Nell'attuale settore in cui l'interconnessione ad alta densità e la trasmissione del segnale ad alta velocità sono diventati standard, la struttura dei fori sul PCB non è più un semplice "canale conduttivo", ma un elemento centrale che determina direttamente la densità del cablaggio, l'integrità del segnale e la resa della produzione di massa. Molti ingegneri hardware incontrano spesso elementi di conferma della selezione come "fori passanti, fori ciechi e fori interrati" nel foglio EQ tecnico della fabbrica di schede quando si confrontano con cablaggi densi BGA e progettazione di schede di alto livello. Una leggera deviazione di giudizio può portare a uno spazio di cablaggio insufficiente, a lunghi percorsi di ritorno del segnale e persino a un calo significativo della resa complessiva della scheda.
Definizioni fondamentali e differenze strutturali di tre tipi di pori
Dal punto di vista dell'essenza strutturale, la differenza fondamentale tra foro passante, foro cieco e foro sepolto risiede nel "raggio di penetrazione del foro nella scheda", e i tre corrispondono a diverse logiche di elaborazione e limiti di applicazione:
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Foro passante: Penetra direttamente dallo strato superiore a quello inferiore, penetrando completamente in tutti gli strati del PCB ed è la struttura di interconnessione più tradizionale. La sua logica di lavorazione è "premere prima l'intera scheda, quindi praticare i fori meccanicamente in una sola volta", con la catena di processo più semplice e il costo più basso.
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Foro cieco: collega solo lo strato esterno del PCB allo strato interno specificato e non penetra nell'intera scheda. Prendendo come esempio le schede a 8 e 14 strati, i fori ciechi nelle schede a 8 strati possono ottenere 1-L2, 1-L3, 1-4L, 1-5L, 2-3L, 5-8L e 7-8L.. 14 I fori ciechi degli strati possono ottenere connessioni tra strati di 1-7L, 1-10L, 8-14L e 11-14L.
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Buco sepolto: completamente sepolto all'interno del PCB senza estendersi su alcuna superficie esterna. Ad esempio, in una scheda a 20 strati, i fori interrati raggiungono solo l'interconnessione da L2 a L4 e le posizioni dei fori non possono essere osservate da entrambi i lati della scheda. La sua logica di lavorazione è quella di praticare prima i fori per la metallizzazione e quindi partecipare alla laminazione. Tutta la lavorazione dei fori deve essere completata nella fase del nucleo interno del pannello, quindi i fori vengono completamente avvolti all'interno del pannello attraverso successivi processi di laminazione.
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Processo di produzione e parametri chiave di tre tipi di fori
Diverse strutture dei fori corrispondono a collegamenti di processo e precisione di controllo completamente diversi, che è anche la ragione principale dell'enorme differenza di costo tra le schede multistrato di ordine elevato e le normali schede a foro passante:
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Processo di foro passante: Vengono utilizzate punte convenzionali in acciaio al tungsteno con un diametro di 0,2 mm o più e la velocità del mandrino è controllata da 80.000 a 150.000 giri al minuto. Una perforazione può completare la lavorazione completa della piastra. Il rapporto d'aspetto standard del settore è controllato entro 10:1 e la fabbrica di pannelli garantisce la capacità di scambio dei prodotti chimici sulle pareti dei fori attraverso linee galvaniche PTH orizzontali. L'uniformità dello spessore del rame può soddisfare stabilmente gli standard IPC di livello 2 o superiore. Attualmente, negli scenari di produzione di massa tradizionali, l'apertura minima dei fori passanti può raggiungere 0,15 mm, ma quando è inferiore a 0,2 mm, è necessaria un'ottimizzazione speciale dei parametri dell'apparecchiatura.
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Tecnologia del foro cieco: diviso in due percorsi: fori ciechi profondi tradizionali a controllo meccanico e fori ciechi laser tradizionali. I fori ciechi meccanici vengono praticati utilizzando apparecchiature di perforazione con controllo della profondità, con una precisione di profondità controllata entro ± 0,05 mm e un rapporto AR convenzionale di 1,2:1; I fori ciechi del laser vengono ablati utilizzando laser a CO₂ o UV, con una precisione di apertura di ± 0,01 mm e un'apertura minima di 3 mil. La densità di energia è controllata stabilmente a 8-12 J/cm² e lo strato interno e il circuito inferiore non verranno danneggiati durante il processo. Una volta completata la lavorazione del foro cieco del laser, è necessario ottimizzare la portata e il tempo di immersione della soluzione del farmaco per evitare residui di soluzione del farmaco nel foro dell'estremità cieca e garantire che non vi siano vuoti nell'affondamento del rame.
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Processo di sepoltura: Basato interamente sulla lavorazione del pannello centrale sottile, la perforazione meccanica viene prima completata sul pannello centrale interno indipendente, quindi la resina carbonizzata sulla parete del foro viene rimossa mediante perforazione a umido di permanganato di potassio. Successivamente, lo spessore del rame sulla parete del foro viene aumentato a 10-20 μm mediante deposizione chimica del rame e galvanica a pannello intero. Infine, il circuito dello strato interno viene inciso, per poi partecipare alla successiva laminazione multistrato. Durante l'intero processo, i parametri di temperatura, pressione e tempo della laminazione devono essere controllati con precisione per evitare il blocco dei fori sepolti a causa del flusso di adesivo nel foglio semiindurito o lo spostamento e la deformazione del pannello centrale sottile causato dallo stress di laminazione.
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Casi applicativi tipici del settore
La selezione della combinazione di diverse strutture dei pori determina direttamente il limite superiore delle prestazioni del prodotto finale. Uniwell Circuits ha creato soluzioni di implementazione mature in molteplici campi della produzione di fascia alta:
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Backplane ad alta velocità a 24 strati del server AI: L'intera scheda adotta uno schema di interconnessione di base di "foro passante+foratura posteriore" ed è dotata di fori ciechi laser di 1-2 ordini nell'area del socket della CPU, riducendo la lunghezza del percorso di ritorno del pin BGA di oltre il 40%, evitando una seria riflessione dei segnali ad alta velocità nella pila residua del foro passante e soddisfacendo i requisiti di trasmissione dei segnali SerDes superiori a 25 Gbps. Se tutti questi progetti utilizzano fori passanti ordinari, non solo lo spazio di cablaggio sarà completamente insufficiente, ma anche l’integrità del segnale non riuscirà a soddisfare gli standard.
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Scheda a foro cieco ad alta frequenza RO4350B+RO4450F a 16 strati: Nell'area del modulo ricetrasmettitore RF, i fori ciechi laser L1-L2 vengono utilizzati per ottenere una messa a terra vicina, controllando l'induttanza parassita del via entro 0,1 nH e riducendo significativamente la perdita di inserzione dei segnali di onde millimetriche a 77 GHz. Se viene utilizzato un foro passante regolare, un percorso di messa a terra eccessivamente lungo causerà una diminuzione di 2-3 dB nel guadagno dell'antenna, che non potrà soddisfare i requisiti di distanza di rilevamento del radar montato sul veicolo.
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Pannello con foro sepolto cieco HDI di 3° ordine a 10 strati: Sotto il chip SOC della scheda madre dello smartphone di punta, viene utilizzato un design con foro sepolto cieco + foro impilato per ottenere una ventola ad alta densità su migliaia di pin in un'area BGA delle dimensioni di un'unghia. Senza aumentare il numero totale di livelli, le risorse di cablaggio aumentano del 40% e il percorso di commutazione del livello di segnale viene notevolmente accorciato, riducendo il consumo energetico complessivo di circa il 12%.
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Backplane di test per semiconduttori a 26 strati: Nell'area di interfaccia della scheda sonda, viene utilizzato un gran numero di fori interrati per ottenere l'interconnessione tra strati adiacenti nello strato interno, senza occupare spazio di cablaggio esterno. Anche con più di 20.000 canali di interconnessione sull'intera scheda, la tolleranza di impedenza di tutti i canali di segnale è ancora controllata entro ± 5%, soddisfacendo i requisiti di sincronizzazione ad alta precisione del test dei chip. -
I principi fondamentali del processo decisionale di selezione
Nei progetti pratici, non esiste alcuna superiorità o inferiorità assoluta tra i tre tipi di fori, solo differenze negli scenari di adattamento: schede di controllo industriali ordinarie, schede elettroniche di consumo a due strati e quattro strati e design a foro passante completo sono preferiti per massimizzare il controllo dei costi soddisfacendo al tempo stesso i requisiti prestazionali; Le schede BGA ad alta densità e le schede server ad alta velocità possono introdurre risorse di cablaggio per l'ottimizzazione dei fori ciechi di primo ordine; Le schede HDI di fascia alta e i moduli RF miniaturizzati richiedono una progettazione combinata di fori interrati ciechi per ottenere la massima densità di interconnessione all'interno di un'area limitata della scheda.