關(guān)于在 PCB 設計中使用核心過(guò)孔

2021-08-06

關(guān)于在 PCB 設計中使用核心過(guò)孔

解決高密度互連(HDI) 問(wèn)題的一種流行方法是從簡(jiǎn)單的印刷電路板開(kāi)始，然后逐層添加。這被稱(chēng)為順序層壓工藝。為了平衡，層總是成對添加到頂部和底部。我們有一個(gè)用來(lái)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(kāi)始，然后有三個(gè)額外的層壓步驟。每一次額外的壓制都會(huì )增加兩層，一層在上一步之上，一層在上一步之下。這種結構的簡(jiǎn)寫(xiě)是 3+N+3 或簡(jiǎn)單的 3N3 堆疊。

我們可以得到更詳細的信息，并用第一次壓制時(shí)的實(shí)際層數代替 N 并稱(chēng)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(lái)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)現的實(shí)例。 

這三個(gè)不是隨機數。迎合 HDI 市場(chǎng)的晶圓廠(chǎng)將 3N3 板作為他們的最佳選擇。那么如何調整工廠(chǎng)以構建特定的堆棧呢？是裝備問(wèn)題。當化學(xué)過(guò)程完成它們的工作時(shí)，面板會(huì )短暫地通過(guò)蝕刻和電鍍槽。鉆孔，尤其是機械鉆孔，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(xiàn)，有四臺鉆機和一臺打印機。介于這兩者之間的是工廠(chǎng)中一些最昂貴的設備。這些項目將是印刷機?；蛘?，可能在較小的商店的情況下，新聞。新聞是瓶頸。這是順序構建需要更長(cháng)時(shí)間和成本更高的主要原因。安排參觀(guān)當地供應商。壓力機與鉆孔站的比率將說(shuō)明它們是專(zhuān)注于通孔板還是高密度板。

擁有足夠帶寬的印刷廠(chǎng)可以在 3N3 板上交付，同時(shí)保持工廠(chǎng)其他部分的產(chǎn)能。這種技術(shù)水平對于大多數應用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。智能手機需要一疊貫穿整個(gè)電路板的微通孔。這是他們的芯片組和為電池讓路的嚴密包裝的功能。他們的工廠(chǎng)車(chē)間將反映這些需求。

問(wèn)題的核心 - 從通孔開(kāi)始 

除了缺少阻焊層和絲印外，“簡(jiǎn)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(huì )有重疊的定義。即使它是一個(gè)核心加上額外的預浸料層，我們仍然會(huì )稱(chēng)它為核心。如果設計需要，最終成為核心通孔的將是一個(gè)穿過(guò)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(lái)源： 增加引腳密度將 PCB 推向更高的技術(shù)水平。順序層壓板是2021年的主流答案

這個(gè)初始構建塊的材料可以是用于完全剛性結構的玻璃編織物，也可以是用于剛性/柔性場(chǎng)景的聚酰亞胺。在任何情況下，磁芯中的機械鉆孔都填充有樹(shù)脂，這些樹(shù)脂構成了電路板電介質(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(kāi)始順序層壓。

從核心孔中擠出更多

強調核心通孔從通孔開(kāi)始的事實(shí)，需要相同的電鍍工藝才能在孔中沉積銅。這轉化為使用與外層與典型內層約束一致的更大的最小氣隙和線(xiàn)寬。

知道更厚的銅有利于更寬的幾何形狀，將這些層專(zhuān)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，中間的層是細線(xiàn)布線(xiàn)的候選者。

當層數變得繁忙時(shí)，必然會(huì )有多個(gè)子板堆積在一起，這樣從路由的角度來(lái)看，核心過(guò)孔跨度更像是本地電梯。將總線(xiàn)和相關(guān)電源域分組到專(zhuān)用部分將降低這些史詩(shī)般的高層數板上的交叉污染。

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(huì )得到一個(gè)不會(huì )增加層壓周期的微通孔。就像找錢(qián)一樣！

圖 3. 圖片來(lái)源： 一個(gè) 1N1+ 堆疊，帶有來(lái)自第 2-5 層的核心通孔和來(lái)自第 2-3 和 4-5 層的“免費”微通孔。請注意，通孔在技術(shù)上用于組件而不是過(guò)孔。

如果您喜歡錢(qián)，則應避免嘗試將微通孔堆疊在與核心通孔相同的位置。這是最嚴重的 DFM 違規之一。核心通孔和相鄰微通孔之間的確切距離會(huì )有所不同。我猜如果你四處詢(xún)問(wèn)，首選的結果是兩個(gè)過(guò)孔之間的跨度相當于不同網(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(huì )讓你無(wú)所適從。許多芯片并不是為低調的電路板打造的。將其推到相同網(wǎng)絡(luò )過(guò)孔間距的極限是讓盲孔/埋孔和核心過(guò)孔的捕獲焊盤(pán)彼此相切；接觸但不重疊。

小心過(guò)度使用過(guò)渡層。它將忙于小雪人形過(guò)孔對，因此很容易將它們擠在一起。細間距球柵陣列 (BGA) 器件下的空間可能相當寶貴，因此最好將它們在器件下的使用最小化到那些穿過(guò)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(guò)微通孔訪(fǎng)問(wèn)的層上遠離器件布線(xiàn)，然后通過(guò)更大的通孔進(jìn)行跳轉，那里有更多的空間供它們使用。

縫合過(guò)孔以獲得強大的返回路徑和 EMI 抑制

趨向于返回路徑將涉及許多具有接地過(guò)孔圖案的位置。越早了解這些細節，實(shí)施起來(lái)就越容易。無(wú)論走線(xiàn)在何處經(jīng)過(guò)過(guò)渡，都應提供將各種參考平面連接在一起的規定。

您可能需要創(chuàng )建穿過(guò)電路板的散熱路徑?？紤]留下一些介電材料以保持一定程度的阻抗和結構完整性。從源頭周?chē)募虚_(kāi)始，但隨著(zhù)通孔連接到電路板的另一側而分散開(kāi)。我從來(lái)沒(méi)有這樣做過(guò)，但不明白為什么你不能通過(guò)填充物使用導熱膏來(lái)增加耗散因數。

 任何類(lèi)型的通孔線(xiàn)都會(huì )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。錯開(kāi)它們的爆發(fā)方式有助于避免磁耦合。當過(guò)孔在穿過(guò)平面時(shí)有自己的空隙時(shí)，它是快樂(lè )的。當然，已婚夫婦，AKA 差分對是個(gè)例外。

所以你有它。核心過(guò)孔是順序組裝板基礎的一部分。它們的使用意味著(zhù)將混合使用一層或多層埋孔和盲孔。這是解決大多數 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，那就繼續努力吧。