Stejně jako železářství musí spravovat a vystavovat hřebíky a šrouby různých typů, metrických, materiálových, délkových, šířkových a roztečových atd., i návrh PCB potřebuje spravovat designové objekty, jako jsou díry, zejména v designu s vysokou hustotou. Tradiční návrhy desek plošných spojů mohou používat pouze několik různých průchozích otvorů, ale dnešní návrhy propojení s vysokou hustotou (HDI) vyžadují mnoho různých typů a velikostí průchozích otvorů. Každý průchozí otvor musí být spravován, aby byl správně používán, což zajišťuje maximální výkon desky a bezchybnou vyrobitelnost. Tento článek se bude zabývat potřebou spravovat průchozí otvory s vysokou hustotou v návrhu PCB a jak toho dosáhnout.

Faktory, které řídí návrh PCB s vysokou hustotou 

Vzhledem k tomu, že poptávka po malých elektronických zařízeních neustále roste, musí se desky plošných spojů, které tato zařízení napájejí, zmenšovat, aby se do nich vešly. Současně, aby byly splněny požadavky na zlepšení výkonu, musí elektronická zařízení přidat více zařízení a obvodů na desku. Velikost zařízení s plošnými spoji se neustále zmenšuje a počet kolíků se zvyšuje, takže při návrhu musíte použít menší kolíky a menší rozestupy, což problém komplikuje. Pro designéry PCB je to ekvivalent toho, že se taška zmenšuje a zmenšuje a přitom v ní drží stále více věcí. Tradiční metody návrhu desek plošných spojů rychle dosáhnou svých limitů.

Aby bylo možné uspokojit potřebu přidat více obvodů na menší velikost desky, vznikla nová metoda návrhu PCB – high-density Interconnect neboli HDI. Konstrukce HDI využívá pokročilejší techniky výroby desek plošných spojů, menší šířky čar, tenčí materiály a slepé a zapuštěné nebo laserem vrtané mikrootvory. Díky těmto charakteristikám s vysokou hustotou lze na menší desku umístit více obvodů a poskytnout životaschopné řešení připojení pro vícepinové integrované obvody.

Použití těchto otvorů s vysokou hustotou má několik dalších výhod: 

Kabelové kanály:Vzhledem k tomu, že slepé a zakopané otvory a mikrootvory nepronikají do svazku vrstev, vytváří to další kabelové kanály v návrhu. Strategickým umístěním těchto různých průchozích otvorů mohou návrháři propojit zařízení se stovkami kolíků. Pokud jsou použity pouze standardní průchozí otvory, zařízení s tolika kolíky obvykle zablokují všechny vnitřní kabelové kanály.

Integrita signálu:Mnoho signálů na malých elektronických zařízeních má také specifické požadavky na integritu signálu a průchozí otvory takové požadavky na design nesplňují. Tyto otvory mohou tvořit antény, způsobit problémy s EMI nebo ovlivnit cestu zpětného signálu kritických sítí. Použití slepých otvorů a skrytých nebo mikrootvorů eliminuje potenciální problémy s integritou signálu způsobené použitím průchozích otvorů.

Abychom těmto průchozím otvorům lépe porozuměli, podívejme se na různé typy průchozích otvorů, které lze použít v návrzích s vysokou hustotou, a jejich aplikacích.

Typ a struktura propojovacích otvorů s vysokou hustotou 

Průchozí otvor je otvor na desce plošných spojů, který spojuje dvě nebo více vrstev. Obecně platí, že otvor přenáší signál přenášený obvodem z jedné vrstvy desky do odpovídajícího obvodu na druhé vrstvě. Za účelem vedení signálů mezi vrstvami vodičů jsou otvory během výrobního procesu pokoveny. Podle konkrétního použití se liší velikost otvoru a podložky. Menší průchozí otvory se používají pro signální vedení, zatímco větší průchozí otvory se používají pro napájecí a zemní vedení nebo pro pomoc při zahřívání zařízení při přehřívání.

Různé typy otvorů na desce plošných spojů

průchozí otvor

Průchozí otvor je standardní průchozí otvor, který se používá na oboustranných deskách s plošnými spoji od jejich prvního uvedení. Otvory jsou mechanicky vyvrtány v celé desce plošných spojů a jsou galvanicky pokoveny. Minimální otvor, který lze vyvrtat mechanickou vrtačkou, má však určitá omezení v závislosti na poměru stran průměru vrtáku k tloušťce desky. Obecně řečeno, otvor průchozího otvoru není menší než 0,15 mm.

Slepá díra:

Stejně jako průchozí otvory jsou otvory vrtány mechanicky, ale s více výrobními kroky se z povrchu vrtá pouze část desky. Slepé díry také čelí problému omezení velikosti bitu; Ale podle toho, na které straně desky jsme, můžeme drátovat nad nebo pod slepým otvorem.

Zakopaná díra:

Zakopané otvory, stejně jako slepé otvory, se vrtají mechanicky, ale začínají a končí ve vnitřní vrstvě desky, nikoli na povrchu. Tento průchozí otvor také vyžaduje dodatečné výrobní kroky kvůli potřebě zabudování do stohu desek.

Micropore

Tato perforace je odstraněna laserem a otvor je menší než limit 0,15 mm mechanického vrtáku. Protože mikrootvory pokrývají pouze dvě sousední vrstvy desky, díky poměru stran jsou otvory dostupné pro pokovení mnohem menší. Mikrootvory lze také umístit na povrch nebo dovnitř desky. Mikrootvory jsou obvykle vyplněné a pokovené, v podstatě skryté, a lze je proto umístit do kuliček pájecích prvků pro povrchovou montáž komponent, jako jsou kuličková mřížková pole (BGA). Díky malému otvoru je podložka potřebná pro mikrootvor také mnohem menší než běžný otvor, asi 0,300 mm.

Podle konstrukčních požadavků lze výše uvedené různé typy otvorů nakonfigurovat tak, aby spolupracovaly. Například mikropóry mohou být stohovány s jinými mikropóry, stejně jako se zakopanými otvory. Tyto otvory mohou být také uspořádány. Jak již bylo zmíněno dříve, mikrootvory lze umístit do podložek s kolíky pro povrchovou montáž. Problém přetížení kabeláže je dále zmírněn absencí tradičního vedení z podložky pro povrchovou montáž k výstupu ventilátoru.