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關(guān)于在 PCB 設(shè)計(jì)中使用核心過孔
關(guān)于在 PCB 設(shè)計(jì)中使用核心過孔
解決高密度互連(HDI) 問題的一種流行方法是從簡單的印刷電路板開始，然后逐層添加。這被稱為順序?qū)訅汗に嚒榱似胶猓瑢涌偸浅蓪μ砑拥巾敳亢偷撞俊Ｎ覀冇幸粋€(gè)用來描述序列的符號。
一個(gè)典型的例子是一塊板，它在初始壓制中從 N 層開始，然后有三個(gè)額外的層壓步驟。每一次額外的壓制都會增加兩層，一層在上一步之上，一層在上一步之下。這種結(jié)構(gòu)的簡寫是 3+N+3 或簡單的 3N3 堆疊。
我們可以得到更詳細(xì)的信息，并用第一次壓制時(shí)的實(shí)際層數(shù)代替 N 并稱之為，例如，一個(gè) 3+4+3 板，甚至十層。事實(shí)上，制造商更關(guān)心的是之后添加了多少層，而不是在第一步中使用了多少層。
圖 1. 圖片來源：此 14 層 3+N+3 板的副本可以同化為 42 層板，作為高級疊層可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。
這三個(gè)不是隨機(jī)數(shù)。迎合 HDI 市場的晶圓廠將 3N3 板作為他們的最佳選擇。那么如何調(diào)整工廠以構(gòu)建特定的堆棧呢？是裝備問題。當(dāng)化學(xué)過程完成它們的工作時(shí)，面板會短暫地通過蝕刻和電鍍槽。鉆孔，尤其是機(jī)械鉆孔，比絲網(wǎng)印刷等其他一些批處理工藝要慢一些。
因此，對于每條電鍍線，有四臺鉆機(jī)和一臺打印機(jī)。介于這兩者之間的是工廠中一些最昂貴的設(shè)備。這些項(xiàng)目將是印刷機(jī)。或者，可能在較小的商店的情況下，新聞。新聞是瓶頸。這是順序構(gòu)建需要更長時(shí)間和成本更高的主要原因。安排參觀當(dāng)?shù)毓?yīng)商。壓力機(jī)與鉆孔站的比率將說明它們是專注于通孔板還是高密度板。
擁有足夠帶寬的印刷廠可以在 3N3 板上交付，同時(shí)保持工廠其他部分的產(chǎn)能。這種技術(shù)水平對于大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。智能手機(jī)需要一疊貫穿整個(gè)電路板的微通孔。這是他們的芯片組和為電池讓路的嚴(yán)密包裝的功能。他們的工廠車間將反映這些需求。
問題的核心 - 從通孔開始
除了缺少阻焊層和絲印外，“簡單板”是完整的。核心將至少有兩層，但通常更多。我們談?wù)摵诵暮皖A(yù)浸材料，但這與“核心”的定義略有不同。我們的核心可以是兩層，在這種情況下會有重疊的定義。即使它是一個(gè)核心加上額外的預(yù)浸料層，我們?nèi)匀粫Q它為核心。如果設(shè)計(jì)需要，最終成為核心通孔的將是一個(gè)穿過多片核心材料的堆疊的孔。在這種情況下，核心是第一次層壓循環(huán)的產(chǎn)物。
圖 2. 圖片來源： 增加引腳密度將 PCB 推向更高的技術(shù)水平。順序?qū)訅喊迨?span>2021年的主流答案
這個(gè)初始構(gòu)建塊的材料可以是用于完全剛性結(jié)構(gòu)的玻璃編織物，也可以是用于剛性/柔性場景的聚酰亞胺。在任何情況下，磁芯中的機(jī)械鉆孔都填充有樹脂，這些樹脂構(gòu)成了電路板電介質(zhì)中玻璃纖維之間的空間。填充后，用銅覆蓋它們，然后可以開始順序?qū)訅骸?span>
從核心孔中擠出更多
強(qiáng)調(diào)核心通孔從通孔開始的事實(shí)，需要相同的電鍍工藝才能在孔中沉積銅。這轉(zhuǎn)化為使用與外層與典型內(nèi)層約束一致的更大的最小氣隙和線寬。
知道更厚的銅有利于更寬的幾何形狀，將這些層專用于電源和接地網(wǎng)絡(luò)是有意義的，它們碰巧也從厚銅和寬幾何形狀中受益。自然，中間的層是細(xì)線布線的候選者。
當(dāng)層數(shù)變得繁忙時(shí)，必然會有多個(gè)子板堆積在一起，這樣從路由的角度來看，核心過孔跨度更像是本地電梯。將總線和相關(guān)電源域分組到專用部分將降低這些史詩般的高層數(shù)板上的交叉污染。
如果核心是多層堆疊，則可以在按順序添加第一對附加層之前在核心部分創(chuàng)建一些微通孔。您只需要在外層上使用薄電介質(zhì)即可制造微通孔。您會得到一個(gè)不會增加層壓周期的微通孔。就像找錢一樣！
圖 3. 圖片來源： 一個(gè) 1N1+ 堆疊，帶有來自第 2-5 層的核心通孔和來自第 2-3 和 4-5 層的“免費(fèi)”微通孔。請注意，通孔在技術(shù)上用于組件而不是過孔。
如果您喜歡錢，則應(yīng)避免嘗試將微通孔堆疊在與核心通孔相同的位置。這是最嚴(yán)重的 DFM 違規(guī)之一。核心通孔和相鄰微通孔之間的確切距離會有所不同。我猜如果你四處詢問，首選的結(jié)果是兩個(gè)過孔之間的跨度相當(dāng)于不同網(wǎng)絡(luò)的氣隙。相同網(wǎng)絡(luò)間距的正常通孔到通孔間距為供應(yīng)商提供了一條通往成功的廣闊道路。
在某些情況下，這種想法會讓你無所適從。許多芯片并不是為低調(diào)的電路板打造的。將其推到相同網(wǎng)絡(luò)過孔間距的極限是讓盲孔/埋孔和核心過孔的捕獲焊盤彼此相切；接觸但不重疊。
小心過度使用過渡層。它將忙于小雪人形過孔對，因此很容易將它們擠在一起。細(xì)間距球柵陣列 (BGA) 器件下的空間可能相當(dāng)寶貴，因此最好將它們在器件下的使用最小化到那些穿過電路板的連接，例如旁路帽或其他一些令人信服的原因。在可通過微通孔訪問的層上遠(yuǎn)離器件布線，然后通過更大的通孔進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，那里有更多的空間供它們使用。
縫合過孔以獲得強(qiáng)大的返回路徑和 EMI 抑制
趨向于返回路徑將涉及許多具有接地過孔圖案的位置。越早了解這些細(xì)節(jié)，實(shí)施起來就越容易。無論走線在何處經(jīng)過過渡，都應(yīng)提供將各種參考平面連接在一起的規(guī)定。
您可能需要?jiǎng)?chuàng)建穿過電路板的散熱路徑。考慮留下一些介電材料以保持一定程度的阻抗和結(jié)構(gòu)完整性。從源頭周圍的集中開始，但隨著通孔連接到電路板的另一側(cè)而分散開。我從來沒有這樣做過，但不明白為什么你不能通過填充物使用導(dǎo)熱膏來增加耗散因數(shù)。
任何類型的通孔線都會在平面上產(chǎn)生槽。有時(shí)，你被卡住了，不得不這樣做。在這些情況下，稍加努力就足以將插槽分成兩個(gè)較小的插槽。核心通孔的移動(dòng)自由度優(yōu)于固定在特定引腳上的通孔。錯(cuò)開它們的爆發(fā)方式有助于避免磁耦合。當(dāng)過孔在穿過平面時(shí)有自己的空隙時(shí)，它是快樂的。當(dāng)然，已婚夫婦，AKA 差分對是個(gè)例外。
所以你有它。核心過孔是順序組裝板基礎(chǔ)的一部分。它們的使用意味著將混合使用一層或多層埋孔和盲孔。這是解決大多數(shù) HDI 路由研究的組合。擁有一個(gè)核心通孔的成本與擁有多個(gè)核心通孔的成本相同，因此，如果您已經(jīng)在走那條路，那就繼續(xù)努力吧。