Ακριβώς όπως τα καταστήματα υλικού πρέπει να διαχειρίζονται και να εμφανίζουν καρφιά και βίδες διαφόρων τύπων, μετρικών, υλικών, μήκους, πλάτους και βήματος κ.λπ., έτσι και η σχεδίαση PCB χρειάζεται επίσης να διαχειρίζεται αντικείμενα σχεδίασης, όπως τρύπες, ειδικά σε σχεδιασμό υψηλής πυκνότητας. Τα παραδοσιακά σχέδια PCB μπορούν να χρησιμοποιούν μόνο μερικές διαφορετικές οπές διέλευσης, αλλά τα σημερινά σχέδια διασύνδεσης υψηλής πυκνότητας (HDI) απαιτούν πολλούς διαφορετικούς τύπους και μεγέθη οπών διέλευσης. Κάθε τρύπα διέλευσης πρέπει να διαχειρίζεται για να χρησιμοποιείται σωστά, διασφαλίζοντας τη μέγιστη απόδοση της πλακέτας και την κατασκευή χωρίς σφάλματα. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει την ανάγκη διαχείρισης διαμπερών οπών υψηλής πυκνότητας στο σχεδιασμό PCB και πώς να το επιτύχετε αυτό.

Παράγοντες που οδηγούν τον σχεδιασμό PCB υψηλής πυκνότητας 

Καθώς η ζήτηση για μικρές ηλεκτρονικές συσκευές συνεχίζει να αυξάνεται, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων που τροφοδοτούν αυτές τις συσκευές πρέπει να συρρικνωθούν για να χωρέσουν σε αυτές. Ταυτόχρονα, για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις βελτίωσης της απόδοσης, οι ηλεκτρονικές συσκευές πρέπει να προσθέσουν περισσότερες συσκευές και κυκλώματα στην πλακέτα. Το μέγεθος των συσκευών PCB μειώνεται διαρκώς και ο αριθμός των ακίδων αυξάνεται, επομένως πρέπει να χρησιμοποιήσετε μικρότερες ακίδες και μικρότερη απόσταση στο σχεδιασμό, γεγονός που καθιστά το πρόβλημα πιο περίπλοκο. Για τους σχεδιαστές PCB, αυτό είναι το ισοδύναμο της τσάντας να γίνεται όλο και μικρότερη, ενώ κρατά όλο και περισσότερα πράγματα μέσα της. Οι παραδοσιακές μέθοδοι σχεδιασμού πλακέτας κυκλώματος φτάνουν γρήγορα στα όριά τους.

Προκειμένου να καλυφθεί η ανάγκη προσθήκης περισσότερων κυκλωμάτων σε μικρότερο μέγεθος πλακέτας, δημιουργήθηκε μια νέα μέθοδος σχεδιασμού PCB - Διασύνδεση υψηλής πυκνότητας ή HDI. Η σχεδίαση HDI χρησιμοποιεί πιο προηγμένες τεχνικές κατασκευής πλακέτας κυκλώματος, μικρότερα πλάτη γραμμών, λεπτότερα υλικά και τυφλές και θαμμένες ή τρυπημένες με λέιζερ μικροτρύπες. Χάρη σε αυτά τα χαρακτηριστικά υψηλής πυκνότητας, περισσότερα κυκλώματα μπορούν να τοποθετηθούν σε μια μικρότερη πλακέτα και να παρέχουν μια βιώσιμη λύση σύνδεσης για ολοκληρωμένα κυκλώματα πολλαπλών ακίδων.

Υπάρχουν πολλά άλλα οφέλη από τη χρήση αυτών των οπών υψηλής πυκνότητας: 

Κανάλια καλωδίωσης:Δεδομένου ότι οι τυφλές και θαμμένες οπές και μικροτρύπες δεν διεισδύουν στη στοίβα στρώματος, αυτό δημιουργεί πρόσθετα κανάλια καλωδίωσης στο σχέδιο. Τοποθετώντας στρατηγικά αυτές τις διαφορετικές διαμπερείς οπές, οι σχεδιαστές μπορούν να συνδέσουν συσκευές με εκατοντάδες καρφίτσες. Εάν χρησιμοποιούνται μόνο τυπικές διαμπερείς οπές, οι συσκευές με τόσες ακίδες συνήθως μπλοκάρουν όλα τα εσωτερικά κανάλια καλωδίωσης.

Ακεραιότητα σήματος:Πολλά σήματα σε μικρές ηλεκτρονικές συσκευές έχουν επίσης συγκεκριμένες απαιτήσεις ακεραιότητας σήματος και οι διαμπερείς οπές δεν πληρούν τέτοιες απαιτήσεις σχεδιασμού. Αυτές οι οπές μπορούν να σχηματίσουν κεραίες, να δημιουργήσουν προβλήματα EMI ή να επηρεάσουν τη διαδρομή επιστροφής σήματος κρίσιμων δικτύων. Η χρήση τυφλών οπών και θαμμένων ή μικροοπών εξαλείφει πιθανά προβλήματα ακεραιότητας σήματος που προκαλούνται από τη χρήση διαμπερών οπών.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτές τις διαμπερείς οπές, ας δούμε τους διαφορετικούς τύπους διαμπερών οπών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε σχέδια υψηλής πυκνότητας και τις εφαρμογές τους.

Τύπος και δομή οπών διασύνδεσης υψηλής πυκνότητας 

Μια οπή διέλευσης είναι μια τρύπα στην πλακέτα κυκλώματος που συνδέει δύο ή περισσότερα στρώματα. Γενικά, η οπή μεταδίδει το σήμα που μεταφέρει το κύκλωμα από το ένα στρώμα της πλακέτας στο αντίστοιχο κύκλωμα στο άλλο στρώμα. Για τη διεξαγωγή σημάτων μεταξύ των στρωμάτων καλωδίωσης, οι οπές επιμεταλλώνονται κατά τη διαδικασία κατασκευής. Ανάλογα με τη συγκεκριμένη χρήση, το μέγεθος της τρύπας και του μαξιλαριού διαφέρουν. Μικρότερες διαμπερείς οπές χρησιμοποιούνται για καλωδίωση σήματος, ενώ μεγαλύτερες διαμπερείς οπές χρησιμοποιούνται για καλωδίωση τροφοδοσίας και γείωσης ή για να βοηθήσουν στη θέρμανση των συσκευών υπερθέρμανσης.

Διαφορετικοί τύποι οπών στην πλακέτα κυκλώματος

διαμπερής τρύπα

Η διαμπερής οπή είναι η τυπική διαμπερής οπή που χρησιμοποιείται σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων διπλής όψης από τότε που πρωτοεμφανίστηκαν. Οι οπές ανοίγονται μηχανικά σε ολόκληρη την πλακέτα κυκλώματος και είναι επιμεταλλωμένες. Ωστόσο, η ελάχιστη οπή που μπορεί να τρυπηθεί από ένα μηχανικό τρυπάνι έχει ορισμένους περιορισμούς, ανάλογα με την αναλογία διαστάσεων της διαμέτρου του τρυπανιού προς το πάχος της πλάκας. Σε γενικές γραμμές, το άνοιγμα της διαμπερούς οπής δεν είναι μικρότερο από 0,15 mm.

Τυφλή τρύπα:

Όπως και οι διαμπερείς οπές, οι οπές ανοίγονται μηχανικά, αλλά με περισσότερα βήματα κατασκευής, μόνο μέρος της πλάκας ανοίγεται από την επιφάνεια. Οι τυφλές τρύπες αντιμετωπίζουν επίσης το πρόβλημα του περιορισμού μεγέθους bit. Αλλά ανάλογα με το σε ποια πλευρά της σανίδας βρισκόμαστε, μπορούμε να σύρουμε πάνω ή κάτω από την τυφλή τρύπα.

Θαμμένη τρύπα:

Οι θαμμένες τρύπες, όπως οι τυφλές τρύπες, ανοίγονται μηχανικά, αλλά ξεκινούν και τελειώνουν στο εσωτερικό στρώμα της σανίδας και όχι στην επιφάνεια. Αυτή η διαμπερής οπή απαιτεί επίσης πρόσθετα βήματα κατασκευής λόγω της ανάγκης να ενσωματωθεί στη στοίβα πλάκας.

Μικροπόρων

Αυτή η διάτρηση αφαιρείται με λέιζερ και το άνοιγμα είναι μικρότερο από το όριο των 0,15 mm ενός μηχανικού τρυπανιού. Επειδή οι μικροτρύπες εκτείνονται μόνο σε δύο παρακείμενα στρώματα της σανίδας, η αναλογία διαστάσεων καθιστά τις οπές διαθέσιμες για επένδυση πολύ μικρότερες. Μπορούν επίσης να τοποθετηθούν μικροτρύπες στην επιφάνεια ή στο εσωτερικό της σανίδας. Οι μικροτρύπες είναι συνήθως γεμάτες και επιμεταλλωμένες, ουσιαστικά κρυμμένες, και επομένως μπορούν να τοποθετηθούν σε μπάλες συγκόλλησης στοιχείων επιφανειακής τοποθέτησης εξαρτημάτων όπως συστοιχίες πλέγματος σφαιρών (BGA). Λόγω του μικρού ανοίγματος, το μαξιλάρι που απαιτείται για τη μικροτρύπα είναι επίσης πολύ μικρότερο από τη συνηθισμένη οπή, περίπου 0,300 mm.

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού, οι παραπάνω διαφορετικοί τύποι οπών μπορούν να διαμορφωθούν ώστε να λειτουργούν μαζί. Για παράδειγμα, οι μικροπόροι μπορούν να στοιβάζονται με άλλους μικροπόρους, καθώς και με θαμμένες τρύπες. Αυτές οι τρύπες μπορούν επίσης να κλιμακωθούν. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μικροτρύπες μπορούν να τοποθετηθούν σε τακάκια με καρφίτσες στοιχείων επιφανειακής τοποθέτησης. Το πρόβλημα της συμφόρησης της καλωδίωσης μετριάζεται περαιτέρω από την απουσία της παραδοσιακής δρομολόγησης από την επιφάνεια τοποθέτησης στην έξοδο του ανεμιστήρα.