В ряде случаев применение несквозных отверстий в печатной плате позволяет решить те или иные проблемы, улучшить массогабаритные характеристики изделия и снизить его стоимость. В статье приводятся основные принципы выполнения несквозных отверстий и рекомендации по применению различных технологических решений.
В процессе проектирования печатной платы разработчик иногда сталкивается с необходимостью выполнения несквозных отверстий, то есть переходов с одного слоя на другой, без сверления печатной платы насквозь. Это может быть вызвано следующими причинами:
В англоязычной литературе для обозначения таких отверстий применяют термины blind via (отверстие выходит только на один из внешних слоёв), buried via (отверстие полностью находится внутри платы, соединяя два или несколько внутренних слоёв), microvia или uvia (отверстие выполнено лазером между двумя соседними слоями). Технология, подразумевающая высокую плотность соединений, очень маленькие зазоры и ширину проводника на плате, и применение несквозных отверстий имеют обобщающее название HDI PCB (High Density Interconnect – межсоединения высокой плотности). Существует несколько международных стандартов, имеющих отношение к HDI-платам, их конструированию, производству и контролю качества, например:
В русскоязычной литературе применяются термины «глухие отверстия», «слепые отверстия», «погребённые отверстия», «микроотверстия» и другие. При этом данные термины не всегда понимаются одинаково различными специалистами.
При формировании несквозных отверстий и их описании в САПР печатных плат важно заранее понимать, какая технология будет использоваться заводом-производителем для их создания. В этой статье будут описаны несколько основных типов несквозных отверстий на примере изготовления 4-слойной печатной платы с несквозным отверстием между слоями 1 и 2 (см. рис. 1).
Здесь также приводятся рекомендации по их применению, в том числе для случаев высокочастотных материалов и препрегов, таких как Rogers серии 4000. На основе приводимых ниже рекомендаций можно создавать более сложные конструкции, комбинируя между собой различные виды отверстий и технологий.
Существуют четыре основных вида несквозных отверстий:
Рассмотрим последовательности операций по изготовлению каждого типа отверстий.
В таблице 1 приведена последовательность технологических операций.
Рекомендации при исполнении такого типа конструкции следующие:
В таблице 2 приведена последовательность технологических операций.
Рекомендации для такой конструкции:
В таблице 3 приведена последовательность технологических операций.
Рекомендации для такой конструкции:
В таблице 4 приведена последовательность технологических операций.
Рекомендации для такой конструкции:
Иногда разработчики применяют слишком много видов несквозных отверстий в одном проекте, что может привести к проблемам при производстве плат. Например, в приведённой на рисунке 2 6-слойной структуре имеются три типа отверстий, которые выходят на слой Top. В связи с этим при изготовлении такой платы три раза выполняется металлизация, и суммарная толщина меди является проблемой для создания прецизионной топологии.
Необходимо минимизировать число типов отверстий, выходящих на один и тот же слой, или применять в таком слое менее прецизионные проводники и зазоры.
Перед проектированием структуры слоёв и созданием новых видов несквозных переходных отверстий следует проработать вопрос о том, как именно будет изготавливаться данная печатная плата, на каком заводе-изготовителе, и в какой последовательности будут выполняться циклы прессования слоёв, сверления и металлизации отверстий, заполнения отверстий медью или смолой и т.д.
Чем меньше циклов прессования, чем меньше видов переходных отверстий, тем дешевле получится плата. В среднем каждый дополнительный вид несквозных переходных отверстий может добавлять от 20 до 50% к стоимости заказа печатной платы. Тем не менее следует иметь в виду, что в ряде случаев наличие таких отверстий может позволить сократить общее количество слоёв в плате, снизить нормы проектирования, уменьшить общие габариты платы. А зачастую, как в случае с BGA-компонентами с шагом 0,5 мм, без несквозных отверстий и вовсе нельзя обойтись.
Стоит отметить, что в современных САПР поддержка технологий несквозных отверстий реализована на довольно высоком уровне. Например, в САПР Cadence Allegro и её подмножестве OrCAD имеется возможность «в один клик» создать «падстек» для заданной пары слоёв просто на основе выбранного в проекте печатной платы сквозного «падстека». В процессе трассировки пользователь может выбрать, с какого на какой слой ему нужен переход, и при этом указать, какой тип из существующих в проекте несквозных отверстий выбрать для данной операции. При формировании конструкторской документации и файлов Gerber САПР автоматически формирует необходимый комплект файлов сверления. Кроме того, в Allegro имеется специальная опция Allegro PCB Miniaturization Option, предназначенная специально для работы с HDI-платами и позволяющая работать не просто с отдельными микроотверстиями, а с их ступенчатыми и стековыми структурами, как «объектами топологии». В этом случае объект «структура микроотверстий» может быть не просто размещён на плате, но и модифицирован под требования конкретной ситуации, например связанные в единую структуру ступенчатые микроотверстия в слоях 1–2, 2–3 и 3–4 могут быть должным образом ориентированы в топологии, чтобы упростить трассировку. Также опция Allegro Miniaturization позволяет выполнять все необходимые технологические требования (DFM – Design for Manufacturing, «разработка для производства»), чтобы обеспечить возможность эффективной разработки и качественного изготовления печатных плат с первой итерации.
Современные CAM-системы, применяемые для проверки производственных файлов печатных плат, также поддерживают несквозные отверстия. Например, редактор Gerber-файлов CAM350 версии 14 позволяет в момент загрузки файлов Gerber и NC-drill удобным образом отсортировать их и указать, между какими парами слоёв должны располагаться те или иные несквозные отверстия, и задать тип микроотверстий. Более того, CAM350 предлагает автоматически извлечь таблицу соединений на основе топологии слоёв и отверстий. Если у пользователя имеется возможность извлечь аналогичный нетлист из САПР, то с помощью CAM350 можно проверить полученные Gerber-файлы на корректность и соответствие этому нетлисту.
Изложенные в статье принципы выполнения несквозных отверстий и HDI-структур и рекомендации по их применению позволят разработчику печатных плат более эффективно реализовать конкурентоспособные проекты и избежать ряда критических ошибок. Дополнительную информацию по этим и другим вопросам проектирования печатных плат можно найти в профессиональном блоге PCB Soft [1].
Обзор рынка анализаторов спектра и сигналов
В статье приводится обзор состояния рынка анализаторов спектра (АС), включая настольные и портативные варианты исполнения, а также рынка анализаторов фазового шума (ФШ) на основе информации из открытых источников (Федеральный информационный фонд по обеспечению измерений ФГИС «АРШИН») [1]. Проведён анализ изменения конъюнктуры рынка и объёмов потребления начиная с 2019 года, включая новых производителей оборудования, вышедших на рынок после февраля 2022 года. 15.04.2024 СЭ №4/2024 586 0 0Частицы в ультрачистой воде
Статья написана по материалам международной технологической дорожной карты для полупроводников (IRDS™ 2023) и посвящена обзору технологии контроля концентрации частиц в ультрачистой воде. 15.04.2024 СЭ №4/2024 616 0 0Двухканальный индикатор уровня звука на базе микроконтроллера EFM8LB12 и дисплея OLED 1306
В статье приведены принципиальная схема, разводка и внешний вид платы, программные средства и результаты работы двухканального индикатора уровня звука на основе микроконтроллера (МК) EFM8LB12, двух ОУ MCP6002 и дисплея OLED 1306, на котором для каждого канала отражаются гистограммы с высотой, пропорциональной уровню звука соответствующего канала. Такой индикатор может быть установлен на переднюю панель аудиоусилителя. По сравнению с похожими покупными индикаторами описываемый индикатор отличается простотой и стоит в несколько раз дешевле. 15.04.2024 СЭ №4/2024 562 0 0Электронные датчики и радары в системе беспроводной связи ОТА, LOP и E-peas
В будущем разработчиков РЭА ожидает эра «одноразовых» устройств: «установил и забыл» – надёжные, устойчивые к внешним воздействиям среды, но не предназначенные для ремонта. Одна из важных решаемых задач – сочетание сбора энергии из среды, её преобразование в электрическую и применение датчиков и микроконтроллеров с крайне низким энергопотреблением. В сочетании с технологиями E-peas (Electronic portable energy autonomous systems – автономные портативные электронные системы), LOP (с низким энергопотреблением) и решениями NXP возникают перспективы датчиков положения, давления и измерения сопутствующих величин от OEM-производителей. С аппаратными настройками и масштабируемостью производительности РЭА в формате процессоров S32R с исключением ошибок в передаче данных аналогового и смешанного сигнала беспроводным способом на небольшие расстояния. В статье представлены примеры системных решений для организации и управления питания датчиков РЭА, задействованных в беспроводной передаче данных, сетевых технологиях и транспортной технике с беспроводной сетью ОТА (Over-the-air – по воздуху). 15.04.2024 СЭ №4/2024 586 0 0