Apex PCB - Усложненные структуры многослойных печатных плат с глухими и скрытыми отверстиями. Контрактное производство электроники.

В таком случае каждый завод предлагает свои способы повышения плотности разводки. Опишем наиболее часто встречающиеся варианты усложненных глухих и скрытых переходных отверстий. Следует иметь в виду, что возможность применения того или иного вида переходов, и вообще структуру многослойной печатной платы, надо согласовывать с выбранным вами изготовителем перед началом проектирования.

Типовые микроотверстия — основные проблемы

Давайте вспомним основные свойства типовых лазерных микроотверстий (рис. 1).

Для большинства производителей максимальная толщина диэлектрика для выполнения микроотверстий составляет 100 мкм, иногда возможно 150 мкм, и у некоторых поставщиков — до 200 мкм. Диэлектрик, в котором выполняется микроотверстие, должен быть пригоден для лазерного сверления. При этом соотношение глубины отверстия и его диаметра не может быть больше, чем 1:1, а если отверстие глубже, невозможно надежно выполнить металлизацию его стенок и основания. Напомним также, что нельзя располагать такие микроотверстия «одно над другим» — обязательно требуется ровная металлическая базовая площадка во внутреннем слое.

Типовые размеры микроотверстий сведены в таблицу.

Металлизация поверхности микроотверстия

В типовом варианте исполнения переходных микроотверстий в центре этих переходов образуется небольшая выемка. Для лазерных отверстий диаметром 100 мкм диаметр выемки после металлизации составит около 50 мкм при такой же глубине. В том случае, если разработчик размещает такой микропереход непосредственно в центре площадки BGA (для экономии места или при разводке BGA с шагом 0,5 мм), наличие этой выемки может привести к образованию пустот недопустимо большого размера в шариках микросхемы BGA после пайки (рис. 2). Это существенно снижает надежность пайки шариков BGA.

Во избежание появления таких дефектов рекомендуется использовать микропереходы с заполнением смолой и покрытием медью (рис. 3).

Другой вариант выполнения таких микроотверстий — с заполнением медью — представлен на рис. 4.

В обоих случаях ровная площадка позволяет припаять BGA-компонент без каких-либо осложнений.

«Стеки» микроотверстий

Заметим, что описанные микроотверстия с заполнением имеют ровную металлическую поверхность. Если расположить их во внутренних слоях, можно прямо над ними также выполнять микроотверстия без смещения, формируя «стек» переходов (рис. 5).

Такие «двойные» и «тройные» соединения позволяют выполнять более плотную разводку печатной платы, однако требуют предварительного согласования параметров проектируемой печатной платы с конкретным заводом-производителем. В особенности это важно, если в дальнейшем планируется переход от единичных образцов к средним и крупным сериям.

Еще один интересный способ формирования микроотверстий друг над другом — это сверление в «ядре». На рис. 6 показано ядро FR4 (толщина слоя — 106,09 мкм), спрессованное с препрегом (толщина его слоя — 57,57 мкм). В ядре выжжено отверстие диаметром 145 мкм, а в препреге, прямо над первым с обратной стороны — второе отверстие диаметром 85 мкм. В дальнейшем эта трехслойная конструкция используется как составная часть пакета многослойной печатной платы.

Развивая эту технологию, можно применять такие «двухъярусные» отверстия с заполнением медью и создавать на их основе многоярусные переходы из слоя в слой, с возможностью построения структуры соединения слоев «каждый с каждым» в любом сочетании (рис. 7).

Заключение

По всей видимости, приведенные технологии выполнения микроотверстий будут использоваться все шире и вскоре станут доступны для применения как в серийных заказах, так и в заказах прототипов и мелких серий. Но на данный момент немногие производители в мире обладают подобными технологиями, и каждый такой завод имеет собственный свод технологических параметров, ограничений и ценовых характеристик. Поэтому перед началом проектирования сложных многослойных печатных плат, в которых планируется использовать эти отверстия, следует не только найти поставщика, предлагающего такие технологии, но и:

Согласовать допустимую структуру слоев и варианты выполнения отверстий.
Согласовать диаметры отверстий, диаметры площадок под эти отверстия во всех слоях, толщину меди и диэлектрика всех слоев.
Согласовать способ отображения каждого из этих видов отверстий в чертежах, герберфайлах и бланке описания заказа.
Согласовать минимально приемлемый объем заказа (прототипы) и максимально возможный объем заказа (серии).
Согласовать, хотя бы предварительно, стоимость вашего заказа — применение таких технологий может повысить его в несколько раз.

Все более часто возникают ситуации, когда без подобных структур не обойтись. Минимизация размеров печатной платы, крайне плотная двусторонняя расстановка компонентов, применение BGA с мелким шагом — вот только некоторые из факторов, которые требуют от разработчика печатной платы поиска новых путей усложнения внутренней структуры многослойной печатной платы. Некоторые из наших заказчиков уже столкнулись с подобными проблемами и успешно используют те или иные виды вышеописанных микроотверстий. При возникновении вопросов или необходимости получить рекомендацию по проектированию многослойных печатных плат предлагаем читателям обращаться в редакцию журнала — мы будем рады поместить ваши вопросы и ответы на них в следующих выпусках нашего раздела, посвященного проектированию печатных плат.