Stejně jako železářství potřebují spravovat a vystavovat hřebíky a šrouby různých typů, metrických rozměrů, materiálů, délek, šířek a roztečí atd., i návrh desek plošných spojů musí spravovat návrhové objekty, jako jsou otvory, zejména u návrhů s vysokou hustotou propojení. Tradiční návrhy desek plošných spojů mohou používat pouze několik různých průchozích otvorů, ale dnešní návrhy propojení s vysokou hustotou (HDI) vyžadují mnoho různých typů a velikostí průchozích otvorů. Každý průchozí otvor je třeba spravovat, aby byl použit správně, a tím byl zajištěn maximální výkon desky a bezchybná vyrobitelnost. Tento článek se bude podrobněji zabývat potřebou správy průchozích otvorů s vysokou hustotou v návrhu desek plošných spojů a tím, jak toho dosáhnout.

Faktory, které ovlivňují návrh desek plošných spojů s vysokou hustotou 

Vzhledem k rostoucí poptávce po malých elektronických zařízeních se musí desky plošných spojů, které tato zařízení napájejí, zmenšovat, aby se do nich vešly. Zároveň, aby elektronická zařízení splnila požadavky na zlepšení výkonu, musí na desku přidávat další součástky a obvody. Velikost součástek s plošnými spoji se neustále zmenšuje a počet pinů se zvyšuje, takže je nutné při návrhu používat menší piny a menší rozteče, což problém ještě více komplikuje. Pro návrháře desek plošných spojů je to ekvivalent stále menšího a menšího sáčku, který pojme stále více věcí. Tradiční metody návrhu desek plošných spojů rychle dosahují svých limitů.

Aby bylo možné přidat více obvodů na menší desku, vznikla nová metoda návrhu desek plošných spojů – High-Dency Interconnect neboli HDI. Návrh HDI využívá pokročilejší techniky výroby desek plošných spojů, menší šířky vodičů, tenčí materiály a slepé, zapuštěné nebo laserem vrtané mikrootvory. Díky těmto charakteristikám vysoké hustoty lze na menší desku umístit více obvodů, což poskytuje vhodné řešení pro připojení vícepinových integrovaných obvodů.

Existuje několik dalších výhod použití těchto otvorů s vysokou hustotou: 

Kabelové kanály:Protože slepé, zapuštěné a mikrootvory nepronikají vrstvou, vytvářejí se v návrhu další kabelové kanály. Strategickým umístěním těchto různých průchozích otvorů mohou konstruktéři propojit zařízení se stovkami pinů. Pokud se použijí pouze standardní průchozí otvory, zařízení s takovým počtem pinů obvykle zablokují všechny vnitřní kabelové kanály.

Integrita signálu:Mnoho signálů na malých elektronických zařízeních má také specifické požadavky na integritu signálu a průchozí otvory tyto konstrukční požadavky nesplňují. Tyto otvory mohou tvořit antény, způsobovat problémy s elektromagnetickým rušením nebo ovlivňovat zpětnou cestu signálu v kritických sítích. Použití slepých otvorů a zapuštěných nebo mikrootvorů eliminuje potenciální problémy s integritou signálu způsobené použitím průchozích otvorů.

Abychom těmto průchozím otvorům lépe porozuměli, podívejme se na různé typy průchozích otvorů, které lze použít ve vysoce hustých provedeních, a na jejich aplikace.

Typ a struktura propojovacích otvorů s vysokou hustotou 

Průchozí otvor je otvor na desce plošných spojů, který spojuje dvě nebo více vrstev. Otvor obecně přenáší signál přenášený obvodem z jedné vrstvy desky do odpovídajícího obvodu na druhé vrstvě. Aby se signály vedly mezi vrstvami vodičů, jsou otvory během výrobního procesu metalizovány. Velikost otvoru a kontaktní plošky se liší v závislosti na konkrétním použití. Menší průchozí otvory se používají pro signální vodiče, zatímco větší průchozí otvory se používají pro napájecí a zemnící vodiče nebo k ochraně zařízení před přehříváním.

Různé typy otvorů na desce plošných spojů

průchozí otvor

Průchozí otvor je standardní průchozí otvor, který se používá u oboustranných desek plošných spojů od jejich prvního zavedení. Otvory jsou mechanicky provrtány skrz celou desku plošných spojů a jsou galvanicky pokoveny. Minimální otvor, který lze vyvrtat mechanickou vrtačkou, má však určitá omezení v závislosti na poměru stran průměru vrtáku k tloušťce desky. Obecně řečeno, otvor průchozího otvoru není menší než 0,15 mm.

Slepá díra:

Stejně jako průchozí otvory se otvory vrtají mechanicky, ale s více výrobními kroky se z povrchu vrtá pouze část desky. Slepé otvory se také potýkají s problémem omezení velikosti bitu; v závislosti na tom, na které straně desky se nacházíme, však můžeme zapojit vodiče nad nebo pod slepý otvor.

Zakopaná díra:

Zapuštěné otvory, stejně jako slepé otvory, se vrtají mechanicky, ale začínají a končí ve vnitřní vrstvě desky, nikoli na povrchu. Tento průchozí otvor také vyžaduje další výrobní kroky kvůli nutnosti zapuštění do stohu desek.

Mikroporézní

Tato perforace je odstraněna laserem a otvor je menší než limit 0,15 mm u mechanického vrtáku. Protože mikrootvory se rozprostírají pouze přes dvě sousední vrstvy desky, poměr stran značně zmenšuje otvory dostupné pro pokovování. Mikrootvory lze také umístit na povrch nebo uvnitř desky. Mikrootvory jsou obvykle vyplněny a pokoveny, v podstatě skryté, a proto je lze umístit do pájecích kuliček pro povrchovou montáž součástek, jako jsou například BGA (Ball Grid Arrays). Vzhledem k malému otvoru je i ploška potřebná pro mikrootvor mnohem menší než u běžného otvoru, přibližně 0,300 mm.

Dle konstrukčních požadavků lze výše uvedené různé typy otvorů konfigurovat tak, aby fungovaly společně. Například mikropóry lze vrstvit s jinými mikropóry, stejně jako se zapuštěnými otvory. Tyto otvory lze také střídavě uspořádat. Jak již bylo zmíněno, mikrootvory lze umístit do kontaktních plošek s piny pro povrchovou montáž. Problém s přetížením kabeláže je dále zmírněn absencí tradičního vedení od kontaktní plošky pro povrchovou montáž k výstupu ventilátoru.