Proprio come i negozi di ferramenta devono gestire ed esporre chiodi e viti di vario tipo, metriche, materiali, lunghezza, larghezza e passo, ecc., anche la progettazione di PCB deve gestire elementi di design come i fori, soprattutto nei progetti ad alta densità. I ​​progetti PCB tradizionali possono utilizzare solo pochi fori passanti diversi, ma i progetti di interconnessione ad alta densità (HDI) odierni richiedono molti tipi e dimensioni di fori passanti diversi. Ogni foro passante 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 i fori passanti ad alta densità nella progettazione di PCB e come ottenerli.

Fattori che guidano la progettazione di PCB ad alta densità 

Con la continua crescita della domanda di piccoli dispositivi elettronici, i circuiti stampati che li alimentano devono ridursi per potervi entrare. Allo stesso tempo, per soddisfare i requisiti di miglioramento delle prestazioni, i dispositivi elettronici devono aggiungere più dispositivi e circuiti sulla scheda. Le dimensioni dei dispositivi PCB sono in costante diminuzione e il numero di pin è in aumento, quindi è necessario utilizzare pin più piccoli e spaziature più ridotte in fase di progettazione, il che complica ulteriormente il problema. Per i progettisti di PCB, questo equivale a una borsa che diventa sempre più piccola, pur contenendo sempre più oggetti. I metodi tradizionali di progettazione di circuiti stampati raggiungono rapidamente i loro limiti.

Per soddisfare l'esigenza di aggiungere più circuiti a una scheda di dimensioni inferiori, è nato un nuovo metodo di progettazione PCB: l'interconnessione ad alta densità (HDI). Il design HDI utilizza tecniche di produzione di circuiti stampati più avanzate, spessori di linea ridotti, materiali più sottili e microfori ciechi, interrati o realizzati al laser. Grazie a queste caratteristiche di alta densità, è possibile installare più circuiti su una scheda più piccola, offrendo una soluzione di connessione praticabile per circuiti integrati multi-pin.

L'utilizzo di questi fori ad alta densità offre numerosi altri vantaggi: 

Canali di cablaggio:Poiché i fori ciechi e interrati e i microfori non penetrano nella pila di strati, si creano ulteriori canali di cablaggio nel progetto. Posizionando strategicamente questi diversi fori passanti, i progettisti possono cablare dispositivi con centinaia di pin. Se si utilizzano solo fori passanti standard, i dispositivi con così tanti pin solitamente ostruiranno 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 di interferenze elettromagnetiche (EMI) o influenzare il percorso di ritorno del segnale di reti critiche. L'uso di fori ciechi e di fori interrati o microfori elimina i potenziali problemi di integrità del segnale causati dall'uso di fori passanti.

Per comprendere meglio questi fori passanti, diamo un'occhiata ai diversi tipi di fori passanti che possono essere utilizzati nei progetti ad alta densità e alle loro applicazioni.

Tipo e struttura dei fori di interconnessione ad alta densità 

Un foro passante è un foro sul circuito stampato che collega due o più strati. In generale, il foro trasmette il segnale trasportato dal circuito da uno strato della scheda al circuito corrispondente sull'altro strato. Per condurre i segnali tra gli strati di cablaggio, i fori vengono metallizzati durante il processo di fabbricazione. A seconda dell'uso specifico, le dimensioni del foro e della piazzola variano. I fori passanti più piccoli vengono utilizzati per il cablaggio del segnale, mentre quelli più grandi per il cablaggio di alimentazione e di terra, o per contribuire a riscaldare dispositivi surriscaldati.

Diversi tipi di fori sul circuito stampato

foro passante

Il foro passante è il foro passante standard utilizzato sui circuiti stampati bifacciali fin dalla loro prima introduzione. I fori vengono praticati meccanicamente attraverso l'intero circuito stampato e sono galvanizzati. Tuttavia, il foro minimo che può essere praticato con un trapano meccanico presenta alcune limitazioni, che dipendono dal 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 realizzati meccanicamente, ma con più passaggi di produzione, solo una parte della piastra viene forata dalla superficie. Anche i fori ciechi presentano il problema della limitazione delle dimensioni dei bit; a seconda del lato della scheda su cui ci troviamo, possiamo cablare sopra o sotto il foro cieco.

Buca sepolta:

I fori interrati, come i fori ciechi, vengono praticati meccanicamente, ma iniziano e terminano nello strato interno della scheda anziché in superficie. Anche questo foro passante richiede fasi di produzione aggiuntive, poiché deve essere incorporato nella pila di piastre.

Microporo

Questa perforazione viene realizzata con un laser e l'apertura è inferiore al limite di 0,15 mm di una punta da trapano meccanica. Poiché i microfori interessano solo due strati adiacenti della scheda, il rapporto di aspetto rende i fori disponibili per la placcatura molto più piccoli. I microfori possono anche essere posizionati sulla superficie o all'interno della scheda. I microfori vengono 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). Grazie alla piccola apertura, anche il pad necessario per il microforo è molto più piccolo del foro normale, circa 0,300 mm.

In base ai requisiti di progettazione, i diversi tipi di fori sopra descritti possono essere configurati per integrarli. Ad esempio, i micropori possono essere impilati con altri micropori, così come con fori interrati. Questi fori possono anche essere sfalsati. Come accennato in precedenza, i microfori possono essere posizionati in piazzole con pin per elementi a montaggio superficiale. Il problema della congestione del cablaggio è ulteriormente alleviato dall'assenza del tradizionale instradamento dalla piazzola a montaggio superficiale all'uscita della ventola.