У сучасній галузі, де високощільне з’єднання та високошвидкісна передача сигналу стали стандартом, структура отворів на друкованій платі більше не є простим «провідним каналом», а основним елементом, який безпосередньо визначає щільність проводки, цілісність сигналу та продуктивність масового виробництва. Багато інженерів апаратного забезпечення часто стикаються з елементами підтвердження вибору, такими як «наскрізні отвори, глухі отвори та закопані отвори» в аркуші технічного еквалайзера фабрики плати, коли вони стикаються з щільною проводкою BGA та дизайном плати високого рівня. Незначне відхилення від оцінки може призвести до недостатнього простору для проводки, довгих шляхів повернення сигналу та навіть значного зниження загальної продуктивності плати.
Основні визначення та структурні відмінності трьох типів пор
З точки зору структурної сутності, основна відмінність між наскрізним отвором, глухим отвором і закопаним отвором полягає в «діапазоні проникнення отвору в платі», і ці три відповідають різним логікам обробки та межам застосування:
-
Наскрізний отвір: Він безпосередньо проникає від верхнього шару до нижнього, повністю проникаючи в усі шари друкованої плати, і є найбільш традиційною структурою з’єднання. Його логіка обробки така: «спочатку пресуйте всю дошку, а потім свердліть отвори механічно одним рухом», із найпростішим процесом і найнижчою вартістю.
-
-
Глуха діра: з’єднує лише зовнішній шар друкованої плати з указаним внутрішнім шаром і не проникає через всю плату. Беручи 8-шарові та 14-шарові плати як приклади, глухі отвори у 8-шарових платах можуть досягати 1-L2, 1-L3, 1-4L, 1-5L, 2-3L, 5-8L та 7-8L. 14 шарів глухих отворів можуть досягати міжшарових з’єднань 1-7L, 1-10L, 8-14L, і 11-14л.
-
-
Конфіденційність обов'язкова, зображення оброблено і є лише для ознайомлення
Закопана яма: повністю поховано всередині друкованої плати, не виходячи на зовнішню поверхню. Наприклад, у 20-шаровій платі сховані отвори досягають взаємозв’язку лише від L2 до L4, а положення отворів неможливо спостерігати з обох боків плати. Логіка його обробки полягає в тому, щоб спочатку свердлити отвори для металізації, а потім брати участь в ламінуванні. Уся обробка отворів повинна бути завершена на етапі внутрішньої основної плати, а потім отвори повністю загортаються всередину плати за допомогою наступних процесів ламінування.
-
Конфіденційність обов'язкова, зображення оброблено і є лише для ознайомлення
-
Процес виготовлення та основні параметри трьох типів отворів
Різні структури отворів відповідають абсолютно різним ланкам процесу та точності керування, що також є основною причиною величезної різниці у вартості між багатошаровими платами високого рівня та звичайними платами з наскрізними отворами:
-
-
Процес через отвір: Використовуються звичайні свердла з вольфрамової сталі діаметром 0,2 мм або більше, а швидкість шпинделя регулюється від 80 000 до 150 000 обертів на хвилину. Одне свердління може завершити повну обробку плити. Співвідношення сторін промислового стандарту контролюється в межах 10:1, а фабрика з виробництва плит забезпечує обмінну здатність хімікатів для стінок отворів через горизонтальні лінії гальванічного покриття PTH. Рівномірність товщини міді може стабільно відповідати стандартам IPC 2 або вище. Зараз у сценаріях основного масового виробництва мінімальний отвір наскрізних отворів може досягати 0,15 мм, але коли він менше 0,2 мм, потрібна спеціальна оптимізація параметрів обладнання.
-
-
Технологія глухих отворів: розділений на два маршрути: традиційні глибокі глухі отвори з механічним керуванням і основні глухі отвори лазера. Механічні глухі отвори свердляться за допомогою свердлільного обладнання з контролем глибини, з точністю глибини, що контролюється в межах ± 0,05 мм, і звичайним співвідношенням AR 1,2:1; Лазерні глухі отвори видаляються за допомогою CO₂ або УФ-лазерів з точністю апертури ± 0,01 мм і мінімальною апертурою 3 mil. Щільність енергії стабільно контролюється на рівні 8-12 Дж/см², а внутрішній шар і нижній контур не будуть пошкоджені протягом усього процесу. Після завершення обробки глухого отвору лазером необхідно оптимізувати швидкість потоку та час замочування розчину лікарського засобу, щоб уникнути залишкового розчину лікарського засобу в глухому кінцевому отворі та переконатися, що в мідному каналі немає пустот.
-
-
-
-
Процес поховання: Повністю заснований на обробці тонкої серцевини, спочатку виконується механічне свердління на незалежній внутрішній серцевині, а потім карбонізована смола на стінці отвору видаляється шляхом мокрого свердління перманганатом калію. Після цього товщина міді на стінці отвору збільшується до 10-20 мкм шляхом хімічного осадження міді та повного гальванічного покриття. Нарешті, схема внутрішнього шару витравлюється, а потім бере участь у подальшому багатошаровому ламінуванні. Протягом усього процесу необхідно точно контролювати параметри температури, тиску та часу ламінування, щоб уникнути блокування закопаних отворів потоком клею в напівзатверділому листі або зміщення та деформації тонкої основної плити, викликаної напругою ламінування.
-
Типові випадки застосування в галузі
Вибір комбінації різних пористих структур безпосередньо визначає верхню межу продуктивності кінцевого продукту. Компанія Uniwell Circuits розробила зрілі рішення для впровадження в багатьох галузях виробництва високого класу:
-
24-шарова високошвидкісна об’єднавча плата сервера AI: Вся плата використовує базову схему з’єднання «наскрізний отвір+свердління назад» і оснащена лазерними глухими отворами 1-2 порядків у зоні роз’єму процесора, що зменшує довжину зворотного шляху контакту BGA більш ніж на 40%, уникаючи серйозного відбиття високошвидкісних сигналів на залишковій купі через отвір, і відповідає вимогам передачі сигналів SerDes понад 25 Гбіт/с. Якщо у всіх цих конструкціях використовуються звичайні наскрізні отвори, не тільки місця для проводки буде зовсім недостатньо, але і цілісність сигналу не відповідатиме стандартам.
-
-
-
-
16 шарів RO4350B+RO4450F високочастотної плати з глухими отворами: У зоні радіочастотного трансивера глухі отвори лазера L1-L2 використовуються для досягнення близького заземлення, контролюючи паразитну індуктивність переходу в межах 0,1 нГн і значно зменшуючи внесені втрати сигналів міліметрового діапазону 77 ГГц. Якщо використовується звичайний наскрізний отвір, надмірно довгий шлях заземлення призведе до зменшення коефіцієнта підсилення антени на 2-3 дБ, що не відповідає вимогам щодо відстані виявлення радіолокатора, встановленого на транспортному засобі.
|
|
Конфіденційність обов'язкова, зображення оброблено і є лише для ознайомлення
-
-
10-шарова дошка з глухими отворами 3-го порядку HDI: Під мікросхемою SOC флагманської материнської плати смартфона використовується конструкція «сліпий закопаний отвір+укладений отвір», щоб створити віяло високої щільності з тисяч контактів у зоні BGA розміром із ніготь. Без збільшення загальної кількості шарів ресурси проводки збільшуються на 40%, а шлях комутації сигнального рівня значно скорочується, зменшуючи загальне енергоспоживання приблизно на 12%.
-
26 шарів напівпровідникової об'єднавчої плати: У зоні інтерфейсу плати датчика використовується велика кількість прихованих отворів для досягнення взаємозв’язку між суміжними шарами у внутрішньому шарі, не займаючи зовнішнього простору для проводки. Навіть з більш ніж 20 000 каналами з’єднання на всій платі допуск імпедансу всіх сигнальних каналів все ще контролюється в межах ± 5%, що відповідає вимогам високоточної синхронізації при тестуванні чіпа. -
Основні принципи прийняття рішень щодо вибору
У практичних проектах немає абсолютної переваги чи неповноцінності між трьома типами отворів, лише відмінності в сценаріях адаптації: переважні звичайні промислові плати керування, двошарові чотиришарові споживчі електронні плати та конструкції з повними наскрізними отворами, щоб максимізувати контроль над витратами та відповідати вимогам продуктивності; Плати BGA високої щільності та високошвидкісні серверні плати можуть запровадити ресурси проводки для оптимізації глухих отворів першого порядку; Плати високого класу HDI та мініатюрні радіочастотні модулі вимагають комбінованої конструкції з глухими отворами для досягнення найвищої щільності з’єднань на обмеженій площі плати.