Aivan kuten rautakauppojen on hallittava ja esitettävä erityyppisiä nauloja ja ruuveja, metrinen, materiaalin, pituuden, leveyden ja jakovälin jne., PCB-suunnittelun täytyy myös hallita suunnittelukohteita, kuten reikiä, erityisesti korkeatiheyksisessä suunnittelussa. Perinteisissä piirilevyrakenteissa voidaan käyttää vain muutamia erilaisia läpivientireikiä, mutta nykypäivän high-density interconnect (HDI) -mallit vaativat monia erityyppisiä ja -kokoisia läpivientireikiä. Jokainen läpimenoreikä on hallittava, jotta sitä voidaan käyttää oikein, mikä varmistaa levyn maksimaalisen suorituskyvyn ja virheettömän valmistuksen. Tässä artikkelissa käsitellään tarvetta hallita suuritiheyksisiä läpimeneviä reikiä piirilevysuunnittelussa ja kuinka tämä saavutetaan.
Tekijät, jotka ohjaavat korkeatiheyksisten piirilevyjen suunnittelua
Pienten elektronisten laitteiden kysynnän kasvaessa näiden laitteiden virtaa käyttävien piirilevyjen on kutistettava, jotta ne mahtuvat niihin. Samaan aikaan, jotta elektroniset laitteet täyttäisivät suorituskyvyn parantamisvaatimukset, niiden on lisättävä levylle lisää laitteita ja piirejä. Piirilevylaitteiden koko pienenee jatkuvasti ja nastojen määrä kasvaa, joten joudut käyttämään pienempiä nastoja ja lähempänä suunnittelua, mikä tekee ongelmasta monimutkaisemman. Piirilevysuunnittelijoille tämä tarkoittaa sitä, että pussi pienenee ja pienenee samalla kun siinä on enemmän ja enemmän esineitä. Perinteiset menetelmät piirilevyjen suunnittelussa saavuttavat nopeasti rajansa.
Jotta voitaisiin vastata tarpeeseen lisätä piirejä pienempään korttikokoon, syntyi uusi piirilevysuunnittelumenetelmä – high-density Interconnect eli HDI. HDI-suunnittelussa käytetään edistyneempiä piirilevyjen valmistustekniikoita, pienempiä linjaleveyksiä, ohuempia materiaaleja ja sokeita ja haudattuja tai laserporattuja mikroreikiä. Näiden korkean tiheyden ominaisuuksien ansiosta pienemmälle levylle voidaan sijoittaa useampia piirejä ja tarjota käyttökelpoinen liitäntäratkaisu moninapaisille integroiduille piireille.
Näiden tiheiden reikien käyttämisessä on useita muita etuja:
Johdotuskanavat:Koska sokeat ja haudatut reiät ja mikroreiät eivät tunkeudu kerrospinoon, tämä luo suunnitteluun lisäjohdotuskanavia. Sijoittamalla nämä erilaiset läpivientireiät strategisesti suunnittelijat voivat johdottaa laitteita, joissa on satoja nastoja. Jos käytetään vain tavallisia läpimeneviä reikiä, niin monet nastat sisältävät laitteet tukkivat yleensä kaikki sisäiset johdotuskanavat.
Signaalin eheys:Monilla pienten elektronisten laitteiden signaaleilla on myös erityiset signaalin eheysvaatimukset, eivätkä läpimenevät reiät täytä tällaisia suunnitteluvaatimuksia. Nämä reiät voivat muodostaa antenneja, aiheuttaa EMI-ongelmia tai vaikuttaa kriittisten verkkojen signaalin paluupolkuun. Pohjareikien ja upotettujen tai mikroreikien käyttö eliminoi mahdolliset signaalin eheysongelmat, jotka aiheutuvat läpimenevien reikien käytöstä.
Ymmärtääksemme paremmin näitä läpimeneviä reikiä, katsotaanpa erityyppisiä läpimeneviä reikiä, joita voidaan käyttää suuritiheyksissä malleissa, ja niiden sovelluksia.
Suuritiheyksisten liitäntäreikien tyyppi ja rakenne
Läpäisyreikä on piirilevyssä oleva reikä, joka yhdistää kaksi tai useampia kerroksia. Yleensä reikä lähettää piirin kuljettaman signaalin levyn yhdestä kerroksesta vastaavaan toisen kerroksen piiriin. Signaalien johtamiseksi johdotuskerrosten välillä reiät metalloidaan valmistusprosessin aikana. Reiän ja tyynyn koko vaihtelee käyttötarkoituksen mukaan. Pienempiä läpimeneviä reikiä käytetään signaalin johdotukseen, kun taas suurempia läpimeneviä reikiä käytetään teho- ja maajohdotukseen tai lämmittämään ylikuumenevia laitteita.
Erilaisia reikiä piirilevyssä
läpimenevä reikä
Läpivienti on standardi läpimenevä reikä, jota on käytetty kaksipuolisissa painetuissa piirilevyissä niiden käyttöönotosta lähtien. Reiät porataan mekaanisesti koko piirilevyn läpi ja ne on galvanoitu. Kuitenkin minimiporauksella, joka voidaan porata mekaanisella poralla, on tiettyjä rajoituksia riippuen poran halkaisijan ja levyn paksuuden sivusuhteesta. Yleisesti ottaen läpimenevän reiän aukko on vähintään 0,15 mm.
Sokea reikä:
Kuten läpireiät, reiät porataan mekaanisesti, mutta suuremmilla valmistusvaiheilla vain osa levystä porataan pinnasta. Sokeat reiät kohtaavat myös teräkoon rajoittamisen ongelman; Mutta riippuen siitä, kummalla laudan puolella olemme, voimme johdottaa sokean reiän ylä- tai alapuolelle.
Haudattu reikä:
Haudatut reiät, kuten sokeat reiät, porataan mekaanisesti, mutta alkavat ja päättyvät levyn sisäkerrokseen eikä pintaan. Tämä läpimenevä reikä vaatii myös lisävalmistusvaiheita, koska se on upotettava levypinoon.
Micropore
Tämä rei'itys poistetaan laserilla ja aukko on pienempi kuin mekaanisen poranterän 0,15 mm:n raja. Koska mikroreiät kattavat vain kaksi vierekkäistä levykerrosta, sivusuhteen ansiosta pinnoitukseen käytettävissä olevat reiät ovat paljon pienempiä. Mikroreiät voidaan sijoittaa myös levyn pintaan tai sisäpuolelle. Mikroreiät on yleensä täytetty ja pinnoitettu, olennaisesti piilotettu, ja siksi ne voidaan sijoittaa pinta-asennettavien elementtien juotospalloihin, joissa on komponentteja, kuten palloristikkomatriisia (BGA). Pienen aukon ansiosta mikroreikään tarvittava tyyny on myös huomattavasti tavallista reikää pienempi, noin 0,300 mm.
Suunnitteluvaatimusten mukaan edellä mainitut erityyppiset reiät voidaan konfiguroida toimimaan yhdessä. Esimerkiksi mikrohuokoset voidaan pinota muiden mikrohuokosten kanssa sekä upotettujen reikien kanssa. Nämä reiät voidaan myös porrastaa. Kuten aiemmin mainittiin, mikroreiät voidaan sijoittaa tyynyihin pinta-asennuselementin tapeilla. Johtojen ruuhkautumisongelmaa helpottaa entisestään perinteisen reitityksen puuttuminen pinta-asennustyynystä tuulettimen ulostuloon.