همانطور که فروشگاه‌های سخت‌افزار نیاز به مدیریت و نمایش میخ‌ها و پیچ‌ها از انواع مختلف متریک، متریال، طول، عرض و گام و غیره دارند، طراحی PCB نیز به مدیریت اشیاء طراحی مانند سوراخ‌ها، به‌ویژه در طراحی با چگالی بالا نیاز دارد. طراحی‌های سنتی PCB ممکن است فقط از چند سوراخ عبور مختلف استفاده کنند، اما طراحی‌های اتصال متقابل با چگالی بالا (HDI) امروزی به انواع و اندازه‌های مختلف سوراخ‌های عبور نیاز دارند. هر سوراخ عبور باید مدیریت شود تا به درستی مورد استفاده قرار گیرد و حداکثر کارایی برد و تولید بدون خطا تضمین شود. این مقاله در مورد نیاز به مدیریت سوراخ های با چگالی بالا در طراحی PCB و چگونگی دستیابی به آن توضیح می دهد.

عواملی که طراحی PCB با چگالی بالا را هدایت می کنند 

از آنجایی که تقاضا برای دستگاه های الکترونیکی کوچک همچنان در حال رشد است، بردهای مدار چاپی که انرژی این دستگاه ها را تامین می کنند باید کوچک شوند تا در آنها قرار بگیرند. در عین حال، برای برآورده کردن الزامات بهبود عملکرد، دستگاه های الکترونیکی باید دستگاه ها و مدارهای بیشتری را روی برد اضافه کنند. اندازه دستگاه های PCB به طور مداوم در حال کاهش است و تعداد پین ها در حال افزایش است، بنابراین شما باید از پین های کوچکتر و فاصله نزدیکتر برای طراحی استفاده کنید که مشکل را پیچیده تر می کند. برای طراحان PCB، این معادل کوچکتر و کوچکتر شدن کیسه است، در حالی که چیزهای بیشتری را در خود نگه می دارد. روش های سنتی طراحی برد مدار به سرعت به محدودیت های خود می رسند.

به منظور پاسخگویی به نیاز به افزودن مدارهای بیشتر به یک برد کوچکتر، یک روش طراحی PCB جدید به وجود آمد - اتصال با چگالی بالا یا HDI. طراحی HDI از تکنیک‌های پیشرفته‌تر ساخت برد مدار، عرض خطوط کوچک‌تر، مواد نازک‌تر و ریزچاله‌های کور و مدفون یا حفر شده با لیزر استفاده می‌کند. به لطف این ویژگی های چگالی بالا، مدارهای بیشتری را می توان بر روی یک برد کوچکتر قرار داد و یک راه حل مناسب برای اتصال برای مدارهای مجتمع چند پین ارائه کرد.

چندین مزیت دیگر استفاده از این سوراخ های با چگالی بالا وجود دارد: 

کانال های سیم کشی:از آنجایی که سوراخ ها و ریزچاله های کور و مدفون به پشته لایه نفوذ نمی کنند، این باعث ایجاد کانال های سیم کشی اضافی در طراحی می شود. با قرار دادن استراتژیک این سوراخ های مختلف، طراحان می توانند دستگاه ها را با صدها پین سیم کشی کنند. اگر فقط از سوراخ‌های استاندارد استفاده شود، دستگاه‌هایی با پین‌های زیاد معمولاً تمام کانال‌های سیم‌کشی داخلی را مسدود می‌کنند.

یکپارچگی سیگنال:بسیاری از سیگنال‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک نیز الزامات یکپارچگی سیگنال خاصی دارند و سوراخ‌های عبوری چنین الزامات طراحی را برآورده نمی‌کنند. این حفره ها می توانند آنتن ها را تشکیل دهند، مشکلات EMI را ایجاد کنند یا بر مسیر برگشت سیگنال شبکه های حیاتی تأثیر بگذارند. استفاده از سوراخ های کور و مدفون یا ریزچاله مشکلات احتمالی یکپارچگی سیگنال ناشی از استفاده از سوراخ های عبوری را از بین می برد.

برای درک بهتر این سوراخ‌ها، بیایید به انواع مختلف سوراخ‌های عبوری که می‌توانند در طراحی‌های با چگالی بالا استفاده شوند و کاربردهای آن‌ها نگاهی بیندازیم.

نوع و ساختار سوراخ های اتصال با چگالی بالا 

سوراخ عبور سوراخی روی برد مدار است که دو یا چند لایه را به هم متصل می کند. به طور کلی، سوراخ سیگنال حمل شده توسط مدار را از یک لایه برد به مدار مربوطه در لایه دیگر منتقل می کند. به منظور هدایت سیگنال ها بین لایه های سیم کشی، سوراخ ها در طول فرآیند ساخت فلزی می شوند. با توجه به کاربرد خاص، اندازه سوراخ و لنت متفاوت است. سوراخ‌های کوچک‌تر برای سیم‌کشی سیگنال، در حالی که سوراخ‌های بزرگ‌تر برای سیم‌کشی برق و زمین یا برای کمک به گرمای بیش از حد دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

انواع سوراخ های روی برد مدار

از طریق سوراخ

سوراخ عبوری، سوراخ عبوری استانداردی است که از ابتدای معرفی روی بردهای مدار چاپی دو طرفه استفاده شده است. سوراخ ها به صورت مکانیکی در کل صفحه مدار سوراخ شده و آبکاری می شوند. با این حال، حداقل سوراخی که می توان توسط مته مکانیکی سوراخ کرد، بسته به نسبت ابعاد قطر مته به ضخامت صفحه، محدودیت های خاصی دارد. به طور کلی، دیافراگم سوراخ عبوری کمتر از 0.15 میلی متر نیست.

سوراخ کور:

مانند سوراخ های عبوری، سوراخ ها به صورت مکانیکی حفر می شوند، اما با مراحل ساخت بیشتر، تنها بخشی از صفحه از سطح سوراخ می شود. سوراخ های کور نیز با مشکل محدودیت اندازه بیت مواجه هستند. اما بسته به اینکه در کدام سمت تخته قرار داشته باشیم، می توانیم در بالا یا زیر سوراخ کور سیم کشی کنیم.

سوراخ مدفون:

سوراخ های مدفون، مانند سوراخ های کور، به صورت مکانیکی حفر می شوند، اما به جای سطح، به لایه داخلی تخته شروع و به پایان می رسند. این سوراخ عبوری نیز به دلیل نیاز به جاسازی در پشته صفحه نیاز به مراحل ساخت اضافی دارد.

میکرو منافذ

این سوراخ با لیزر قطع می شود و دیافراگم کمتر از حد 0.15 میلی متر یک مته مکانیکی است. از آنجایی که ریزچاله ها فقط دو لایه مجاور تخته را در بر می گیرند، نسبت ابعاد سوراخ ها را برای آبکاری بسیار کوچکتر می کند. میکروچاله ها را می توان روی سطح یا داخل تخته نیز قرار داد. ریزچاله‌ها معمولاً پر و روکش می‌شوند و اساساً پنهان می‌شوند و بنابراین می‌توان آنها را در توپ‌های لحیم کاری اجزایی مانند آرایه‌های شبکه توپ (BGA) قرار داد. با توجه به دیافراگم کوچک، پد مورد نیاز برای میکروچاله نیز بسیار کوچکتر از سوراخ معمولی است، حدود 0.300 میلی متر.

با توجه به الزامات طراحی، انواع مختلف سوراخ های فوق را می توان پیکربندی کرد تا با هم کار کنند. به عنوان مثال، ریز منافذ را می توان با سایر ریز منافذ، و همچنین با سوراخ های مدفون روی هم قرار داد. این سوراخ ها همچنین می توانند تلوتلو شوند. همانطور که قبلا ذکر شد، ریزچاله ها را می توان در لنت هایی با پین های عنصری روی سطح قرار داد. مشکل تراکم سیم‌کشی بیشتر با عدم وجود مسیریابی سنتی از پد نصب سطحی به خروجی فن کاهش می‌یابد.