Точно так же, как в хозяйственных магазинах необходимо управлять и отображать гвозди и винты различных типов, метрических размеров, материалов, длины, ширины, шага и т. д., при проектировании печатных плат также необходимо управлять объектами проектирования, такими как отверстия, особенно в проектах с высокой плотностью размещения. Традиционные конструкции печатных плат могут использовать только несколько различных проходных отверстий, но современные конструкции межсоединений высокой плотности (HDI) требуют множества различных типов и размеров проходных отверстий. Для правильного использования каждого проходного отверстия необходимо обеспечить максимальную производительность платы и безошибочную технологичность. В этой статье будет подробно рассмотрена необходимость управления сквозными отверстиями высокой плотности при проектировании печатных плат и способы достижения этой цели.

Факторы, определяющие разработку печатных плат высокой плотности 

Поскольку спрос на небольшие электронные устройства продолжает расти, печатным платам, питающим эти устройства, приходится уменьшаться, чтобы вписаться в них. В то же время, чтобы соответствовать требованиям повышения производительности, электронные устройства должны добавлять на плату больше устройств и схем. Размер устройств на печатной плате постоянно уменьшается, а количество контактов увеличивается, поэтому при проектировании приходится использовать контакты меньшего размера и меньшее расстояние между ними, что усложняет задачу. Для разработчиков печатных плат это все равно, что сумка становится все меньше и меньше, но в нее помещается все больше и больше вещей. Традиционные методы проектирования печатных плат быстро достигают своих пределов.

Чтобы удовлетворить потребность в добавлении большего количества схем к плате меньшего размера, появился новый метод проектирования печатных плат – межсоединение высокой плотности, или HDI. В конструкции HDI используются более совершенные технологии изготовления печатных плат, меньшая ширина линий, более тонкие материалы, а также глухие и заглубленные или просверленные лазером микроотверстия. Благодаря этим характеристикам высокой плотности на плате меньшего размера можно разместить больше схем и обеспечить эффективное решение для подключения многоконтактных интегральных схем.

Есть несколько других преимуществ использования этих отверстий высокой плотности: 

Каналы проводки:Поскольку глухие и заглубленные отверстия и микроотверстия не проникают в стопку слоев, это создает в конструкции дополнительные каналы разводки. Стратегически размещая эти различные сквозные отверстия, дизайнеры могут подключать устройства с сотнями контактов. Если используются только стандартные сквозные отверстия, устройства с таким количеством контактов обычно блокируют все внутренние каналы проводки.

Целостность сигнала:Многие сигналы на небольших электронных устройствах также имеют особые требования к целостности сигнала, а сквозные отверстия не соответствуют таким конструктивным требованиям. Эти дыры могут образовывать антенны, создавать проблемы с электромагнитными помехами или влиять на путь возврата сигнала критически важных сетей. Использование глухих отверстий и заглубленных отверстий или микроотверстий устраняет потенциальные проблемы целостности сигнала, вызванные использованием сквозных отверстий.

Чтобы лучше понять эти сквозные отверстия, давайте рассмотрим различные типы сквозных отверстий, которые можно использовать в конструкциях с высокой плотностью размещения, и их применение.

Тип и структура отверстий для межсоединений высокой плотности 

Проходное отверстие — это отверстие на печатной плате, которое соединяет два или более слоев. В общем, отверстие передает сигнал, передаваемый схемой, с одного слоя платы на соответствующую схему на другом слое. Чтобы проводить сигналы между слоями проводки, в процессе изготовления отверстия металлизируются. В зависимости от конкретного использования размер отверстия и подушечки различаются. Сквозные отверстия меньшего размера используются для сигнальной проводки, а сквозные отверстия большего размера используются для проводки питания и заземления или для обогрева устройств, перегревающихся.

Различные типы отверстий на плате

сквозное отверстие

Сквозное отверстие — это стандартное сквозное отверстие, которое используется в двусторонних печатных платах с момента их первого появления. Отверстия механически просверлены во всей печатной плате и покрыты гальванопокрытием. Однако минимальное отверстие, которое можно просверлить механическим сверлом, имеет определенные ограничения, зависящие от соотношения сторон диаметра сверла и толщины пластины. Вообще говоря, апертура сквозного отверстия составляет не менее 0,15 мм.

Глухое отверстие:

Как и сквозные отверстия, отверстия сверлятся механически, но при большем количестве этапов изготовления с поверхности сверлится только часть пластины. Слепые отверстия также сталкиваются с проблемой ограничения размера бита; Но в зависимости от того, на какой стороне платы мы находимся, мы можем провести проводку выше или ниже глухого отверстия.

Закопанная яма:

Заглубленные отверстия, как и глухие, сверлятся механически, но начинаются и заканчиваются во внутреннем слое доски, а не на поверхности. Это сквозное отверстие также требует дополнительных этапов изготовления из-за необходимости встраивания в пакет пластин.

Микропоры

Эта перфорация удаляется лазером, а апертура составляет менее 0,15 мм, предусмотренных для механического сверла. Поскольку микроотверстия охватывают только два соседних слоя платы, соотношение сторон делает отверстия, доступные для покрытия, намного меньшими. Микроотверстия также можно разместить на поверхности или внутри платы. Микроотверстия обычно заполнены и покрыты металлом, по существу скрыты, и поэтому их можно размещать в шариках припоя элементов поверхностного монтажа таких компонентов, как матрицы шариковых решеток (BGA). Из-за небольшого отверстия подушка, необходимая для микроотверстия, также намного меньше, чем обычное отверстие, около 0,300 мм.

В соответствии с требованиями дизайна, вышеупомянутые различные типы отверстий могут быть сконфигурированы так, чтобы они работали вместе. Например, микропоры могут группироваться с другими микропорами, а также с заглубленными отверстиями. Эти отверстия также могут располагаться в шахматном порядке. Как упоминалось ранее, микроотверстия могут быть размещены в контактных площадках с выводами элементов поверхностного монтажа. Проблема перегрузки проводки дополнительно смягчается отсутствием традиционной прокладки от площадки поверхностного монтажа к розетке вентилятора.