So wie Baumärkte Nägel und Schrauben unterschiedlicher Art, Metrik, Material, Länge, Breite und Steigung usw. verwalten und ausstellen müssen, muss das PCB-Design auch Designobjekte wie Löcher verwalten und anzeigen, insbesondere bei High-Density-Designs. Herkömmliche PCB-Designs verwenden möglicherweise nur wenige verschiedene Durchgangslöcher, aber die heutigen High-Density-Interconnect-Designs (HDI) erfordern viele verschiedene Arten und Größen von Durchgangslöchern. Jedes Passloch muss verwaltet werden, um korrekt verwendet zu werden, um maximale Leiterplattenleistung und fehlerfreie Herstellbarkeit zu gewährleisten. In diesem Artikel wird näher auf die Notwendigkeit eingegangen, Durchgangslöcher mit hoher Dichte im PCB-Design zu verwalten und wie dies erreicht werden kann.

Faktoren, die das PCB-Design mit hoher Dichte bestimmen 

Da die Nachfrage nach kleinen elektronischen Geräten weiter wächst, müssen die Leiterplatten, die diese Geräte mit Strom versorgen, kleiner werden, damit sie hineinpassen. Gleichzeitig müssen elektronische Geräte, um die Anforderungen zur Leistungsverbesserung zu erfüllen, mehr Geräte und Schaltkreise auf der Platine hinzufügen. Die Größe von PCB-Geräten nimmt ständig ab und die Anzahl der Pins nimmt zu, sodass Sie beim Design kleinere Pins und engere Abstände verwenden müssen, was das Problem komplizierter macht. Für PCB-Designer bedeutet dies, dass die Tasche immer kleiner wird und immer mehr Dinge darin Platz finden. Herkömmliche Methoden des Leiterplattendesigns stoßen schnell an ihre Grenzen.

Um der Notwendigkeit gerecht zu werden, mehr Schaltkreise auf einer kleineren Platinengröße hinzuzufügen, wurde eine neue PCB-Designmethode entwickelt – High-Density-Interconnect oder HDI. Das HDI-Design nutzt fortschrittlichere Leiterplatten-Herstellungstechniken, kleinere Linienbreiten, dünnere Materialien sowie blinde und vergrabene oder lasergebohrte Mikrolöcher. Dank dieser hohen Dichte können mehr Schaltkreise auf einer kleineren Platine untergebracht werden und bieten eine praktikable Verbindungslösung für mehrpolige integrierte Schaltkreise.

Die Verwendung dieser Löcher mit hoher Dichte bietet mehrere weitere Vorteile: 

Verkabelungskanäle:Da Sack- und vergrabene Löcher sowie Mikrolöcher den Schichtstapel nicht durchdringen, entstehen zusätzliche Verdrahtungskanäle im Design. Durch die strategische Platzierung dieser verschiedenen Durchgangslöcher können Entwickler Geräte mit Hunderten von Pins verdrahten. Wenn nur Standard-Durchgangslöcher verwendet werden, blockieren Geräte mit so vielen Pins normalerweise alle inneren Verkabelungskanäle.

Signalintegrität:Für viele Signale in kleinen elektronischen Geräten gelten außerdem besondere Anforderungen an die Signalintegrität, und Durchgangslöcher erfüllen diese Designanforderungen nicht. Diese Löcher können Antennen bilden, EMI-Probleme verursachen oder den Signalrückweg kritischer Netzwerke beeinträchtigen. Die Verwendung von Sacklöchern und vergrabenen Löchern oder Mikrolöchern eliminiert potenzielle Probleme mit der Signalintegrität, die durch die Verwendung von Durchgangslöchern verursacht werden.

Um diese Durchgangslöcher besser zu verstehen, schauen wir uns die verschiedenen Arten von Durchgangslöchern an, die in Designs mit hoher Dichte verwendet werden können, und ihre Anwendungen.

Art und Struktur hochdichter Verbindungslöcher 

Ein Durchgangsloch ist ein Loch auf der Leiterplatte, das zwei oder mehr Schichten verbindet. Im Allgemeinen überträgt das Loch das vom Schaltkreis übertragene Signal von einer Schicht der Platine zum entsprechenden Schaltkreis auf der anderen Schicht. Um Signale zwischen den Verdrahtungsschichten zu leiten, werden die Löcher während des Herstellungsprozesses metallisiert. Je nach Verwendungszweck sind die Größe des Lochs und des Polsters unterschiedlich. Kleinere Durchgangslöcher werden für die Signalverkabelung verwendet, während größere Durchgangslöcher für die Strom- und Erdungsverkabelung oder zur Unterstützung der Erwärmung überhitzter Geräte verwendet werden.

Verschiedene Arten von Löchern auf der Leiterplatte

Durchgangsloch

Das Durchgangsloch ist das Standard-Durchgangsloch, das seit seiner Einführung bei doppelseitigen Leiterplatten verwendet wird. Die Löcher werden mechanisch durch die gesamte Leiterplatte gebohrt und galvanisiert. Allerdings unterliegt die Mindestbohrung, die mit einem mechanischen Bohrer gebohrt werden kann, gewissen Einschränkungen, abhängig vom Seitenverhältnis des Bohrerdurchmessers zur Plattendicke. Im Allgemeinen beträgt die Öffnung des Durchgangslochs nicht weniger als 0,15 mm.

Sackloch:

Wie bei Durchgangslöchern werden die Löcher maschinell gebohrt, bei mehreren Herstellungsschritten wird jedoch nur ein Teil der Platte von der Oberfläche aus gebohrt. Bei Sacklöchern besteht außerdem das Problem der Bitgrößenbeschränkung; Aber je nachdem, auf welcher Seite der Platine wir uns befinden, können wir die Verkabelung oberhalb oder unterhalb des Sacklochs durchführen.

Vergrabenes Loch:

Vergrabene Löcher werden wie Sacklöcher mechanisch gebohrt, beginnen und enden jedoch in der inneren Schicht der Platte und nicht an der Oberfläche. Auch dieses Durchgangsloch erfordert zusätzliche Fertigungsschritte, da es in den Plattenstapel eingebettet werden muss.

Mikroporen

Diese Perforation wird mit einem Laser abgetragen und die Öffnung liegt unter der 0,15-mm-Grenze eines mechanischen Bohrers. Da sich die Mikrolöcher nur über zwei benachbarte Schichten der Platine erstrecken, sind die für die Plattierung verfügbaren Löcher aufgrund des Seitenverhältnisses viel kleiner. Mikrolöcher können auch auf der Oberfläche oder im Inneren der Platine angebracht werden. Die Mikrolöcher werden normalerweise gefüllt und plattiert, im Wesentlichen verborgen, und können daher in oberflächenmontierten Elementlotkugeln von Komponenten wie Ball Grid Arrays (BGA) platziert werden. Aufgrund der kleinen Öffnung ist das für das Mikroloch erforderliche Pad auch viel kleiner als das gewöhnliche Loch, etwa 0,300 mm.

Je nach Designanforderungen können die oben genannten unterschiedlichen Lochtypen so konfiguriert werden, dass sie zusammenarbeiten. Beispielsweise können Mikroporen mit anderen Mikroporen sowie mit vergrabenen Löchern gestapelt werden. Diese Löcher können auch versetzt sein. Wie bereits erwähnt, können Mikrolöcher mit oberflächenmontierbaren Elementstiften in Pads platziert werden. Das Problem der Verkabelungsüberlastung wird durch das Fehlen der herkömmlichen Verlegung vom SMD-Pad zum Lüfterausgang zusätzlich gemildert.