关于在 PCB 设计中使用(yòng)核心过孔

2021-08-06

关于在 PCB 设计中使用(yòng)核心过孔

解决高密度互连(HDI) 问题的一种流行方法是从简单的印刷電(diàn)路板开始，然后逐层添加。这被称為(wèi)顺序层压工艺。為(wèi)了平衡，层总是成对添加到顶部和底部。我们有(yǒu)一个用(yòng)来描述序列的符号。

一个典型的例子是一块板，它在初始压制中从 N 层开始，然后有(yǒu)三个额外的层压步骤。每一次额外的压制都会增加两层，一层在上一步之上，一层在上一步之下。这种结构的简写是 3+N+3 或简单的 3N3 堆叠。

我们可(kě)以得到更详细的信息，并用(yòng)第一次压制时的实际层数代替 N 并称之為(wèi)，例如，一个 3+4+3 板，甚至十层。事实上，制造商(shāng)更关心的是之后添加了多(duō)少层，而不是在第一步中使用(yòng)了多(duō)少层。

图 1. 图片来源：此 14 层 3+N+3 板的副本可(kě)以同化為(wèi) 42 层板，作為(wèi)高级叠层可(kě)能(néng)实现的实例。 

这三个不是随机数。迎合 HDI 市场的晶圆厂将 3N3 板作為(wèi)他(tā)们的最佳选择。那么如何调整工厂以构建特定的堆栈呢(ne)？是装备问题。当化學(xué)过程完成它们的工作时，面板会短暂地通过蚀刻和電(diàn)镀槽。钻孔，尤其是机械钻孔，比丝网印刷等其他(tā)一些批处理(lǐ)工艺要慢一些。

因此，对于每条電(diàn)镀線(xiàn)，有(yǒu)四台钻机和一台打印机。介于这两者之间的是工厂中一些最昂贵的设备。这些项目将是印刷机。或者，可(kě)能(néng)在较小(xiǎo)的商(shāng)店(diàn)的情况下，新(xīn)闻。新(xīn)闻是瓶颈。这是顺序构建需要更長(cháng)时间和成本更高的主要原因。安排参观当地供应商(shāng)。压力机与钻孔站的比率将说明它们是专注于通孔板还是高密度板。

拥有(yǒu)足够带宽的印刷厂可(kě)以在 3N3 板上交付，同时保持工厂其他(tā)部分(fēn)的产能(néng)。这种技术水平对于大多(duō)数应用(yòng)来说已经足够了。智能(néng)手机需要一叠贯穿整个電(diàn)路板的微通孔。这是他(tā)们的芯片组和為(wèi)電(diàn)池让路的严密包装的功能(néng)。他(tā)们的工厂車(chē)间将反映这些需求。

问题的核心 - 从通孔开始 

除了缺少阻焊层和丝印外，“简单板”是完整的。核心将至少有(yǒu)两层，但通常更多(duō)。我们谈论核心和预浸材料，但这与“核心”的定义略有(yǒu)不同。我们的核心可(kě)以是两层，在这种情况下会有(yǒu)重叠的定义。即使它是一个核心加上额外的预浸料层，我们仍然会称它為(wèi)核心。如果设计需要，最终成為(wèi)核心通孔的将是一个穿过多(duō)片核心材料的堆叠的孔。在这种情况下，核心是第一次层压循环的产物(wù)。

图 2. 图片来源： 增加引脚密度将 PCB 推向更高的技术水平。顺序层压板是2021年的主流答(dá)案

这个初始构建块的材料可(kě)以是用(yòng)于完全刚性结构的玻璃编织物(wù)，也可(kě)以是用(yòng)于刚性/柔性场景的聚酰亚胺。在任何情况下，磁芯中的机械钻孔都填充有(yǒu)树脂，这些树脂构成了電(diàn)路板電(diàn)介质中玻璃纤维之间的空间。填充后，用(yòng)铜覆盖它们，然后可(kě)以开始顺序层压。

从核心孔中挤出更多(duō)

强调核心通孔从通孔开始的事实，需要相同的電(diàn)镀工艺才能(néng)在孔中沉积铜。这转化為(wèi)使用(yòng)与外层与典型内层约束一致的更大的最小(xiǎo)气隙和線(xiàn)宽。

知道更厚的铜有(yǒu)利于更宽的几何形状，将这些层专用(yòng)于電(diàn)源和接地网络是有(yǒu)意义的，它们碰巧也从厚铜和宽几何形状中受益。自然，中间的层是细線(xiàn)布線(xiàn)的候选者。

当层数变得繁忙时，必然会有(yǒu)多(duō)个子板堆积在一起，这样从路由的角度来看，核心过孔跨度更像是本地電(diàn)梯。将总線(xiàn)和相关電(diàn)源域分(fēn)组到专用(yòng)部分(fēn)将降低这些史诗般的高层数板上的交叉污染。

如果核心是多(duō)层堆叠，则可(kě)以在按顺序添加第一对附加层之前在核心部分(fēn)创建一些微通孔。您只需要在外层上使用(yòng)薄電(diàn)介质即可(kě)制造微通孔。您会得到一个不会增加层压周期的微通孔。就像找钱一样！

图 3. 图片来源： 一个 1N1+ 堆叠，带有(yǒu)来自第 2-5 层的核心通孔和来自第 2-3 和 4-5 层的“免费”微通孔。请注意，通孔在技术上用(yòng)于组件而不是过孔。

如果您喜欢钱，则应避免尝试将微通孔堆叠在与核心通孔相同的位置。这是最严重的 DFM 违规之一。核心通孔和相邻微通孔之间的确切距离会有(yǒu)所不同。我猜如果你四处询问，首选的结果是两个过孔之间的跨度相当于不同网络的气隙。相同网络间距的正常通孔到通孔间距為(wèi)供应商(shāng)提供了一条通往成功的广阔道路。

在某些情况下，这种想法会让你无所适从。许多(duō)芯片并不是為(wèi)低调的電(diàn)路板打造的。将其推到相同网络过孔间距的极限是让盲孔/埋孔和核心过孔的捕获焊盘彼此相切；接触但不重叠。

小(xiǎo)心过度使用(yòng)过渡层。它将忙于小(xiǎo)雪(xuě)人形过孔对，因此很(hěn)容易将它们挤在一起。细间距球栅阵列 (BGA) 器件下的空间可(kě)能(néng)相当宝贵，因此最好将它们在器件下的使用(yòng)最小(xiǎo)化到那些穿过電(diàn)路板的连接，例如旁路帽或其他(tā)一些令人信服的原因。在可(kě)通过微通孔访问的层上遠(yuǎn)离器件布線(xiàn)，然后通过更大的通孔进行跳转，那里有(yǒu)更多(duō)的空间供它们使用(yòng)。

缝合过孔以获得强大的返回路径和 EMI 抑制

趋向于返回路径将涉及许多(duō)具有(yǒu)接地过孔图案的位置。越早了解这些细节，实施起来就越容易。无论走線(xiàn)在何处经过过渡，都应提供将各种参考平面连接在一起的规定。

您可(kě)能(néng)需要创建穿过電(diàn)路板的散热路径。考虑留下一些介電(diàn)材料以保持一定程度的阻抗和结构完整性。从源头周围的集中开始，但随着通孔连接到電(diàn)路板的另一侧而分(fēn)散开。我从来没有(yǒu)这样做过，但不明白為(wèi)什么你不能(néng)通过填充物(wù)使用(yòng)导热膏来增加耗散因数。

 任何类型的通孔線(xiàn)都会在平面上产生槽。有(yǒu)时，你被卡住了，不得不这样做。在这些情况下，稍加努力就足以将插槽分(fēn)成两个较小(xiǎo)的插槽。核心通孔的移动自由度优于固定在特定引脚上的通孔。错开它们的爆发方式有(yǒu)助于避免磁耦合。当过孔在穿过平面时有(yǒu)自己的空隙时，它是快乐的。当然，已婚夫妇，AKA 差分(fēn)对是个例外。

所以你有(yǒu)它。核心过孔是顺序组装板基础的一部分(fēn)。它们的使用(yòng)意味着将混合使用(yòng)一层或多(duō)层埋孔和盲孔。这是解决大多(duō)数 HDI 路由研究的组合。拥有(yǒu)一个核心通孔的成本与拥有(yǒu)多(duō)个核心通孔的成本相同，因此，如果您已经在走那条路，那就继续努力吧。