Baš kao što trgovine hardverom moraju upravljati i izlagati razne tipove čavala i vijaka, metričke, materijalne, duljine, širine i koraka itd., PCB dizajn također treba upravljati dizajnerskim objektima kao što su rupe, posebno u dizajnu visoke gustoće. Tradicionalni dizajni tiskanih ploča mogu koristiti samo nekoliko različitih prolaznih otvora, ali današnji dizajni interkonekcija visoke gustoće (HDI) zahtijevaju mnogo različitih tipova i veličina prolaznih otvora. Svakom prolaznom rupom treba upravljati kako bi se pravilno koristila, osiguravajući maksimalnu izvedbu ploče i mogućnost izrade bez grešaka. Ovaj će članak razraditi potrebu za upravljanjem rupama velike gustoće u PCB dizajnu i kako to postići.

Čimbenici koji pokreću PCB dizajn visoke gustoće 

Kako potražnja za malim elektroničkim uređajima nastavlja rasti, tiskane ploče koje napajaju te uređaje moraju se smanjiti kako bi stale u njih. U isto vrijeme, kako bi zadovoljili zahtjeve za poboljšanjem performansi, elektronički uređaji moraju dodati više uređaja i sklopova na ploči. Veličina PCB uređaja se stalno smanjuje, a broj pinova raste, tako da morate koristiti manje pinove i manji razmak u dizajnu, što problem čini kompliciranijim. Za dizajnere PCB-a, ovo je ekvivalent torbi koja postaje sve manja i manja, dok u njoj drži sve više i više stvari. Tradicionalne metode projektiranja tiskanih ploča brzo dosežu svoje granice.

Kako bi se zadovoljila potreba za dodavanjem više sklopova na manju pločicu, pojavila se nova metoda dizajna PCB-a – Interconnect visoke gustoće ili HDI. HDI dizajn koristi naprednije tehnike proizvodnje tiskanih ploča, manje širine linija, tanje materijale i slijepe i ukopane ili laserski izbušene mikrorupe. Zahvaljujući ovim karakteristikama visoke gustoće, više krugova se može smjestiti na manju ploču i pružiti održivo rješenje za povezivanje višepinskih integriranih krugova.

Postoji nekoliko drugih prednosti korištenja ovih rupa visoke gustoće: 

Kanali za ožičenje:Budući da slijepe i ukopane rupe i mikrorupe ne prodiru kroz hrpu slojeva, to stvara dodatne kanale ožičenja u dizajnu. Strateškim postavljanjem ovih različitih prolaznih rupa, dizajneri mogu ožičiti uređaje sa stotinama pinova. Ako se koriste samo standardne prolazne rupe, uređaji s toliko pinova obično će blokirati sve unutarnje kanale ožičenja.

Integritet signala:Mnogi signali na malim elektroničkim uređajima također imaju posebne zahtjeve za integritet signala, a prolazne rupe ne ispunjavaju takve zahtjeve dizajna. Ove rupe mogu oblikovati antene, uzrokovati probleme s EMI-jem ili utjecati na povratni put signala kritičnih mreža. Korištenje slijepih rupa i ukopanih ili mikrorupa eliminira potencijalne probleme cjelovitosti signala uzrokovane upotrebom prolaznih rupa.

Kako bismo bolje razumjeli te prolazne rupe, pogledajmo različite vrste prolaznih rupa koje se mogu koristiti u dizajnu visoke gustoće i njihove primjene.

Vrsta i struktura rupa za međusobno povezivanje visoke gustoće 

Prolazna rupa je rupa na tiskanoj ploči koja povezuje dva ili više slojeva. Općenito, rupa prenosi signal koji nosi krug od jednog sloja ploče do odgovarajućeg kruga na drugom sloju. Kako bi se proveli signali između slojeva ožičenja, rupe su metalizirane tijekom procesa proizvodnje. Ovisno o specifičnoj uporabi, veličina rupe i jastučića razlikuju se. Manje prolazne rupe koriste se za signalno ožičenje, dok se veće prolazne rupe koriste za napajanje i uzemljenje, ili za pomoć pri zagrijavanju uređaja koji se pregrijavaju.

Različite vrste rupa na tiskanoj ploči

kroz rupu

Prolazni otvor je standardni prolazni otvor koji se koristi na dvostranim tiskanim pločicama otkako su prvi put uvedene. Rupe su mehanički izbušene kroz cijelu tiskanu ploču i galvanizirane. Međutim, minimalni provrt koji se može izbušiti mehaničkom bušilicom ima određena ograničenja, ovisno o omjeru promjera bušilice i debljine ploče. Općenito govoreći, otvor otvora nije manji od 0,15 mm.

Slijepa rupa:

Kao i kod prolaznih rupa, rupe se buše mehanički, ali s više koraka proizvodnje, samo dio ploče se buši s površine. Slijepe rupe također se suočavaju s problemom ograničenja veličine bita; Ali ovisno o tome na kojoj se strani ploče nalazimo, možemo ožičiti iznad ili ispod slijepe rupe.

Zatrpana rupa:

Ukopane rupe, poput slijepih rupa, buše se mehanički, ali počinju i završavaju u unutarnjem sloju ploče, a ne na površini. Ovaj prolazni otvor također zahtijeva dodatne proizvodne korake zbog potrebe da se ugradi u hrpu ploča.

mikropora

Ova se perforacija uklanja laserom, a otvor je manji od granice od 0,15 mm mehaničkog svrdla. Budući da mikrorupe obuhvaćaju samo dva susjedna sloja ploče, omjer širine i visine čini rupe dostupnim za presvlačenje mnogo manjim. Mikrorupe se također mogu postaviti na površini ili unutar ploče. Mikrorupe su obično popunjene i obložene, uglavnom skrivene, i stoga se mogu postaviti u lemljene kuglice elementa za površinsku montažu komponenti kao što su kuglične rešetke (BGA). Zbog malog otvora, jastučić koji je potreban za mikrorupu također je puno manji od obične rupe, oko 0,300 mm.

Prema zahtjevima dizajna, gore navedene različite vrste rupa mogu se konfigurirati kako bi radile zajedno. Na primjer, mikropore se mogu naslagati s drugim mikroporama, kao i s ukopanim rupama. Ove rupe također mogu biti raspoređene. Kao što je ranije spomenuto, mikrorupe se mogu postaviti u jastučiće s elementima za površinsku montažu. Problem zagušenja ožičenja dodatno je ublažen nedostatkom tradicionalnog usmjeravanja od površine za površinsku montažu do izlaza ventilatora.