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 soluzione di connessione praticabile 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 degli elementi 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.