Rovnako ako železiarstva potrebujú spravovať a zobrazovať klince a skrutky rôznych typov, metrických, materiálových, dĺžkových, šírkových a rozstupov atď., aj dizajn PCB potrebuje spravovať dizajnové objekty, ako sú diery, najmä v dizajne s vysokou hustotou. Tradičné návrhy dosiek plošných spojov môžu používať iba niekoľko rôznych priechodných otvorov, ale dnešné návrhy prepojení s vysokou hustotou (HDI) vyžadujú veľa rôznych typov a veľkostí priechodných otvorov. Každý priechodný otvor musí byť riadený, aby sa správne používal, aby sa zabezpečil maximálny výkon dosky a bezchybná výroba. Tento článok sa bude zaoberať potrebou spravovať priechodné otvory s vysokou hustotou v dizajne PCB a ako to dosiahnuť.

Faktory, ktoré riadia dizajn PCB s vysokou hustotou 

Keďže dopyt po malých elektronických zariadeniach neustále rastie, dosky plošných spojov, ktoré napájajú tieto zariadenia, sa musia zmenšiť, aby sa do nich zmestili. Súčasne, aby sa splnili požiadavky na zlepšenie výkonu, elektronické zariadenia musia pridať ďalšie zariadenia a obvody na dosku. Veľkosť zariadení s plošnými spojmi sa neustále zmenšuje a počet kolíkov sa zvyšuje, takže pri návrhu musíte použiť menšie kolíky a užšie rozostupy, čo komplikuje problém. Pre dizajnérov dosiek plošných spojov je to ekvivalent toho, že sa taška zmenšuje a zmenšuje, pričom v nej drží stále viac vecí. Tradičné metódy navrhovania dosiek plošných spojov rýchlo dosahujú svoje hranice.

Aby sa vyhovelo potrebe pridať viac obvodov na menšiu veľkosť dosky, vznikla nová metóda návrhu PCB – high-density Interconnect alebo HDI. Dizajn HDI využíva pokročilejšie techniky výroby dosiek plošných spojov, menšie šírky čiar, tenšie materiály a slepé a zakopané alebo laserom vŕtané mikrootvory. Vďaka týmto charakteristikám vysokej hustoty je možné umiestniť viac obvodov na menšiu dosku a poskytnúť životaschopné riešenie pripojenia pre viackolíkové integrované obvody.

Existuje niekoľko ďalších výhod používania týchto otvorov s vysokou hustotou: 

Kanály zapojenia:Pretože slepé a zakopané otvory a mikrootvory nepreniknú cez zväzok vrstiev, v konštrukcii sa tým vytvárajú dodatočné kanály pre vedenie. Strategickým umiestnením týchto rôznych priechodných otvorov môžu dizajnéri prepojiť zariadenia so stovkami kolíkov. Ak sa použijú iba štandardné priechodné otvory, zariadenia s toľkými kolíkmi zvyčajne zablokujú všetky vnútorné káblové kanály.

Integrita signálu:Mnoho signálov na malých elektronických zariadeniach má tiež špecifické požiadavky na integritu signálu a priechodné otvory nespĺňajú takéto konštrukčné požiadavky. Tieto otvory môžu vytvárať antény, spôsobovať problémy s EMI alebo ovplyvňovať spätnú dráhu signálu kritických sietí. Použitie slepých otvorov a skrytých alebo mikrootvorov eliminuje potenciálne problémy s integritou signálu spôsobené použitím priechodných otvorov.

Aby sme lepšie porozumeli týmto priechodným otvorom, pozrime sa na rôzne typy priechodných otvorov, ktoré možno použiť v dizajnoch s vysokou hustotou a ich aplikáciách.

Typ a štruktúra prepojovacích otvorov s vysokou hustotou 

Priechodný otvor je otvor na doske plošných spojov, ktorý spája dve alebo viac vrstiev. Vo všeobecnosti diera prenáša signál prenášaný obvodom z jednej vrstvy dosky do zodpovedajúceho obvodu na druhej vrstve. Aby sa viedli signály medzi vrstvami vodičov, otvory sa počas výrobného procesu pokovujú. Podľa konkrétneho použitia sa veľkosť otvoru a podložky líši. Menšie priechodné otvory sa používajú na signálne vedenie, zatiaľ čo väčšie priechodné otvory sa používajú na napájanie a uzemnenie alebo na pomoc pri zahrievaní zariadení, ktoré sa prehrievajú.

Rôzne typy otvorov na doske plošných spojov

priechodný otvor

Priechodný otvor je štandardný priechodný otvor, ktorý sa používa na obojstranných doskách s plošnými spojmi od ich prvého uvedenia. Otvory sú mechanicky vyvŕtané cez celú dosku plošných spojov a sú galvanicky pokovované. Minimálny vývrt, ktorý je možné vyvŕtať mechanickou vŕtačkou, má však určité obmedzenia v závislosti od pomeru strán priemeru vrtáka k hrúbke dosky. Všeobecne povedané, otvor priechodného otvoru nie je menší ako 0,15 mm.

Slepá diera:

Rovnako ako priechodné otvory sú otvory vŕtané mechanicky, ale pri viacerých výrobných krokoch sa z povrchu vŕta iba časť dosky. Slepé otvory tiež čelia problému obmedzenia veľkosti bitov; Ale podľa toho, na ktorej strane dosky sme, môžeme drôtovať nad alebo pod slepým otvorom.

Zakopaná diera:

Zakopané diery, podobne ako slepé diery, sa vŕtajú mechanicky, ale začínajú a končia skôr vo vnútornej vrstve dosky ako na povrchu. Tento priechodný otvor tiež vyžaduje dodatočné výrobné kroky kvôli potrebe zabudovania do zväzku dosiek.

Micropore

Táto perforácia sa odstráni laserom a otvor je menší ako 0,15 mm limit mechanického vrtáka. Pretože mikrootvory presahujú iba dve susediace vrstvy dosky, pomer strán robí otvory dostupné na pokovovanie oveľa menšími. Mikrootvory môžu byť umiestnené aj na povrchu alebo vo vnútri dosky. Mikrootvory sú zvyčajne vyplnené a pokovované, v podstate skryté, a preto môžu byť umiestnené do guľôčok na povrchovú montáž prvkov, ako sú guľové mriežkové polia (BGA). Vďaka malému otvoru je podložka potrebná pre mikrootvor tiež oveľa menšia ako bežný otvor, asi 0,300 mm.

Podľa konštrukčných požiadaviek môžu byť vyššie uvedené rôzne typy otvorov nakonfigurované tak, aby spolupracovali. Napríklad mikropóry môžu byť stohované s inými mikropórmi, ako aj so zakopanými otvormi. Tieto otvory môžu byť tiež usporiadané. Ako už bolo spomenuté, mikrootvory možno umiestniť do podložiek s kolíkmi prvkov na povrchovú montáž. Problém preťaženia kabeláže je ďalej zmiernený absenciou tradičného vedenia od podložky na povrchovú montáž k výstupu ventilátora.