭配配 E E L L1 1 铜箔 铜 0.5 OZ A01 /PP VLL 0.069 mm 1067/RC76%1067/RC76%1067/RC76%L L2 2 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL0.089 mm 10861 10861 10861 L L3 3 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm2116/RC60%10672 2116/RC60%L L4 4 铜箔 铜 1 OZ /基板 ULL 0.089 mm 10781 10861 10861 L L5 5 铜箔 铜 1 OZ /PP ULL 0.114 mm 2116/RC59%1078/RC64%2 2116/RC59%L L6 6 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.089 mm 10861 10861 10861 L L7 7 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm 2116/RC60%1067/RC76%2 2116/RC60%L L8 8 铜箔 铜 1 OZ /基板 ULL 0.089 mm 10781 10861 10861 L L9 9 铜箔 铜 1 OZ /PP ULL 0.114 mm2116/RC59%1078/RC64%2 2116/RC59%L L1 10 0 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.102 mm 10672 10672 10672 L L1 11 1 铜铜箔箔 铜铜 2 2 O OZ Z /PP VLL 0.114 mm 1067/RC76%2 1067/RC76%2 1067/RC76%2 L L1 12 2 铜铜箔箔 铜铜 2 2 O OZ Z /基板 VLL 0.102 mm 10672 10672 10672 L L1 13 3 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm 2116/RC60%1067/RC76%2 1067/RC76%2 L L1 14 4 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.089 mm 10861 10861 10861 153特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛L L1 15 5 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm 2116/RC60%1067/RC76%2 1067/RC76%2 L L1 16 6 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.089 10861 10861 10861 L L1 17 7 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm2116/RC60%1067/RC76%2 1067/RC76%2 L L1 18 8 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.089 mm 10861 10861 10861 L L1 19 9 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.114 mm2116/RC60%1067/RC76%2 1067/RC76%2 L L2 20 0 铜箔 铜 1 OZ /基板 VLL 0.089 mm 10861 10861 10861 L L2 21 1 铜箔 铜 1 OZ /PP VLL 0.069 mm 1067/RC76%1067/RC76%1067/RC76%L L2 22 2 铜箔 铜 0.5 OZ 叠层1：组合搭配D，L5/L6层和L9/L10层PP为ULL等级材料，PP配本为2116/RC59%，对称层L13/L14层和L17/L18层PP为VLL等级材料，PP配本为2116/RC60%，两种材料玻纤布相同，但因为树脂类型不同，树脂RC含量差异也不大，成品后有明显笑脸型翘曲2.46 mm。叠层2：组合搭配A，L5/L6层和L9/L10层PP为ULL等级材料，PP配本为1078/RC64%2，对称层 L13/L14层和L17/L18层PP为VLL等级材料，PP配本为1067/RC76%2，两种材料玻纤布差异也不大，ULL材料选择较低胶PP，VLL材料选择较高胶PP，成品后还是有笑脸型翘曲1.66 mm，翘曲改善效果还是不太理想。叠层3：组合搭配E,L5/L6层和L9/L10层PP为ULL等级材料，PP配本为2116/RC59%，对称层L13/L14层和L17/L18层PP为VLL等级材料，PP配本为1067/RC76%2，两种材料玻纤布类型差异较大，ULL等级材料选择玻纤布较厚PP，VLL材料选择玻纤布较薄PP，相对前2个叠层，叠层3翘曲表现最好，成品后翘曲表现为哭脸型翘曲0.62 mm。表11 B*厂商材料ULL&VLL混压板3种叠层板翘曲对比叠层叠层 ULLULL配本配本配本 VLLVLL ULLULL尺寸尺寸稳定性稳定性(经向)(经向)VLLVLL尺寸尺寸稳定性稳定性(经向)(经向)ULLULL尺寸尺寸稳定性稳定性(纬向)(纬向)VLLVLL尺寸尺寸稳定性稳定性(纬向)(纬向)ULL/VLLULL/VLL ULL/VLLULL/VLL 板板号号 测试测试翘曲翘曲高度高度 平均翘平均翘曲高度曲高度 组合搭配E 2116/RC59%1067/RC76%2 -189 -207 -276 -119 1 2 1 0.76 0.62 mm 哭脸翘曲2 0.78 3 0.62 4 0.52 5 0.41 组合搭配A 1078/RC64%2 1067/RC76%2 -975 -293 -865 -100 3 9 6 1.58 1.66 mm 笑脸翘曲 7 1.57 8 1.51 9 1.26 10 1.71 11 1.87 12 1.84 13 1.94 14 1.76 15 1.74 16 1.75 17 1.34 组合搭配D 2116/RC59%2116/RC60%-189 -12 -276 -5 16 55 18 2.48 2.46 mm 笑脸翘曲 19 2.52 20 2.36 21 2.47 22 2.61 23 2.43 24 2.32 配本配本(经向)(经向)(纬向)(纬向)2023春季国际PCB技术/信息论坛154特种印制板制造技术 Special PCB technology图7 B*材料ULL&VLL混压板三种叠层翘曲结果对比图8 B*材料ULL&VLL混压板翘曲改善前后对比图2.4 影响混压板翘曲整体分析两种材料混压是为了解决部分层次因传输线信号有更高要求而使用更高等级材料，通过高低两种等级材料混压满足不同层次信号传输要求又能降低材料成本。不同材料混压若出现压合后材料收缩量不一致，容易出现板翘曲问题，可通过压合后收集确定两种材料涨缩系数差异，或者通过测量两种类型芯板烘烤前后尺寸变化量差异来判定两种材料混压是否会存在较大翘曲风险。图9 混压板翘曲设计改善过程位位置置 翘翘曲曲改改善善前前(组组合合搭搭配配D D)翘翘曲曲改改善善后后(组组合合搭搭配配E E)位置1 位置2 位置3 位置4 某层信号传输要求高该层次使用高等级材料不同材料混压设计2种材料尺寸稳定差异大?材料尺寸稳定性对比涨缩系数对比选相似或相同玻纤布PP选择玻纤布差异较大PP压合后有板翘曲?重新压合验证可量产否 是 否 是 调整Core或PP玻纤布类型PCB整体使用较低材料成本满足电性能要求 155特种印制板制造技术 Special PCB technology 2023春季国际PCB技术/信息论坛表12 D*客户EGS混压主板影响翘曲重点因素汇总3 结论4 结束语本项目在进行过程中得到彭镜辉经理和黎钦源总工悉心指导，在此表示衷心的感谢。层层别别 A*A*B*B*叠叠构构1 组合搭配组合搭配D D组合搭配组合搭配A A 组合搭配组合搭配E E 短短方向方向 长长方方向向 均均值值 短短方向方向 长长方向方向 均均值值 短短方向方向 长长方向方向 均均值值 短短方向方向 长长方向方向 均均值值 L2/3 9 11.5 10.25 4 7 5.5 4 6.5 5.25 4 6 5 L4/5 8 11 9.5 6.5 11 8.75 6.5 10.5 8.5 5.5 10 7.75 L6/7 7.5 10.5 9 4 7.5 5.75 2.5 7.5 5 2.5 8 5.25 L8/9 7.5 10.5 9 3.5 8.5 6 3.5 8 5.75 3 8 5.5 L10/L11 7 10 8.5 3 7 5 3.5 7 5.25 3.5 7 5.25 L12/L13 6.5 10 8.25 3 6 4.5 3.5 6 4.75 3.5 6.5 5 L14/L15 7 10 8.5 3 6.5 4.75 3 6.5 4.75 3 6 4.5 L16/L17 7 10 8.5 3 6.5 4.75 3 6.5 4.75 3 6.5 4.75 L18/L19 8 10.5 9.25 3 6.5 4.75 3 6.5 4.75 3 6.5 4.75 L20/L21 9 11.5 10.25 3.5 7 5.25 3.5 6.5 5 3.5 6.5 5 对称层涨缩差异 0.3 0.3 0.3 1.1 1.7 1.4 0.8 1.5 1.15 0.5 1.4 0.95 玻纤布类型 A-ULL:1037/RC75%+1078/RC65%A*-VLL:106/RC77%+1080/RC65%B*-ULL:2116/RC59%B*-VLL:2116/RC69%B*-ULL:1078/RC64%*2 B*-VLL:1067/RC76%*2 B*-ULL:2116/RC59%B*-VLL:1067/RC76%*2 尺寸稳定性（径向）/B*-ULL:-189 B*-VLL:-12 B*-ULL:-975 B*-VLL:-293 B*-ULL:-189 B*-VLL:-207 /B*-ULL:-276 B*-VLL:-5 B*-ULL:-865 B*-VLL:-100 B*-ULL:-276 B*-VLL:-119 ULL:VLL尺寸稳定性/16 3 1/55 9 2 翘曲类型 笑脸型 笑笑脸脸型型 笑笑脸脸型型 哭脸型 翘曲度高度 0.54 mm 2.46 mm 1.62 mm 0.62 mm 材料不对称层次 E*-ULL:14/L5+L8/L9 E*-VLL:L14/L15+L18/L19 S*-ULL:14/L5+L8/L9 S*-VLL:L14/L15+L18/L19 材料厂家 A*B*尺寸稳定性（纬向）（径向）ULL:VLL尺寸稳定性（纬向）2023春季国际PCB技术/信息论坛156特种印制板制造技术 Special PCB technology序序 小小项项 小小结结 1 混压原因 不同材料混压是因为部分层别高速信号线总线长较长,需要使用较高等级材料来降低整体损耗,通过高低等级材料混压,在降低材料成本的同时还能满足整体信号传输要求。2 树脂影响尺寸稳定性 不同CCL厂商两种等级材料混压板翘曲表现差异不同,其中一个影响因素为树脂类型不同导致覆铜板尺寸稳定性差异大造成板翘曲。3 玻纤布宽度及多张玻纤布叠合影响尺寸稳定性 覆铜板材料尺寸稳定性除受树脂类型影响外,还与玻纤布宽度和多张玻纤布叠合有关,玻纤布宽度约大,覆铜板尺寸稳定性越好;在相同玻纤布类型基础上,2张玻纤布叠合比单张玻纤布叠合尺寸稳定性要好。4 重点关注玻纤布径向尺寸稳定性 覆铜板玻纤布径向宽度相对纬向要小,径向尺寸变化量相对纬向要大,两种材料混压需要重点关注玻纤布径方向尺寸稳定性匹配性;覆铜板玻纤布径方向优先设计在PCB工作拼板的短边,相对设计在长边可降低PCB板翘曲问题。5 基板尺寸稳定性影响翘曲 针对不同等级材料,在相同玻纤布和相同树脂含量芯板基础上,若两种材料尺寸稳定差异大,混压后容易出现板翘曲问题,可通过尺寸稳定性较小材料选择玻纤布宽度较细PP,尺寸稳定性较大材料选择玻纤布宽度较大PP,可实现混合板压合后整体涨缩平衡来降低板翘曲问题。6 混压材料选择优先级 两种材料混压材料类型选择顺序:选择相同CCL厂商材料选择树脂体系相同材料选择尺寸稳定性接近材料选择尺寸稳定性差异大但可通过两种玻纤布宽度差异来实现涨缩平衡的材料。参考文献1 庄伟洲.多层印制板翘曲的原因分析及对侧J.印制电路信息.2020.06.第一作者简介张志超，广州广合科技股份有限公司研发高级工程师，从事高速PCB材料应用与云计算产品研究相关工作。