בדיוק כפי שחנויות לחומרי בניין צריכות לנהל ולהציג מסמרים וברגים מסוגים שונים, מטריים, חומרים, אורך, רוחב וגובה וכו', עיצוב PCB צריך לנהל גם אובייקטים עיצוביים כמו חורים, במיוחד בעיצוב בצפיפות גבוהה. עיצובי PCB מסורתיים עשויים להשתמש רק בכמה חורי מעבר שונים, אך עיצובי החיבורים בצפיפות גבוהה (HDI) של היום דורשים סוגים וגדלים רבים ושונים של חורי מעבר. כל חור מעבר צריך להיות מנוהל כדי להשתמש בו בצורה נכונה, כדי להבטיח ביצועים מקסימליים של לוח ויכולת ייצור ללא שגיאות. מאמר זה ירחיב על הצורך לנהל חורים דרך בצפיפות גבוהה בתכנון PCB וכיצד להשיג זאת.

גורמים המניעים עיצוב PCB בצפיפות גבוהה 

ככל שהביקוש למכשירים אלקטרוניים קטנים ממשיך לגדול, לוחות המעגלים המודפסים שמפעילים את המכשירים הללו צריכים להתכווץ כדי להשתלב בהם. יחד עם זאת, על מנת לעמוד בדרישות שיפור הביצועים, מכשירים אלקטרוניים צריכים להוסיף עוד התקנים ומעגלים על הלוח. גודלם של התקני PCB יורד כל הזמן, ומספר הפינים גדל, כך שצריך להשתמש בפינים קטנים יותר וברווחים קרובים יותר לתכנון, מה שהופך את הבעיה למסובכת יותר. עבור מעצבי PCB, זו המקבילה לכך שהתיק הולך וקטן, תוך שהוא מחזיק בתוכו עוד ועוד דברים. השיטות המסורתיות של עיצוב מעגלים מגיעות במהירות לגבולותיהן.

על מנת לענות על הצורך להוסיף מעגלים נוספים לגודל לוח קטן יותר, נוצרה שיטת עיצוב PCB חדשה - High-density Interconnect, או HDI. עיצוב ה-HDI משתמש בטכניקות ייצור של לוחות מעגלים מתקדמות יותר, רוחבי קווים קטנים יותר, חומרים דקים יותר וחורי מיקרו עיוורים וקבורים או שנקדחו בלייזר. הודות למאפייני הצפיפות הגבוהה הללו, ניתן למקם יותר מעגלים על לוח קטן יותר ולספק פתרון חיבור בר-קיימא למעגלים משולבים מרובי פינים.

ישנם מספר יתרונות נוספים של שימוש בחורים בצפיפות גבוהה אלה: 

חיווט ערוצי:מכיוון שחורים ומיקרו-חורים עיוורים וקבורים אינם חודרים לערימת השכבות, הדבר יוצר ערוצי חיווט נוספים בעיצוב. על ידי מיקום אסטרטגי של חורים דרך שונים אלה, מעצבים יכולים לחבר מכשירים עם מאות פינים. אם משתמשים רק בחורים דרך סטנדרטיים, התקנים עם כל כך הרבה פינים בדרך כלל יחסמו את כל ערוצי החיווט הפנימיים.

שלמות האות:לאותות רבים במכשירים אלקטרוניים קטנים יש גם דרישות ספציפיות לתקינות האות, וחורים דרך אינם עומדים בדרישות עיצוב כאלה. חורים אלה יכולים ליצור אנטנות, להציג בעיות EMI או להשפיע על נתיב החזרת האות של רשתות קריטיות. השימוש בחורים עיוורים ובחורים קבורים או מיקרו-חורים מבטל בעיות פוטנציאליות של שלמות האות הנגרמות כתוצאה משימוש בחורים דרך.

כדי להבין טוב יותר את החורים החודרים הללו, הבה נסתכל על הסוגים השונים של חורים דרך שניתן להשתמש בהם בעיצובים בצפיפות גבוהה והיישומים שלהם.

סוג ומבנה של חורי חיבור בצפיפות גבוהה 

חור מעבר הוא חור בלוח המעגל שמחבר בין שתי שכבות או יותר. באופן כללי, החור מעביר את האות שנושא המעגל משכבה אחת של הלוח למעגל המקביל בשכבה השנייה. על מנת להעביר אותות בין שכבות החיווט, החורים עוברים מתכת במהלך תהליך הייצור. בהתאם לשימוש הספציפי, גודל החור והרפידה שונים. חורים חודרים קטנים יותר משמשים לחיווט אותות, בעוד שחורים גדולים יותר משמשים לחיווט חשמל והארקה, או כדי לסייע בחימום התקני התחממות יתר.

סוגים שונים של חורים בלוח המעגלים

חור דרך

החור המעבר הוא החור הסטנדרטי שנמצא בשימוש במעגלים מודפסים דו-צדדיים מאז שהוצגו לראשונה. החורים נקדחים באופן מכני דרך כל לוח המעגלים ומצוידים באלקטרו. עם זאת, לקידוח המינימלי שניתן לקדוח על ידי מקדחה מכנית יש מגבלות מסוימות, בהתאם ליחס הממדים של קוטר המקדחה לעובי הצלחת. באופן כללי, הפתח של החור העובר הוא לא פחות מ-0.15 מ"מ.

חור עיוור:

כמו חורים דרך, החורים נקדחים בצורה מכנית, אך עם שלבי ייצור רבים יותר, רק חלק מהצלחת נקדח מפני השטח. חורים עיוורים מתמודדים גם עם הבעיה של הגבלת גודל הסיביות; אבל תלוי באיזה צד של הלוח אנחנו נמצאים, נוכל לחווט מעל או מתחת לחור העיוור.

חור קבור:

חורים קבורים, כמו חורים עיוורים, קודחים בצורה מכנית, אך מתחילים ונגמרים בשכבה הפנימית של הלוח ולא במשטח. חור דרך זה דורש גם שלבי ייצור נוספים בשל הצורך להיות מוטבע בערימת הצלחות.

Micropore

ניקוב זה מובטל בלייזר והפתח קטן ממגבלת 0.15 מ"מ של מקדח מכני. מכיוון שהמיקרוחורים משתרעים רק על שתי שכבות סמוכות של הלוח, יחס הגובה-רוחב הופך את החורים לזמינים לציפוי קטנים בהרבה. ניתן למקם חורים מיקרו גם על פני השטח או בתוך הלוח. המיקרו-חורים ממולאים ומצופים בדרך כלל, מוסתרים למעשה, ולכן ניתן למקם אותם בכדורי הלחמה של רכיבים על פני השטח של רכיבים כגון מערכי רשת כדוריים (BGA). בשל הצמצם הקטן, גם הרפידה הנדרשת למיקרוחור קטנה בהרבה מהחור הרגיל, כ-0.300 מ"מ.

על פי דרישות התכנון, ניתן להגדיר את סוגי החורים השונים לעיל כך שיעבדו יחד. לדוגמה, ניתן לערום מיקרו-נקבים עם מיקרו-נקבים אחרים, כמו גם עם חורים קבורים. חורים אלה יכולים גם להיות מדורגים. כפי שצוין קודם לכן, ניתן למקם חורים מיקרו ברפידות עם פיני אלמנטים על פני השטח. הבעיה של גודש חיווט מוקל עוד יותר על ידי היעדר הניתוב המסורתי מכרית ההרכבה על פני השטח לשקע המאוורר.