Поиск

Несквозные отверстия и микроотверстия в печатной плате

В процессе проектирования печатной платы разработчик иногда сталкивается с необходимостью выполнения несквозных отверстий – то есть переходов с одного слоя другой, без сверления печатной платы насквозь. Связано это может быть с разными причинами:


  • Сложный компонент с маленьким шагом выводов, например, BGA с шагом 0.5 мм и менее

  • Слишком плотная трассировка при небольшом размере печатной платы, и необходимость создания дополнительных «каналов» трассировки в зоне под переходным отверстием

  • Необходимость устранения того кусочка переходного отверстия, который не задействован в электрическом контакте между слоями (так называемый stub), чтобы не создавать лишних проблем для высокоскоростных сигналов

  • Потребность в ограничении распространения сигнала только в нескольких слоях, с экранированием остальных слоев – например, при разделении аналоговой и цифровой частей схемы


В англоязычной литературе для обозначения таких отверстий применяют термины blind via (отверстие выходит только на один из внешних слоев), buried via (отверстие полностью находится внутри платы, соединяя два или несколько внутренних слоев), microvia или uvia (отверстие выполнено лазером между двумя соседними слоями). В целом технология, подразумевающая высокую плотность соединений, очень маленькие зазоры и ширину проводника на плате, и применение несквозных отверстий, имеет обобщающее название HDI PCB (High Density Interconnect, или «межсоединения высокой плотности»). Существует несколько международных стандартов, имеющих отношение к HDI-платам, к их конструированию, производству и контролю качества, например:


  • IPC/JPCA-2315: Design Guide for High-density Interconnect Structures and Microvias

  • IPC-2226: Sectional Design Standard for High-density Interconnect (HDI) Printed Boards

  • IPC/JPCA-4104: Qualification and Performance Specification for Dielectric Materials for High-density Interconnect Structures (HDI)

  • IPC-6016: Qualification and Performance Specification for High-density Interconnect (HDI) Structures


В русскоязычных статьях и книгах применяют термины «глухие отверстия», «слепые отверстия», «погребенные отверстия», «микроотверстия» и др., при этом эти термины, насколько я понимаю, не всегда понимаются одинаково различными специалистами.

При формировании несквозных отверстий, при их описании в САПР печатных плат, было бы неплохо понимать заранее, какая технология будет использоваться заводом-производителем для их создания. В этой статье мы опишем несколько основных типов несквозных отверстий, на примере изготовления 4-хслойной печатной платы с несквозным отверстием между слоями 1 и 2, и дадим рекомендации по их применению в ваших проектах, в том числе для случая применения высокочастотных материалов и препрегов, таких как Rogers серии 4000.


Пример сечения 4-хслойной печатной платы с несквозным отверстием между слоями 1 и 2.
Пример сечения 4-хслойной печатной платы с несквозным отверстием между слоями 1 и 2.

Информация основана на рекомендациях различных зарубежных производителей печатных плат, с которыми взаимодействует московская компания – дистрибьютор печатных плат “PCB technology” (www.pcbtech.ru), где я работаю уже более 20 лет.

На основе этой информации вы сможете в дальнейшем создавать более сложные конструкции, комбинируя между собой эти виды отверстий и эти технологии.


Итак, вот четыре основных вида несквозных отверстий:

1. Stack up +HDI (прессование с фольгой снаружи плюс микроотверстия)

2. Core+Core +HDI (ядро плюс ядро плюс микроотверстия)

3. Drill + Resin flow (сверление плюс вытекание смолы)

4. Drill + Resin plug (сверление плюс забивка смолой)


Опишем эти варианты подробнее, рассмотрев последовательность основных операций по их изготовлению, и дадим рекомендации по конструированию таких плат.


Вариант 1: Stack up +HDI (прессование с фольгой снаружи плюс микроотверстия)


Этапы изготовления.


1. Двусторонняя заготовка – ядро стеклотекстолита.





2. Травление медного рисунка с обеих сторон.




3. Сборка пакета 4-хслойной печатной платы – ядро внутри, препреги и фольга снаружи.










4. Прессование многослойной заготовки.








5. Сверление микроотверстия лазером.








6. Металлизация отверстий и формирование внешнего рисунка меди.








Рекомендации для такой конструкции:


  1. Тут нельзя использовать ВЧ-препрег типа Ro4450.

  2. Расстояние между слоями 1 и 2 должно быть менее 0.15 мм. Рекомендуется 0.05…0.1 мм.

  3. Глубина отверстия не должна превышать его диаметр.



Вариант 2: Core+Core +HDI (ядро плюс ядро плюс микроотверстия)


Этапы изготовления


1. Двусторонняя заготовка – ядро стеклотекстолита.





2. Травление медного рисунка с одной стороны.





3. Сборка пакета 4-хслойной печатной платы – препрег внутри, ядра снаружи.










4. Прессование многослойной заготовки.








5. Сверление микроотверстия лазером.








6. Металлизация отверстий и формирование рисунка меди во внешних слоях. Дополнительная металлизация позволяет полностью заполнить отверстие медью.








Рекомендации для такой конструкции:

  1. Расстояние между слоями 1 и 2 должно быть менее 0.15 мм. Рекомендуется 0.1 мм.

  2. Если препрег 1 слой Ro4450, нужно выбирать толщину меди не более 18 мкм.

  3. Если препрег 1 слой Ro4450, конструкция Via-In-Pad (заполнение и дополнительная медная крышка на переходных отверстиях) в этой ситуации не рекомендуется.


Вариант 3: Drill + Resin flow (сверление плюс вытекание смолы)


1. Двусторонняя заготовка – ядро стеклотекстолита.





2. Сверление отверстия.





3. Металлизация отверстия.





4. Формирование медного рисунка с одной стороны заготовки.





5. Сборка пакета 4-хслойной печатной платы – препрег внутри, ядра снаружи.










6. Прессование многослойной заготовки. Смола, содержащаяся в препреге, частично или полностью заполняет отверстие.








Рекомендации по этой конструкции:

  1. Нельзя использовать только 1 слой препрега.

  2. Медь во внутренних слоях – не более 18 мкм.

  3. Если применяется препрег Ro4450, то конструкция Via-In-Pad невозможна.

  4. Диаметр отверстия не должен превышать 0.25 мм.

  5. Плотность таких несквозных отверстий не должна быть чрезмерной.


Вариант 4: Drill + Resin plug (сверление плюс забивка смолой)


1. Двусторонняя заготовка – ядро стеклотекстолита.





2. Сверление отверстия.





3. Металлизация отверстия.





4. Заполнение отверстия смолой и отверждение смолы.





5. Выравнивание поверхности для удаления излишков смолы.





6. Формирование медного рисунка с одной стороны заготовки.





7. Сборка пакета 4-хслойной печатной платы – препрег внутри, ядра снаружи.