Csakúgy, mint a hardverüzleteknek különféle típusú, metrikus, anyagú, hosszúságú, szélességű és menetemelkedésű szögeket és csavarokat kell kezelniük és megjeleníteniük, a PCB-tervezésnek is kezelnie kell a tervezési objektumokat, például a lyukakat, különösen a nagy sűrűségű tervezésben. A hagyományos nyomtatott áramköri lapok csak néhány különböző áteresztőlyukat használnak, de a mai nagy sűrűségű interconnect (HDI) kialakítások sok különböző típusú és méretű áteresztőnyílást igényelnek. Minden egyes áteresztőnyílást kezelni kell a helyes használathoz, biztosítva a maximális táblateljesítményt és a hibamentes gyárthatóságot. Ez a cikk részletesen bemutatja a nagy sűrűségű átmenő furatok kezelésének szükségességét a nyomtatott áramköri lapok tervezésében, és ennek elérését.

A nagy sűrűségű NYÁK-tervezést meghatározó tényezők 

Ahogy a kisméretű elektronikai eszközök iránti kereslet folyamatosan növekszik, az ezen eszközöket tápláló nyomtatott áramköri lapoknak zsugorodniuk kell ahhoz, hogy elférjenek benne. Ugyanakkor a teljesítményjavítási követelmények teljesítése érdekében az elektronikus eszközöknek több eszközt és áramkört kell hozzáadniuk az alaplaphoz. A NYÁK-eszközök mérete folyamatosan csökken, a tűk száma pedig növekszik, ezért kisebb tűket kell használni, és a tervezésnél kisebb távolságot kell alkalmazni, ami bonyolultabbá teszi a problémát. A PCB tervezők számára ez egyenértékű azzal, hogy a táska egyre kisebb lesz, miközben egyre több dolgot tartanak benne. A hagyományos áramköri tervezési módszerek gyorsan elérik határaikat.

Annak érdekében, hogy minél több áramkört hozzá lehessen adni egy kisebb méretű laphoz, egy új NYÁK-tervezési módszer jött létre – a nagy sűrűségű interconnect, vagy HDI. A HDI kialakítás fejlettebb áramköri gyártási technikákat, kisebb vonalszélességeket, vékonyabb anyagokat, valamint vak és betemetett vagy lézerrel fúrt mikrolyukakat használ. Ezeknek a nagy sűrűségű jellemzőknek köszönhetően több áramkör helyezhető el egy kisebb kártyán, és életképes csatlakozási megoldást kínál a többtűs integrált áramkörök számára.

A nagy sűrűségű lyukak használatának számos egyéb előnye is van: 

Bekötési csatornák:Mivel a vak és eltemetett lyukak és mikrolyukak nem hatolnak át a rétegrakáson, ez további vezetékcsatornákat hoz létre a tervezésben. Ezeknek a különböző átmenő furatoknak a stratégiai elhelyezésével a tervezők több száz érintkezős eszközt köthetnek be. Ha csak szabványos átmenő lyukakat használnak, az ilyen sok tűvel rendelkező eszközök általában blokkolják az összes belső vezetékcsatornát.

A jel integritása:A kisméretű elektronikai eszközökön lévő sok jelnek sajátos jelintegritási követelményei is vannak, és az átmenő furatok nem felelnek meg az ilyen tervezési követelményeknek. Ezek a lyukak antennákat képezhetnek, EMI-problémákat okozhatnak, vagy befolyásolhatják a kritikus hálózatok jelvisszatérési útvonalát. A zsáklyukak és a betemetett vagy mikrolyukak használata kiküszöböli az átmenő lyukak használata által okozott lehetséges jelintegritási problémákat.

Ahhoz, hogy jobban megértsük ezeket az átmenő furatokat, nézzük meg a nagy sűrűségű tervekben használható különböző típusú átmenőlyukakat és azok alkalmazását.

A nagy sűrűségű összekötő furatok típusa és szerkezete 

Az áteresztő lyuk az áramköri lapon lévő lyuk, amely két vagy több réteget köt össze. Általában a lyuk továbbítja az áramkör által szállított jelet a kártya egyik rétegéből a másik réteg megfelelő áramkörébe. A vezetékrétegek közötti jelek vezetése érdekében a furatokat a gyártási folyamat során fémbevonják. A konkrét felhasználástól függően a lyuk és a betét mérete eltérő. A kisebb átmenő lyukakat a jelvezetékekre, míg a nagyobb átmenő lyukakat a táp- és földelésre, illetve a túlmelegedést segítő eszközökre használják.

Különböző típusú lyukak az áramköri lapon

átmenő lyuk

Az átmenő lyuk az a szabványos átmenőlyuk, amelyet a kétoldalas nyomtatott áramköri lapokon az első bevezetésük óta használnak. A lyukakat mechanikusan fúrják át a teljes áramköri lapon, és galvanizálják. A mechanikus fúróval fúrható minimális furatnak azonban vannak bizonyos korlátai, a fúró átmérőjének a lemezvastagsághoz viszonyított oldalarányától függően. Általánosságban elmondható, hogy az átmenő furat nyílása nem kisebb, mint 0,15 mm.

Vak lyuk:

Az átmenő furatokhoz hasonlóan a lyukakat mechanikusan fúrják ki, de több gyártási lépéssel a lemeznek csak egy részét fúrják ki a felületből. A zsákfuratok a bitméret korlátozásának problémájával is szembesülnek; De attól függően, hogy a tábla melyik oldalán vagyunk, a zsáklyuk felett vagy alatt drótozhatunk.

Eltemetett lyuk:

Az eltemetett lyukakat, akárcsak a vakfuratokat, mechanikusan fúrják, de a tábla belső rétegében kezdődnek és végződnek, nem pedig a felületen. Ez az átmenő furat további gyártási lépéseket is igényel, mivel a lemezkötegbe kell beágyazni.

Mikropórus

Ezt a perforációt lézerrel távolítják el, és a nyílás kisebb, mint egy mechanikus fúrószár 0,15 mm-es határa. Mivel a mikrolyukak csak a tábla két szomszédos rétegét fedik át, a méretarány sokkal kisebbé teszi a bevonathoz használható lyukakat. Mikrolyukak is elhelyezhetők a tábla felületén vagy belsejében. A mikrolyukakat általában kitöltik és bevonják, lényegében rejtve, ezért elhelyezhetők a felületre szerelhető elemek forrasztógolyóiban, például golyós rácstömbökben (BGA). A kis nyílás miatt a mikrolyukhoz szükséges betét is jóval kisebb, mint a közönséges lyuk, körülbelül 0,300 mm.

A tervezési követelményeknek megfelelően a fenti különböző típusú furatok úgy konfigurálhatók, hogy azok együtt működjenek. Például a mikropórusok egymásra rakhatók más mikropórusokkal, valamint eltemetett lyukakkal. Ezek a lyukak lépcsőzetesen is elhelyezhetők. Amint azt korábban említettük, a mikrolyukak felületre szerelhető elemcsapokkal helyezhetők el. A vezetékek torlódásának problémáját tovább enyhíti a hagyományos elvezetés hiánya a felületi szerelőlaptól a ventilátor kimenetig.