เช่นเดียวกับที่ร้านค้าฮาร์ดแวร์จำเป็นต้องจัดการและแสดงตะปูและสกรูประเภทต่างๆ ระบบเมตริก วัสดุ ความยาว ความกว้าง และระยะพิทช์ ฯลฯ การออกแบบ PCB ก็จำเป็นต้องจัดการวัตถุการออกแบบ เช่น รู โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบที่มีความหนาแน่นสูง การออกแบบ PCB แบบดั้งเดิมอาจใช้รูทะลุที่แตกต่างกันเพียงไม่กี่ช่อง แต่การออกแบบการเชื่อมต่อระหว่างกันความหนาแน่นสูง (HDI) ในปัจจุบันต้องใช้รูทะลุประเภทและขนาดที่แตกต่างกันมากมาย แต่ละรูทะลุต้องได้รับการจัดการเพื่อให้ใช้งานได้อย่างถูกต้อง เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของบอร์ดสูงสุดและความสามารถในการผลิตที่ปราศจากข้อผิดพลาด บทความนี้จะอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับความจำเป็นในการจัดการรูทะลุที่มีความหนาแน่นสูงในการออกแบบ PCB และวิธีการบรรลุเป้าหมายนี้

ปัจจัยที่ขับเคลื่อนการออกแบบ PCB ความหนาแน่นสูง 

เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กยังคงเพิ่มขึ้น แผงวงจรพิมพ์ที่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เหล่านี้จึงต้องหดตัวลงเพื่อให้พอดีกับอุปกรณ์เหล่านั้น ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการปรับปรุงประสิทธิภาพ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะต้องเพิ่มอุปกรณ์และวงจรบนบอร์ดมากขึ้น ขนาดของอุปกรณ์ PCB ลดลงอย่างต่อเนื่อง และจำนวนพินก็เพิ่มขึ้น ดังนั้นคุณจึงต้องใช้พินที่เล็กลงและเว้นระยะห่างมากขึ้นในการออกแบบ ซึ่งจะทำให้ปัญหาซับซ้อนมากขึ้น สำหรับนักออกแบบ PCB สิ่งนี้เทียบเท่ากับกระเป๋าที่เล็กลงเรื่อยๆ ในขณะที่บรรจุสิ่งของต่างๆ ได้มากขึ้นเรื่อยๆ วิธีการออกแบบแผงวงจรแบบดั้งเดิมถึงขีดจำกัดอย่างรวดเร็ว

เพื่อตอบสนองความต้องการในการเพิ่มวงจรให้บอร์ดมีขนาดเล็กลง วิธีการออกแบบ PCB ใหม่จึงเกิดขึ้น - การเชื่อมต่อระหว่างกันความหนาแน่นสูงหรือ HDI การออกแบบ HDI ใช้เทคนิคการผลิตแผงวงจรขั้นสูง ความกว้างของเส้นที่เล็กลง วัสดุที่บางกว่า และไมโครโฮลแบบฝังหรือฝังหรือเจาะด้วยเลเซอร์ ด้วยคุณลักษณะความหนาแน่นสูงเหล่านี้ ทำให้สามารถวางวงจรได้มากขึ้นบนบอร์ดขนาดเล็ก และมอบโซลูชันการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพสำหรับวงจรรวมแบบหลายพิน

การใช้รูความหนาแน่นสูงเหล่านี้มีประโยชน์อื่นๆ อีกหลายประการ: 

ช่องทางเดินสายไฟ:เนื่องจากรูตาบอดและรูฝังและไมโครโฮลไม่สามารถทะลุชั้นซ้อนได้ จึงสร้างช่องทางเดินสายเพิ่มเติมในการออกแบบ ด้วยการวางรูทะลุต่างๆ เหล่านี้อย่างมีกลยุทธ์ นักออกแบบจึงสามารถต่อสายอุปกรณ์ด้วยพินนับร้อยได้ หากใช้เฉพาะรูทะลุมาตรฐาน อุปกรณ์ที่มีพินจำนวนมากมักจะปิดกั้นช่องสายไฟด้านในทั้งหมด

ความสมบูรณ์ของสัญญาณ:สัญญาณจำนวนมากบนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กยังมีข้อกำหนดความสมบูรณ์ของสัญญาณเฉพาะ และรูทะลุไม่ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบดังกล่าว รูเหล่านี้สามารถสร้างเสาอากาศ ทำให้เกิดปัญหา EMI หรือส่งผลต่อเส้นทางส่งกลับสัญญาณของเครือข่ายที่สำคัญ การใช้รูบอดและการฝังหรือไมโครโฮลช่วยขจัดปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้รูทะลุ

เพื่อให้เข้าใจรูทะลุเหล่านี้ได้ดีขึ้น เรามาดูรูทะลุประเภทต่างๆ ที่สามารถนำไปใช้ในการออกแบบที่มีความหนาแน่นสูงและการใช้งานได้

ประเภทและโครงสร้างของรูเชื่อมต่อโครงข่ายความหนาแน่นสูง 

รูทะลุคือรูบนแผงวงจรที่เชื่อมต่อเลเยอร์ตั้งแต่ 2 ชั้นขึ้นไป โดยทั่วไป รูจะส่งสัญญาณที่ส่งผ่านวงจรจากชั้นหนึ่งของบอร์ดไปยังวงจรที่สอดคล้องกันบนอีกชั้นหนึ่ง เพื่อส่งสัญญาณระหว่างชั้นสายไฟ รูต่างๆ จะถูกทำให้เป็นโลหะในระหว่างกระบวนการผลิต ตามการใช้งานเฉพาะ ขนาดของรูและแผ่นรองจะแตกต่างกัน รูทะลุที่เล็กกว่าใช้สำหรับการเดินสายสัญญาณ ในขณะที่รูทะลุที่ใหญ่กว่านั้นใช้สำหรับการเดินสายไฟและสายดิน หรือเพื่อช่วยให้อุปกรณ์มีความร้อนสูงเกินไป

รูประเภทต่างๆ บนแผงวงจร

ทะลุผ่านรู

รูทะลุเป็นรูทะลุมาตรฐานที่ใช้กับแผงวงจรพิมพ์สองด้านนับตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรก รูถูกเจาะด้วยเครื่องจักรผ่านแผงวงจรทั้งหมดและชุบด้วยไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม รูเจาะขั้นต่ำที่สามารถเจาะด้วยสว่านกลได้นั้นมีข้อจำกัดบางประการ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกว้างยาวของเส้นผ่านศูนย์กลางของสว่านต่อความหนาของแผ่น โดยทั่วไปแล้ว รูรับแสงของรูทะลุจะต้องไม่ต่ำกว่า 0.15 มม.

รูตัน:

เช่นเดียวกับรูทะลุ รูจะถูกเจาะโดยใช้กลไก แต่ด้วยขั้นตอนการผลิตที่มากกว่า จึงมีเพียงส่วนหนึ่งของแผ่นเท่านั้นที่ถูกเจาะจากพื้นผิว รูบอดยังประสบปัญหาเรื่องการจำกัดขนาดบิตด้วย แต่ขึ้นอยู่กับว่าเราอยู่ด้านใดของกระดาน เราสามารถโยงสายไฟด้านบนหรือด้านล่างรูตันได้

หลุมฝัง:

รูที่ฝังอยู่นั้นเหมือนกับรูตัน ที่ถูกเจาะโดยใช้เครื่องจักร แต่เริ่มต้นและสิ้นสุดที่ชั้นในของกระดาน แทนที่จะเป็นพื้นผิว รูทะลุนี้ยังต้องมีขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติม เนื่องจากจำเป็นต้องฝังลงในปึกแผ่น

ไมโครพอร์

การเจาะนี้ถูกกำจัดด้วยเลเซอร์ และรูรับแสงน้อยกว่าขีดจำกัด 0.15 มม. ของดอกสว่านเชิงกล เนื่องจากรูไมโครขยายเพียงสองชั้นที่อยู่ติดกันของบอร์ด อัตราส่วนภาพจึงทำให้รูสำหรับชุบมีขนาดเล็กลงมาก Microholes สามารถวางบนพื้นผิวหรือด้านในของกระดานได้ โดยปกติแล้วไมโครโฮลจะถูกเติมและชุบ โดยซ่อนไว้ ดังนั้นจึงสามารถวางในลูกบอลประสานองค์ประกอบที่ยึดบนพื้นผิวของส่วนประกอบต่างๆ เช่น ball grid arrays (BGA) เนื่องจากรูรับแสงแคบ แผ่นที่จำเป็นสำหรับรูไมโครจึงเล็กกว่ารูทั่วไปมากเช่นกัน ประมาณ 0.300 มม.

ตามความต้องการในการออกแบบ สามารถกำหนดค่ารูประเภทต่างๆ ข้างต้นเพื่อให้ทำงานร่วมกันได้ ตัวอย่างเช่น ไมโครพอร์สามารถซ้อนกับไมโครพอร์อื่นๆ ได้ รวมถึงมีรูฝังอยู่ด้วย หลุมเหล่านี้สามารถเซได้เช่นกัน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สามารถวางไมโครโฮลไว้ในแผ่นอิเล็กโทรดที่มีหมุดยึดบนพื้นผิวได้ ปัญหาความแออัดของสายไฟยังบรรเทาลงได้ เนื่องจากไม่มีการกำหนดเส้นทางแบบเดิมจากแผ่นยึดพื้นผิวไปยังช่องระบายอากาศของพัดลม