高階製程專題：AI 算力時代：高頻高速伺服器 PCB 製作技術深度探討

22層伺服器主機板製程技術與優化指南

01 | 技術難點與首批試產瓶頸

1. 阻抗與損耗的關鍵影響因子

• 材料特性：高階伺服器基板依 Df 值分為五個等級。本專案客戶指定採用松下低損耗材料 R-5775(G)（Megtron 6 等級，Dk: 3.46, Df: 0.005），需嚴格評估其 Tg、Td 及熱膨脹係數（CTE）。
• 線路技術：導體損耗取決於線寬均勻度與銅箔粗糙度。本案選用反轉銅箔（RTF），並設計不同長度（2/5/10 inch）的插入損耗驗證模組（SI Coupon）進行功能驗證。
• 控深背鑽：殘樁（Stub）的殘留深度直接決定訊號插入損耗的優劣，是阻抗與損耗達標的核心技術。

2. 首批試產（FA）痛點

本案開發的 22 層伺服器主機板，成品板厚 2.95mm ± 10%，內層包含 1/1oz 及 2/2oz 核心板，設計線寬 3.5 mil，縱橫比達 14.75:1，並採樹脂塞孔後電鍍蓋孔（POFV）製程。
試產異常：傳統流程製作後，插入損耗（Loss）明顯超標，且孔銅厚度偏厚，無法滿足嚴格的 SI 標準。

02 | 技術創新與製程優化（DOE 實驗設計）

1. 插入損耗優化的 DOE 實驗結果

製程團隊建立四因子、兩水準的全因子 DOE 實驗，重點排查：線寬補償量、膠片（PP）含膠量、排版旋轉角度、棕化微蝕藥水。

透過量測 85 歐姆傳輸線在各高頻頻率下的損耗值，找出最佳工藝參數（方案 11）：

| 實驗條件組合（最佳化條件） | 4GHz 內層損耗實測值 | 規格上限值 | 綜合判定 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | 線寬多補 0.2mil + 75%高含膠PP + 超低粗化藥水 + 排版傾斜 7 度 | 0.286 dB/inch | 0.350 dB/inch | 顯著達標且損耗最低 |

• 防玻纖效應：將線路排版方向由傳統的 3 度改為傾斜 7 度，打破線路與玻璃纖維束平行重疊現象，訊號損耗降低 2% ~ 3%。
• 超低粗糙度藥水：選用超低粗化棕化藥水，減少高頻電流在銅面的無謂反射，損耗值縮小 3% ~ 7%。
• PP 含膠量：樹脂含量 75% 的損耗表現優於 70%，高頻下介電均勻度更佳，損耗減少 1% ~ 3%。

2. 生產流程優化：翻轉雙階段電鍍

常規製程因需歷經板電、Capping 電鍍、圖電共三次電鍍，導致背鑽孔的孔銅偏厚、孔徑偏小。團隊將常規製程重組優化：

• 原流程（傳統）：
  開料 → 內層 → 壓合 → 雷射盲孔 → 鑽孔1(通孔+控深一次鑽完) → 板電 → 圖電1 → 樹脂塞孔 → 減銅研磨 → Capping 電鍍 → 外層 → 圖電2 → 背鑽 → 蝕刻。

• 新流程（翻轉優化）：
  開料 → 內層 → 壓合 → 雷射盲孔 → 鑽孔1(僅鑽需塞孔過孔) → 板電1 → 圖電1 → 樹脂塞孔 → 研磨減銅 → 鑽孔3(鑽其餘非塞孔之通孔) → 板電2 → 外層 → 圖電2 → 最終背鑽 → 蝕刻。

改善效益：將鑽孔拆分為雙階段作業。先處理塞孔與 Capping 電鍍，第二階段再鑽常規訊號通孔。成功避免所有背鑽孔重複經歷 3 次鍍銅，徹底解決孔銅超標與背鑽孔徑縮小的痛點。

03 | 22層伺服器主機板核心製作要點

1. 開料與內層：裁板後進行 190℃ * 4小時 強制烘烤釋放應力。內層採用高精度 LDI 曝光，線寬/線距 3.5 / 4.0 mil，阻抗線寬公差嚴控在 ±8% 內。AOI 檢查開啟超細線功能，嚴禁補線。

2. 高階壓合：採用 7 顆對位銷孔嚴密監控層偏。選用低粗糙度棕化線，壓合採用專用高階壓合曲線，真空抽取時間延長 5 分鐘，確保樹脂填充 100% 飽滿，介層厚度公差控制在 ±10% 內。

3. 第一階段鑽孔與電鍍：鑽孔一僅鑽需樹脂塞孔的孔位，孔徑 < 0.5mm 鑽嘴設定 500 擊強制汰換（CPK > 1.33）。Plasma 除膠渣後投入脈衝電鍍線，確保初始孔銅達 0.9 ~ 1.0 mil。

4. 樹脂塞孔與研磨減銅：使用日本山榮 10HF 樹脂進行正反雙面塞孔，飽滿度達 100%。經研磨使面銅保持在 1.2 ~ 1.5 mil，隨後透過微蝕專線將基體面銅均勻減至 0.9±0.1 mil。

5. 第二階段鑽孔與最終圖電：使用 CCD 鑽機鑽出剩餘常規通孔（孔位公差 ±0.05mm）。進行第二次全板與圖形電鍍，成品最終要求：面銅 Min 1.9 mil，孔銅 Min 0.8 mil，塞孔頂部 Capping 電鍍凹陷度 < 25µm。

6. 後製程控制：執行最終背鑽（Stub 嚴控在 7±5 mil），並採 2.5 kg/cm² 高壓水洗。化學鎳金（ENIG）要求金厚 2 ~ 10 u" / 鎳厚 Min 118 u"，嚴控鎳腐蝕 < 20%，避免黑墊缺陷。

04 | 量產 SI 測試數據與良率總結

1. 阻抗與高頻插入損耗（Loss）實測數據

本專案透過一體化製程優化，各項 SI 性能指標皆完美達標：

• 阻抗控制：內層 85Ω 與 100Ω 傳輸線，實測值落在 83.8 ~ 102.5Ω，全數合格。

• 插入損耗（Delta-L 測試法，10-inch 傳輸線）：

| 測試頻率 (GHz) | 內層損耗實測值 (dB/inch) | 外層損耗實測值 (dB/inch) | 業界基準上限 (dB/inch) | SI 綜合判定 | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | 4.0 GHz | 0.286 | 0.312 | 0.350 | 優良 (Passed) | | 8.0 GHz | 0.495 | 0.534 | 0.600 | 優良 (Passed) | | 12.89 GHz | 0.721 | 0.785 | 0.850 | 優良 (Passed) | | 16.0 GHz | 0.884 | 0.942 | 1.050 | 優良 (Passed) |

2. 關鍵製程首批一次通關良率（FPY）

高層數（>10L）試產板的首發綜合良率達到 85% 以上：

• 內層線路線別良率 91%（主因超薄核心板過水平線時易局部板折）。
• 外層線路製程良率 90%（主因板邊鍍銅不均導致微量蝕刻不淨）。
• 電測與終檢良率達 86% ~ 88%，成品板彎板翹嚴格控制在 < 0.7%。

05 | 結論：高速 PCB 製造黃金指南

1. 膠片疊構優化：高速訊號層優先選用高含膠量（RC 75%）的膠片，能使高頻傳輸損耗額外降低 1% ~ 3%。

2. 指定低粗糙度化學製程：全面導入超低粗糙度棕化藥水，取代傳統黑/棕化，可直接優化 3% ~ 7% 的插入損耗。

3. Layout 旋轉佈線 7 度：線路排版方向與玻璃纖維束方向設定旋轉 7 度夾角（抗玻纖效應），能比傳統 3 度排版再降低 2% ~ 3% 的高頻損耗。

4. 導入雙階段製程流程：針對 POFV 及高頻背鑽要求的深孔厚板，將鑽孔解耦為「雙階段鑽孔與電鍍」，是兼顧面銅平整度與高 SI 通過率的最佳製造路徑。