Zrozumienie podstawowych różnic między otworem przelotowym, otworem ślepym i otworem zakopanym jest podstawowym warunkiem wstępnym rozwiązania problemu niskiej wydajności płyt z otworami ślepymi i zakopanymi. Te trzy elementy są całkowicie różne pod względem definicji strukturalnej, ścieżki procesu i możliwych scenariuszy, które bezpośrednio określają złożoność produkcji i wydajność płytek drukowanych.
Różnice w podstawowych definicjach trzech typów otworów
Otwór przelotowy: Wiercenie bezpośrednio od górnej warstwy do dolnej warstwy PCB, całkowicie penetrujące całą grubość płytki, a istnienie tego otworu można zobaczyć we wszystkich warstwach. Jest to najbardziej podstawowa forma otworu przelotowego w PCB.
Ślepy otwór: wierci się w górnej lub dolnej powierzchni płytki PCB, łącząc jedynie warstwę wierzchnią z określoną warstwą wewnętrzną, bez penetracji całej płytki, a otworu nie widać z drugiej strony płytki.
Zakopany otwór: całkowicie ukryty wewnątrz płytki PCB, łączący jedynie okablowanie pomiędzy dwiema lub więcej wewnętrznymi warstwami, nie sięgający do żadnej powierzchni płytki, a obecność otworów jest całkowicie niewidoczna z powierzchni płytki.
Różnice w procesach i procedurach produkcyjnych
| wymiar porównawczy | przez dziurę | ślepa dziura | Pochowany przez |
|---|---|---|---|
| Metoda wiercenia | Konwencjonalne wiercenie mechaniczne, wiercenie całej deski za jednym razem | Wiercenie laserem UV jest powszechnie stosowane do precyzyjnej kontroli głębokości wiercenia | Wiercenie mechaniczne, obróbka na niezależnych płytach nośnych przed laminowaniem |
| Czas przetwarzania | Po zakończeniu wszystkich procesów laminowania należy wywiercić otwory i galwanizować je za jednym razem | Po zakończeniu zagęszczania odpowiedniej warstwy wywiercić otwory do wewnątrz od powierzchni zewnętrznej | Na etapie produkcji płyty rdzenia wewnętrznego, po skompletowaniu obwodu, w pierwszej kolejności przeprowadza się wiercenie i galwanizację, a następnie późniejsze laminowanie |
| Złożoność procesu | Tylko 1 wiercenie i 1 galwanizacja, przy minimalistycznym procesie | Wraz ze wzrostem zamówienia HDI każde kolejne zamówienie wiąże się z dodatkowym procesem wiercenia laserowego i galwanizacji | Wiercenie i galwanizację należy wykonać oddzielnie przed prasowaniem każdej płyty nośnej wewnętrznej oraz przeprowadzić obróbkę segmentową |
| Dopasowanie trudności | Brak wymagań dotyczących głębokiego wyrównania, wyjątkowo niskie ryzyko przesunięcia międzywarstwowego | Wymagane jest dokładne dopasowanie do celu wewnętrznego, a po wielokrotnym ucisku nagromadzenie pęcznienia i skurczu może łatwo prowadzić do odchylenia porów | Przetwarzane wyłącznie w niezależnej płycie nośnej, trudność wyrównania jest mniejsza niż w przypadku otworów nieprzelotowych, ale ogólna tolerancja zostanie zwiększona po wielostopniowym ściskaniu |
Różnice w przestrzeni okablowania i wydajności
Otwór przelotowy: Jeden otwór zajmuje przestrzeń okablowania wszystkich warstw. Gdy odstęp między pinami w obszarze BGA jest mniejszy niż 0,8 mm, trudno jest dokończyć rozkładanie, a konstrukcja o dużej gęstości poważnie marnuje obszar warstwy wewnętrznej.
Ślepy otwór: zajmuje miejsce tylko na powierzchni i odpowiedniej warstwie wewnętrznej i można go wiercić bezpośrednio na podkładkach BGA (w procesie dziurkowania), obsługując chipy o dużej gęstości o skoku 0,5 mm lub nawet 0,4 mm, znacznie uwalniając przestrzeń na okablowanie powierzchniowe.
Zakopany otwór: Nie zajmuje w ogóle żadnej powierzchni, a warstwa wewnętrzna ma najwyższy stopień swobody w okablowaniu. Może kontynuować okablowanie nad i pod zakopanym otworem i stanowi podstawową strukturę umożliwiającą osiągnięcie maksymalnej gęstości w wysokiej klasy płytach HDI.
Podstawowa przyczyna niskiej wydajności ślepych, zakopanych kryz
Zdecydowana większość ślepych, zakopanych kryz o wydajności mniejszej niż 85% jest spowodowana rozdźwiękiem między projektem a produkcją ze względu na różnice w charakterystyce procesowej trzech typów otworów:
Nadmierny współczynnik kształtu: ślepe wykorzystanie podczas projektowania niestandardowych mikroporów poniżej 0,1 mm, przy stosunku grubości dielektryka do wielkości porów przekraczającym branżowy próg bezpieczeństwa wynoszący 2:1, niewystarczająca grubość warstwy miedzi na dnie otworu podczas galwanizacji i wysokie ryzyko uszkodzenia obwodu w wyniku szoku termicznego.
Wady warstw i wyrównania: Po wielokrotnych naciśnięciach nie ma dynamicznej kompensacji rozszerzania i kurczenia się płytki, przemieszczenie otworu przekracza ± 0,03 mm, a pierścieniowa płytka lutownicza ma mniej niż 50 μm wymaganą przez standardy IPC, co powoduje wsadowy złom w obwodzie otwartym.
Brak kontroli procesu: Małe fabryki pomijają proces usuwania pozostałości plazmy, w wyniku czego po wierceniu laserowym w otworach pozostają resztki żywicy. Przyczepność miedziowania jest niewystarczająca, a po długotrwałym użytkowaniu warstwa miedzi odpada i otwiera się, bezpośrednio zwiększając wskaźnik defektów o 25%.
Niespójny proces galwanizacji: Zwykła galwanizacja prądem stałym nie może wniknąć głęboko w dno ślepych otworów, a grubość miedzi na dnie otworu jest mniejsza niż 10 μm. Po długotrwałym włączeniu i nagrzaniu rezystancja otworu wzrasta, a obwód zostaje przerwany. Producenci nieposiadający sprzętu do galwanizacji impulsowej mają trudności z utrzymaniem stabilnej wydajności.
Plan wdrożenia umożliwiający szybką poprawę stopy plonowania
Standaryzowane parametry otworów ślepych: otwory ślepe TOP-L2 i BOT-L3 są równomiernie dobierane przy aperturze lasera 0,15 mm, stałej grubości medium 0,12 mm, współczynniku kształtu kontrolowanym w zakresie 1,2:1, a niestandardowe mikrootwory poniżej 0,1 mm są odrzucane.
Zoptymalizuj strukturę układania: użyj uniwersalnego układania TOP-GND-PWR-BOTTOM, ułóż siatkę miedzianą w pustym obszarze warstwy wewnętrznej, aby zrównoważyć gęstość miedzi, i użyj półutwardzonych arkuszy klejących o niskim przepływie w obszarze zakopanych otworów, aby uniknąć przelewania się żywicy i blokowania otworów podczas laminowania.
Usuń zbędne otwory ślepe: Zastąp otwory ślepe otworami przelotowymi dla sieci zasilania i uziemienia i zachowaj otwory ślepe tylko dla szybkich sygnałów różnicowych, co może zmniejszyć liczbę otworów ślepych o 30%, jednocześnie zmniejszając koszty przetwarzania i ryzyko procesowe.
Weryfikacja wstępna DFM: Wykonaj obliczenia stosunku głębokości do średnicy ślepych otworów w całej płycie przed odlewaniem, przechwyć z wyprzedzeniem nadmierne pozycje otworów i unikaj odkrywania wad partii dopiero po wprowadzeniu całej płyty do produkcji.