Proprio come i negozi di ferramenta devono gestire ed esporre chiodi e viti di vario tipo, metrico, materiale, lunghezza, larghezza e passo, ecc., anche la progettazione PCB deve gestire oggetti di design come i fori, soprattutto nella progettazione ad alta densità.I progetti PCB tradizionali possono utilizzare solo pochi fori di passaggio diversi, ma i progetti di interconnessione ad alta densità (HDI) di oggi richiedono molti tipi e dimensioni diversi di fori di passaggio.Ogni foro di passaggio deve essere gestito per essere utilizzato correttamente, garantendo le massime prestazioni della scheda e una producibilità senza errori.Questo articolo approfondirà la necessità di gestire fori passanti ad alta densità nella progettazione PCB e come raggiungere questo obiettivo.

Fattori che determinano la progettazione di PCB ad alta densità 

Poiché la domanda di piccoli dispositivi elettronici continua a crescere, i circuiti stampati che alimentano questi dispositivi devono ridursi per poter essere inseriti al loro interno.Allo stesso tempo, per soddisfare i requisiti di miglioramento delle prestazioni, i dispositivi elettronici devono aggiungere più dispositivi e circuiti sulla scheda.La dimensione dei dispositivi PCB diminuisce costantemente e il numero di pin aumenta, quindi è necessario utilizzare pin più piccoli e spaziature più ravvicinate durante la progettazione, il che rende il problema più complicato.Per i progettisti di PCB, questo equivale a una borsa che diventa sempre più piccola, pur contenendo sempre più cose.I metodi tradizionali di progettazione dei circuiti stampati raggiungono rapidamente i loro limiti.

Per soddisfare la necessità di aggiungere più circuiti a una scheda di dimensioni più piccole, è nato un nuovo metodo di progettazione PCB: interconnessione ad alta densità o HDI.Il design HDI utilizza tecniche di produzione di circuiti stampati più avanzate, larghezze di linea più piccole, materiali più sottili e microfori ciechi e interrati o perforati al laser.Grazie a queste caratteristiche di alta densità, è possibile posizionare più circuiti su una scheda più piccola e fornire una valida soluzione di connessione per circuiti integrati multipolare.

Ci sono molti altri vantaggi derivanti dall’utilizzo di questi fori ad alta densità: 

Canali di cablaggio:Poiché i fori e i microfori ciechi e interrati non penetrano nella pila di strati, ciò crea canali di cablaggio aggiuntivi nel progetto.Posizionando strategicamente questi diversi fori passanti, i progettisti possono cablare dispositivi con centinaia di pin.Se vengono utilizzati solo fori passanti standard, i dispositivi con così tanti pin solitamente bloccheranno tutti i canali di cablaggio interni.

Integrità del segnale:Molti segnali su piccoli dispositivi elettronici hanno anche requisiti specifici di integrità del segnale e i fori passanti non soddisfano tali requisiti di progettazione.Questi fori possono formare antenne, introdurre problemi EMI o influenzare il percorso di ritorno del segnale di reti critiche.L'utilizzo di fori ciechi e interrati o di microfori elimina potenziali problemi di integrità del segnale causati dall'utilizzo di fori passanti.

Per comprendere meglio questi fori passanti, esaminiamo i diversi tipi di fori passanti che possono essere utilizzati nei progetti ad alta densità e le loro applicazioni.

Tipo e struttura dei fori di interconnessione ad alta densità 

Un foro passante è un foro sul circuito che collega due o più strati.In generale, il foro trasmette il segnale portato dal circuito da uno strato della scheda al circuito corrispondente dell'altro strato.Per condurre i segnali tra gli strati del cablaggio, i fori vengono metallizzati durante il processo di produzione.A seconda dell'uso specifico, la dimensione del foro e del tampone sono diverse.I fori passanti più piccoli vengono utilizzati per il cablaggio del segnale, mentre i fori passanti più grandi vengono utilizzati per il cablaggio di alimentazione e di terra o per favorire il riscaldamento dei dispositivi surriscaldati.

Diversi tipi di fori sul circuito

foro passante

Il foro passante è il foro passante standard utilizzato sui circuiti stampati a doppia faccia sin dalla loro introduzione.I fori sono praticati meccanicamente attraverso l'intero circuito e sono galvanizzati.Tuttavia, il foro minimo che può essere praticato con un trapano meccanico presenta alcune limitazioni, a seconda del rapporto tra il diametro della punta e lo spessore della piastra.In generale l'apertura del foro passante non è inferiore a 0,15 mm.

Foro cieco:

Come i fori passanti, i fori vengono praticati meccanicamente, ma con più fasi di lavorazione, solo una parte della piastra viene forata dalla superficie.I buchi ciechi affrontano anche il problema della limitazione della dimensione dei bit;Ma a seconda del lato della tavola in cui ci troviamo, possiamo cablare sopra o sotto il foro cieco.

Buco sepolto:

I fori interrati, come i fori ciechi, vengono praticati meccanicamente, ma iniziano e terminano nello strato interno della tavola anziché sulla superficie.Questo foro passante richiede inoltre fasi di produzione aggiuntive a causa della necessità di essere incorporato nella pila di piastre.

Microporo

Questa perforazione viene ablata con un laser e l'apertura è inferiore al limite di 0,15 mm di una punta da trapano meccanica.Poiché i microfori si estendono solo su due strati adiacenti del pannello, le proporzioni rendono i fori disponibili per la placcatura molto più piccoli.I microfori possono anche essere posizionati sulla superficie o all'interno della tavola.I microfori sono solitamente riempiti e placcati, essenzialmente nascosti, e possono quindi essere posizionati nelle sfere di saldatura degli elementi a montaggio superficiale di componenti come i Ball Grid Array (BGA).A causa della piccola apertura, anche la superficie necessaria per il microforo è molto più piccola del foro ordinario, circa 0,300 mm.

A seconda dei requisiti di progettazione, i diversi tipi di fori sopra indicati possono essere configurati per farli funzionare insieme.Ad esempio, i micropori possono essere impilati con altri micropori, nonché con fori interrati.Questi fori possono anche essere sfalsati.Come accennato in precedenza, i microfori possono essere posizionati nei pad con perni dell'elemento a montaggio superficiale.Il problema della congestione del cablaggio è ulteriormente alleviato dall'assenza del percorso tradizionale dal supporto per montaggio superficiale all'uscita della ventola.