В современной отрасли, где высокая плотность соединений и высокоскоростная передача сигналов стали стандартом, структура отверстий печатной платы больше не является простым «проводящим каналом», а основным элементом, который напрямую определяет плотность проводки, целостность сигнала и объем массового производства. Многие инженеры по аппаратному обеспечению часто сталкиваются с элементами подтверждения выбора, такими как «сквозные отверстия, глухие отверстия и заглубленные отверстия» в листе инженерного обеспечения завода по производству плат, когда сталкиваются с плотной разводкой BGA и проектированием платы высокого уровня. Небольшое отклонение от суждения может привести к недостаточному пространству для проводки, длинным путям возврата сигнала и даже к значительному снижению общего ресурса платы.
Определения ядра и структурные различия трех типов пор
С точки зрения структурной сущности основное различие между сквозным, глухим и заглубленным отверстием заключается в «диапазоне проникновения отверстия в плате», и эти три соответствуют разным логикам обработки и границам применения:
-
Сквозное отверстие: Он напрямую проникает от верхнего слоя к нижнему, полностью проникая во все слои печатной платы, и представляет собой наиболее традиционную структуру межсоединений. Его логика обработки заключается в том, чтобы «сначала опрессовать всю плату, а затем механически просверлить отверстия за один прием», с самой простой технологической цепочкой и наименьшими затратами.
-
-
Глухое отверстие: соединяет только внешний слой печатной платы с указанным внутренним слоем и не проникает во всю плату. Если взять в качестве примера 8- и 14-слойные платы, глухие отверстия в 8-слойных платах могут обеспечить слои 1-L2, 1-L3, 1-4L, 1-5L, 2-3L, 5-8L и 7-8L. . 14 Глухие отверстия могут обеспечить межслойные соединения 1-7L, 1-10L, 8-14L и 11-14L.
-
-
Конфиденциальность обязательна, изображение обработано и предназначено только для справки.
Погребенная дыра: полностью погружен внутри печатной платы, не выходя на внешнюю поверхность. Например, в 20-слойной плате скрытые отверстия обеспечивают соединение только от L2 до L4, и положение отверстий невозможно наблюдать с обеих сторон платы. Логика его обработки заключается в том, чтобы сначала просверлить отверстия для металлизации, а затем участвовать в ламинировании. Вся обработка отверстий должна быть завершена на этапе внутренней сердцевины платы, а затем отверстия полностью заворачиваются внутрь платы посредством последующих процессов ламинирования.
-
Конфиденциальность обязательна, изображение обработано и предназначено только для справки.
-
Процесс изготовления и основные параметры трех типов отверстий
Разные структуры отверстий соответствуют совершенно разным технологическим связям и точности управления, что также является основной причиной огромной разницы в стоимости между многослойными платами высокого порядка и обычными платами со сквозными отверстиями:
-
-
Процесс сквозного отверстия: используются обычные сверла из вольфрамовой стали диаметром 0,2 мм или более, а скорость шпинделя регулируется от 80 000 до 150 000 оборотов в минуту. Одно сверление может завершить полную обработку пластины. Стандартное соотношение сторон контролируется в пределах 10:1, а завод по производству картона обеспечивает обмен химикатов в стенках отверстий через горизонтальные гальванические линии PTH. Однородность толщины меди может стабильно соответствовать стандартам IPC уровня 2 или выше. В настоящее время в сценариях массового производства минимальная апертура сквозных отверстий может достигать 0,15 мм, но когда она меньше 0,2 мм, требуется специальная оптимизация параметров оборудования.
-
-
Технология глухих отверстий: разделен на два маршрута: традиционные глухие отверстия с механическим управлением и обычные глухие отверстия с помощью лазера. Механические глухие отверстия сверлятся с использованием сверлильного оборудования с контролем глубины с точностью глубины, контролируемой в пределах ± 0,05 мм, и обычным соотношением AR 1,2:1; Лазерные слепые отверстия удаляются с помощью CO ₂ или УФ-лазеров с точностью апертуры ± 0,01 мм и минимальной апертурой 3 мил. Плотность энергии стабильно контролируется на уровне 8-12 Дж/см², при этом внутренний слой и нижний контур не повреждаются на протяжении всего процесса. После завершения лазерной обработки глухого отверстия необходимо оптимизировать скорость потока и время замачивания раствора лекарственного средства, чтобы избежать остаточного раствора лекарственного средства в глухом концевом отверстии и обеспечить отсутствие пустот в медном углублении.
-
-
-
-
Процесс захоронения: Полностью основанный на обработке тонких плит, механическое сверление сначала выполняется на независимой внутренней плите, а затем карбонизированная смола на стенках отверстия удаляется путем мокрого сверления с перманганатом калия. После этого толщина меди на стенке отверстия увеличивается до 10-20 мкм путем химического осаждения меди и полной гальванизации платы. Наконец, схема внутреннего слоя травится, а затем участвует в последующем многослойном ламинировании. На протяжении всего процесса необходимо точно контролировать температуру, давление и временные параметры ламинирования, чтобы избежать закупорки заглубленных отверстий потоком клея в полуотвержденном листе или смещения и деформации тонкой основной плиты, вызванной напряжением ламинирования.
-
Типичные случаи применения в промышленности
Комбинированный выбор различных пористых структур напрямую определяет верхний предел характеристик конечного продукта. Uniwell Circuits сформировала зрелые решения для внедрения в нескольких высокотехнологичных областях производства:
-
24-слойная высокоскоростная объединительная плата сервера AI: Вся плата использует базовую схему соединения «сквозное отверстие + обратное сверление» и оснащена лазерными глухими отверстиями 1-2 порядка в области разъема ЦП, что сокращает длину обратного пути вывода BGA более чем на 40%, позволяет избежать серьезного отражения высокоскоростных сигналов в остаточной куче сквозных отверстий и соответствует требованиям передачи сигналов SerDes со скоростью выше 25 Гбит / с. Если во всех этих конструкциях будут использоваться обычные сквозные отверстия, то не только будет совершенно недостаточно места для проводки, но и целостность сигнала не будет соответствовать стандартам.
-
-
-
-
16 слоев RO4350B+RO4450F высокочастотная плата с глухими отверстиями: В области модуля радиочастотного приемопередатчика глухие лазерные отверстия L1-L2 используются для обеспечения близлежащего заземления, контролируя паразитную индуктивность переходного отверстия в пределах 0,1 нГн и значительно снижая вносимые потери сигналов миллиметрового диапазона 77 ГГц. Если используется обычное сквозное отверстие, слишком длинный путь заземления приведет к снижению усиления антенны на 2–3 дБ, что не соответствует требованиям к расстоянию обнаружения радара, установленного на транспортном средстве.
|
|
Конфиденциальность обязательна, изображение обработано и предназначено только для справки.
-
-
10 слоев HDI 3-го порядка с глухими погребенными отверстиями: под чипом SOC флагманской материнской платы смартфона используется конструкция «скрытое отверстие + стопка отверстий» для обеспечения высокой плотности вентилятора из тысяч контактов в области BGA размером с ноготь. Без увеличения общего количества слоев ресурсы проводки увеличиваются на 40%, а путь переключения сигнального уровня значительно сокращается, что снижает общее энергопотребление примерно на 12%.
-
26-слойная объединительная плата для тестирования полупроводников: В интерфейсной области платы датчиков используется большое количество скрытых отверстий для обеспечения взаимного соединения между соседними слоями внутреннего слоя, не занимая при этом никакого внешнего места для проводки. Даже при наличии более чем 20 000 каналов межсоединений на всей плате допуск импеданса всех сигнальных каналов по-прежнему контролируется в пределах ± 5%, что соответствует требованиям высокоточной синхронизации при тестировании микросхем. -
Основные принципы принятия решений по выбору
В практических проектах нет абсолютного превосходства или неполноценности среди трех типов отверстий, есть только различия в сценариях адаптации: обычные промышленные платы управления, двухслойные четырехслойные потребительские электронные платы и конструкции со сквозными отверстиями являются предпочтительными для максимального контроля затрат при одновременном удовлетворении требований к производительности; Платы BGA высокой плотности и высокоскоростные серверные платы могут предоставить ресурсы для оптимизации проводки первого порядка для «слепых отверстий»; Платы HDI высокого класса и миниатюрные радиочастотные модули требуют конструкции с комбинацией глухих отверстий для достижения максимальной плотности межсоединений на ограниченной площади платы.