关于在 PCB 设计中使用核心过孔

2021-08-06

关于在 PCB 设计中使用核心过孔

解决高密度互连(HDI) 问题的一种流行方法是从简单的印刷电路板开始，然后逐层添加。这被称为顺序层压工艺。为了平衡，层总是成对添加到顶部和底部。我们有一个用来描述序列的符号。

一个典型的例子是一块板，它在初始压制中从 N 层开始，然后有三个额外的层压步骤。每一次额外的压制都会增加两层，一层在上一步之上，一层在上一步之下。这种结构的简写是 3+N+3 或简单的 3N3 堆叠。

我们可以得到更详细的信息，并用第一次压制时的实际层数代替 N 并称之为，例如，一个 3+4+3 板，甚至十层。事实上，制造商更关心的是之后添加了多少层，而不是在第一步中使用了多少层。

图 1. 图片来源：此 14 层 3+N+3 板的副本可以同化为 42 层板，作为高级叠层可能实现的实例。 

这三个不是随机数。迎合 HDI 市场的晶圆厂将 3N3 板作为他们的最佳选择。那么如何调整工厂以构建特定的堆栈呢？是装备问题。当化学过程完成它们的工作时，面板会短暂地通过蚀刻和电镀槽。钻孔，尤其是机械钻孔，比丝网印刷等其他一些批处理工艺要慢一些。

因此，对于每条电镀线，有四台钻机和一台打印机。介于这两者之间的是工厂中一些最昂贵的设备。这些项目将是印刷机。或者，可能在较小的商店的情况下，新闻。新闻是瓶颈。这是顺序构建需要更长时间和成本更高的主要原因。安排参观当地供应商。压力机与钻孔站的比率将说明它们是专注于通孔板还是高密度板。

拥有足够带宽的印刷厂可以在 3N3 板上交付，同时保持工厂其他部分的产能。这种技术水平对于大多数应用来说已经足够了。智能手机需要一叠贯穿整个电路板的微通孔。这是他们的芯片组和为电池让路的严密包装的功能。他们的工厂车间将反映这些需求。

问题的核心 - 从通孔开始 

除了缺少阻焊层和丝印外，“简单板”是完整的。核心将至少有两层，但通常更多。我们谈论核心和预浸材料，但这与“核心”的定义略有不同。我们的核心可以是两层，在这种情况下会有重叠的定义。即使它是一个核心加上额外的预浸料层，我们仍然会称它为核心。如果设计需要，最终成为核心通孔的将是一个穿过多片核心材料的堆叠的孔。在这种情况下，核心是第一次层压循环的产物。

图 2. 图片来源： 增加引脚密度将 PCB 推向更高的技术水平。顺序层压板是2021年的主流答案

这个初始构建块的材料可以是用于完全刚性结构的玻璃编织物，也可以是用于刚性/柔性场景的聚酰亚胺。在任何情况下，磁芯中的机械钻孔都填充有树脂，这些树脂构成了电路板电介质中玻璃纤维之间的空间。填充后，用铜覆盖它们，然后可以开始顺序层压。

从核心孔中挤出更多

强调核心通孔从通孔开始的事实，需要相同的电镀工艺才能在孔中沉积铜。这转化为使用与外层与典型内层约束一致的更大的最小气隙和线宽。

知道更厚的铜有利于更宽的几何形状，将这些层专用于电源和接地网络是有意义的，它们碰巧也从厚铜和宽几何形状中受益。自然，中间的层是细线布线的候选者。

当层数变得繁忙时，必然会有多个子板堆积在一起，这样从路由的角度来看，核心过孔跨度更像是本地电梯。将总线和相关电源域分组到专用部分将降低这些史诗般的高层数板上的交叉污染。

如果核心是多层堆叠，则可以在按顺序添加第一对附加层之前在核心部分创建一些微通孔。您只需要在外层上使用薄电介质即可制造微通孔。您会得到一个不会增加层压周期的微通孔。就像找钱一样！

图 3. 图片来源： 一个 1N1+ 堆叠，带有来自第 2-5 层的核心通孔和来自第 2-3 和 4-5 层的“免费”微通孔。请注意，通孔在技术上用于组件而不是过孔。

如果您喜欢钱，则应避免尝试将微通孔堆叠在与核心通孔相同的位置。这是最严重的 DFM 违规之一。核心通孔和相邻微通孔之间的确切距离会有所不同。我猜如果你四处询问，首选的结果是两个过孔之间的跨度相当于不同网络的气隙。相同网络间距的正常通孔到通孔间距为供应商提供了一条通往成功的广阔道路。

在某些情况下，这种想法会让你无所适从。许多芯片并不是为低调的电路板打造的。将其推到相同网络过孔间距的极限是让盲孔/埋孔和核心过孔的捕获焊盘彼此相切；接触但不重叠。

小心过度使用过渡层。它将忙于小雪人形过孔对，因此很容易将它们挤在一起。细间距球栅阵列 (BGA) 器件下的空间可能相当宝贵，因此最好将它们在器件下的使用最小化到那些穿过电路板的连接，例如旁路帽或其他一些令人信服的原因。在可通过微通孔访问的层上远离器件布线，然后通过更大的通孔进行跳转，那里有更多的空间供它们使用。

缝合过孔以获得强大的返回路径和 EMI 抑制

趋向于返回路径将涉及许多具有接地过孔图案的位置。越早了解这些细节，实施起来就越容易。无论走线在何处经过过渡，都应提供将各种参考平面连接在一起的规定。

您可能需要创建穿过电路板的散热路径。考虑留下一些介电材料以保持一定程度的阻抗和结构完整性。从源头周围的集中开始，但随着通孔连接到电路板的另一侧而分散开。我从来没有这样做过，但不明白为什么你不能通过填充物使用导热膏来增加耗散因数。

 任何类型的通孔线都会在平面上产生槽。有时，你被卡住了，不得不这样做。在这些情况下，稍加努力就足以将插槽分成两个较小的插槽。核心通孔的移动自由度优于固定在特定引脚上的通孔。错开它们的爆发方式有助于避免磁耦合。当过孔在穿过平面时有自己的空隙时，它是快乐的。当然，已婚夫妇，AKA 差分对是个例外。

所以你有它。核心过孔是顺序组装板基础的一部分。它们的使用意味着将混合使用一层或多层埋孔和盲孔。这是解决大多数 HDI 路由研究的组合。拥有一个核心通孔的成本与拥有多个核心通孔的成本相同，因此，如果您已经在走那条路，那就继续努力吧。