ในอุตสาหกรรมปัจจุบันที่การเชื่อมต่อความหนาแน่นสูงและการส่งสัญญาณความเร็วสูงกลายเป็นมาตรฐาน โครงสร้างรู PCB ไม่ใช่ "ช่องสัญญาณนำไฟฟ้า" ธรรมดาอีกต่อไป แต่เป็นองค์ประกอบหลักที่กำหนดความหนาแน่นของสายไฟ ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และผลผลิตจำนวนมากได้โดยตรง วิศวกรฮาร์ดแวร์จำนวนมากมักจะพบกับรายการยืนยันการเลือก เช่น "รูทะลุ รูตัน และรูฝัง" ในเอกสาร EQ ทางวิศวกรรมของโรงงานบอร์ด เมื่อเผชิญกับสายไฟหนาแน่นของ BGA และการออกแบบบอร์ดระดับสูง การเบี่ยงเบนในการตัดสินใจเล็กน้อยอาจทำให้พื้นที่การเดินสายไม่เพียงพอ เส้นทางส่งคืนสัญญาณที่ยาว และแม้แต่การลดลงอย่างมากของผลผลิตโดยรวมของบอร์ด
คำจำกัดความหลักและความแตกต่างทางโครงสร้างของรูขุมขนสามประเภท
จากมุมมองของสาระสำคัญของโครงสร้าง ความแตกต่างหลักระหว่างรูทะลุ รูบอด และรูฝังอยู่ที่ "ช่วงการเจาะของรูในบอร์ด" และทั้งสามประการนี้สอดคล้องกับตรรกะการประมวลผลและขอบเขตการใช้งานที่แตกต่างกัน:
-
ผ่านรู: แทรกซึมโดยตรงจากชั้นบนลงชั้นล่าง เจาะทุกชั้นของ PCB ได้อย่างสมบูรณ์ และเป็นโครงสร้างเชื่อมต่อระหว่างกันแบบดั้งเดิมที่สุด ตรรกะในการประมวลผลของมันคือ "กดทั้งกระดานก่อน จากนั้นจึงเจาะรูด้วยเครื่องจักรในครั้งเดียว" โดยมีห่วงโซ่กระบวนการที่ง่ายที่สุดและต้นทุนต่ำที่สุด
-
-
หลุมตาบอด: เชื่อมต่อเฉพาะชั้นนอกของ PCB กับชั้นในที่ระบุเท่านั้น และไม่ทะลุทั้งบอร์ด ยกตัวอย่างบอร์ด 8 ชั้นและ 14 ชั้น การเจาะรูบอดในบอร์ด 8 ชั้นสามารถมีชั้น 1-L2, 1-L3, 1-4L, 1-5L, 2-3L, 5-8L และ 7-8L. 14 รูบอดในชั้นสามารถบรรลุการเชื่อมต่อระหว่างชั้น 1-7L, 1-10L, 8-14L และ 11-14L
-
-
จำเป็นต้องมีการรักษาความลับ รูปภาพได้รับการประมวลผลแล้ว และใช้สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น
หลุมฝัง: ฝังไว้ภายใน PCB โดยสมบูรณ์โดยไม่ขยายไปยังพื้นผิวด้านนอกใดๆ ตัวอย่างเช่น ในบอร์ด 20 ชั้น รูที่ฝังไว้จะทำการเชื่อมต่อระหว่าง L2 ถึง L4 เท่านั้น และไม่สามารถสังเกตตำแหน่งของรูจากทั้งสองด้านของบอร์ดได้ ตรรกะในการประมวลผลคือการเจาะรูเพื่อทำการเคลือบโลหะก่อน จากนั้นจึงเข้าร่วมในการเคลือบ การประมวลผลรูทั้งหมดจะต้องเสร็จสิ้นที่ขั้นตอนของบอร์ดแกนด้านใน จากนั้นรูจะถูกห่อไว้ภายในบอร์ดโดยสมบูรณ์ผ่านกระบวนการเคลือบที่ตามมา
-
จำเป็นต้องมีการรักษาความลับ รูปภาพได้รับการประมวลผลแล้ว และใช้สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น
-
กระบวนการผลิตและพารามิเตอร์สำคัญของรูสามประเภท
โครงสร้างรูที่แตกต่างกันสอดคล้องกับการเชื่อมโยงกระบวนการและความแม่นยำในการควบคุมที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้ต้นทุนที่แตกต่างกันอย่างมากระหว่างบอร์ดหลายชั้นลำดับสูงและบอร์ดรูทะลุธรรมดา:
-
-
ผ่านกระบวนการรู: ใช้ดอกสว่านเหล็กทังสเตนทั่วไปที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 มม. ขึ้นไป และควบคุมความเร็วของแกนหมุนที่ 80,000 ถึง 150,000 รอบต่อนาที การเจาะเพียงครั้งเดียวสามารถดำเนินการประมวลผลแบบเต็มแผ่นได้ อัตราส่วนกว้างยาวมาตรฐานอุตสาหกรรมได้รับการควบคุมภายใน 10:1 และโรงงานบอร์ดจะรับประกันความสามารถในการแลกเปลี่ยนสารเคมีที่ผนังรูผ่านสายการชุบด้วยไฟฟ้า PTH แนวนอน ความสม่ำเสมอของความหนาของทองแดงสามารถตอบสนองมาตรฐาน IPC ระดับ 2 หรือสูงกว่าได้อย่างเสถียร ในปัจจุบัน ในสถานการณ์การผลิตจำนวนมากทั่วไป รูรับแสงขั้นต่ำของรูทะลุสามารถเข้าถึง 0.15 มม. แต่เมื่อมีค่าต่ำกว่า 0.2 มม. จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์อุปกรณ์ให้เหมาะสมเป็นพิเศษ
-
-
เทคโนโลยีหลุมตาบอด: แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง: รูบอดลึกที่ควบคุมด้วยกลไกแบบดั้งเดิมและรูบอดด้วยเลเซอร์กระแสหลัก รูตันแบบกลไกถูกเจาะโดยใช้อุปกรณ์เจาะควบคุมความลึก โดยมีความแม่นยำในเชิงลึกที่ควบคุมภายใน ± 0.05 มม. และอัตราส่วน AR ทั่วไปที่ 1.2:1; รูม่านตาด้วยเลเซอร์ถูกลบออกโดยใช้ CO ₂ หรือเลเซอร์ UV โดยมีความแม่นยำของรูรับแสง ± 0.01 มม. และรูรับแสงขั้นต่ำ 3mil ความหนาแน่นของพลังงานได้รับการควบคุมอย่างเสถียรที่ 8-12 J/cm ² และชั้นในและวงจรด้านล่างจะไม่ได้รับความเสียหายตลอดกระบวนการ หลังจากการประมวลผลรูบอดด้วยเลเซอร์เสร็จสิ้น จำเป็นต้องปรับอัตราการไหลและเวลาในการแช่ของสารละลายยาให้เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงสารละลายยาที่ตกค้างในรูปลายบอด และตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีช่องว่างในการจมทองแดง
-
-
-
-
กระบวนการฝังศพ: ขึ้นอยู่กับการประมวลผลของบอร์ดที่มีแกนบางทั้งหมด การเจาะเชิงกลจะเสร็จสิ้นในขั้นแรกบนกระดานหลักด้านในที่เป็นอิสระ จากนั้นเรซินคาร์บอนที่ผนังรูจะถูกเอาออกโดยการเจาะแบบเปียกด้วยโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต หลังจากนั้น ความหนาของทองแดงบนผนังรูจะเพิ่มขึ้นเป็น 10-20 μm ผ่านการสะสมทองแดงทางเคมีและการชุบด้วยไฟฟ้าทั้งแผ่น ในที่สุด วงจรชั้นในจะถูกแกะสลัก และจากนั้นก็มีส่วนร่วมในการเคลือบหลายชั้นตามมา ตลอดกระบวนการทั้งหมด พารามิเตอร์อุณหภูมิ ความดัน และเวลาของการเคลือบจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการอุดตันของรูที่ฝังไว้โดยการไหลของกาวในแผ่นกึ่งแข็งตัว หรือการเคลื่อนตัวและการเสียรูปของแผ่นแกนบางซึ่งเกิดจากความเครียดในการเคลือบ
-
กรณีการใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วไป
การเลือกโครงสร้างรูพรุนต่างๆ ร่วมกันจะกำหนดขีดจำกัดบนของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยตรง Uniwell Circuits ได้สร้างโซลูชันการใช้งานที่สมบูรณ์ในสาขาการผลิตระดับไฮเอนด์หลายแห่ง:
-
แบ็คเพลนความเร็วสูง 24 ชั้นของเซิร์ฟเวอร์ AI: บอร์ดทั้งหมดใช้รูปแบบการเชื่อมต่อพื้นฐานของ "การเจาะทะลุผ่านรู+เจาะด้านหลัง" และติดตั้งรูตาบอดด้วยเลเซอร์ 1-2 ลำดับในบริเวณซ็อกเก็ต CPU ช่วยลดความยาวของเส้นทางส่งคืนพิน BGA ได้มากกว่า 40% หลีกเลี่ยงการสะท้อนอย่างรุนแรงของสัญญาณความเร็วสูงที่กองที่เหลือผ่านรู และตรงตามข้อกำหนดในการส่งสัญญาณของสัญญาณ SerDes ที่สูงกว่า 25Gbps หากการออกแบบทั้งหมดเหล่านี้ใช้รูทะลุแบบธรรมดา พื้นที่เดินสายไม่เพียงแต่จะไม่เพียงพออย่างสมบูรณ์เท่านั้น แต่ความสมบูรณ์ของสัญญาณจะไม่เป็นไปตามมาตรฐานด้วย
-
-
-
-
16 ชั้น RO4350B + RO4450F บอร์ดรูตาบอดความถี่สูง: ในพื้นที่โมดูลตัวรับส่งสัญญาณ RF รูม่านตาด้วยเลเซอร์ L1-L2 ถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดการกราวด์ในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งควบคุมการเหนี่ยวนำปรสิตของเวียภายใน 0.1nH และลดการสูญเสียการแทรกของสัญญาณคลื่นมิลลิเมตร 77GHz ได้อย่างมาก หากใช้รูเจาะทะลุปกติ เส้นทางสายดินที่ยาวเกินไปจะทำให้อัตราขยายของเสาอากาศลดลง 2-3dB ซึ่งไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดระยะการตรวจจับของเรดาร์ที่ติดตั้งในยานพาหนะได้
|
|
จำเป็นต้องมีการรักษาความลับ รูปภาพได้รับการประมวลผลแล้ว และใช้สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น
-
-
10 ชั้นลำดับที่ 3 HDI บอร์ดหลุมฝังตาบอด: ภายใต้ชิป SOC ของมาเธอร์บอร์ดสมาร์ทโฟนรุ่นเรือธง มีการใช้การออกแบบรูฝังแบบซ่อน+รูแบบซ้อนเพื่อให้ได้พัดลมที่มีความหนาแน่นสูงจากพินนับพันในพื้นที่ BGA ขนาดเท่าเล็บมือ ทรัพยากรการเดินสายจะเพิ่มขึ้น 40% โดยไม่เพิ่มจำนวนเลเยอร์ทั้งหมด และเส้นทางการสลับเลเยอร์สัญญาณจะสั้นลงอย่างมาก ส่งผลให้การใช้พลังงานโดยรวมลดลงประมาณ 12%
-
แบ็คเพลนทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ 26 ชั้น: ในพื้นที่อินเทอร์เฟซของการ์ดโพรบ มีการใช้รูฝังจำนวนมากเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างชั้นที่อยู่ติดกันในชั้นใน โดยไม่ต้องใช้พื้นที่สายไฟภายนอก แม้ว่าจะมีช่องเชื่อมต่อมากกว่า 20,000 ช่องบนบอร์ดทั้งหมด ความคลาดเคลื่อนของอิมพีแดนซ์ของช่องสัญญาณทั้งหมดยังคงได้รับการควบคุมภายใน ± 5% ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดการซิงโครไนซ์ที่มีความแม่นยำสูงในการทดสอบชิป -
หลักการสำคัญของการตัดสินใจคัดเลือก
ในโครงการเชิงปฏิบัติ ไม่มีความเหนือกว่าหรือด้อยกว่าอย่างแน่นอนในบรรดารูทั้งสามประเภท มีเพียงความแตกต่างในสถานการณ์การปรับตัวเท่านั้น: แผงควบคุมอุตสาหกรรมทั่วไป แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 2 ชั้น 4 ชั้น และการออกแบบรูทะลุแบบเต็มเป็นที่ต้องการเพื่อเพิ่มการควบคุมต้นทุนสูงสุดในขณะที่ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ บอร์ด BGA ความหนาแน่นสูงและบอร์ดเซิร์ฟเวอร์ความเร็วสูงสามารถแนะนำทรัพยากรการเดินสายการเพิ่มประสิทธิภาพรูบอดลำดับแรก บอร์ด HDI ระดับไฮเอนด์และโมดูล RF ขนาดเล็กจำเป็นต้องมีการออกแบบการรวมรูฝังแบบซ่อนเพื่อให้ได้ความหนาแน่นในการเชื่อมต่อสูงสุดภายในพื้นที่บอร์ดที่จำกัด