في الصناعة الحالية حيث أصبح التوصيل البيني عالي الكثافة ونقل الإشارات عالي السرعة أمرًا قياسيًا، لم يعد هيكل ثقب ثنائي الفينيل متعدد الكلور "قناة موصلة" بسيطة، ولكنه عنصر أساسي يحدد بشكل مباشر كثافة الأسلاك وسلامة الإشارة وإنتاجية الإنتاج الضخم. غالبًا ما يواجه العديد من مهندسي الأجهزة عناصر تأكيد الاختيار مثل "من خلال الثقوب والثقوب العمياء والثقوب المدفونة" في ورقة EQ الهندسية لمصنع اللوحة عند مواجهة أسلاك BGA الكثيفة وتصميم اللوحة عالي المستوى. قد يؤدي الانحراف الطفيف في الحكم إلى عدم كفاية مساحة الأسلاك، ومسارات عودة الإشارة الطويلة، وحتى انخفاض كبير في إنتاجية اللوحة الإجمالية.
التعاريف الأساسية والاختلافات الهيكلية لثلاثة أنواع من المسام
من منظور الجوهر الهيكلي، يكمن الاختلاف الأساسي بين الفتحة من خلال الفتحة، والفتحة العمياء، والفتحة المدفونة في "نطاق اختراق الفتحة الموجودة في اللوحة"، ويتوافق الثلاثة مع منطق المعالجة وحدود التطبيق المختلفة:
-
من خلال ثقب: يخترق مباشرة من الطبقة العليا إلى الطبقة السفلية، ويخترق جميع طبقات PCB بالكامل، وهو هيكل التوصيل البيني الأكثر تقليدية. منطق المعالجة الخاص به هو "اضغط على اللوحة بأكملها أولاً، ثم قم بحفر الثقوب ميكانيكيًا دفعة واحدة"، مع أبسط سلسلة معالجة وأقل تكلفة.
-
-
ثقب أعمى: يربط فقط الطبقة الخارجية من PCB بالطبقة الداخلية المحددة، ولا يخترق اللوحة بأكملها. بأخذ 8 طبقات و14 طبقة من الألواح كأمثلة، يمكن أن تحقق الثقوب العمياء في الألواح ذات 8 طبقات 1-L2، و1-L3، و1-4L، و1-5L، و2-3L، و5-8L، و7-8L. 14 طبقات من الثقوب العمياء يمكنها تحقيق اتصالات بينية من 1-7L، و1-10L، و8-14L، و11-14L.
-
-
السرية مطلوبة، تمت معالجة الصورة وهي للاشارة فقط
حفرة مدفونة: مدفونة بالكامل داخل PCB دون أن تمتد إلى أي سطح خارجي. على سبيل المثال، في لوحة مكونة من 20 طبقة، تحقق الثقوب المدفونة فقط التوصيل البيني من L2 إلى L4، ولا يمكن ملاحظة مواضع الثقب من كلا جانبي اللوحة. منطق المعالجة الخاص به هو أولاً حفر ثقوب للتمعدن، ومن ثم المشاركة في التصفيح. يجب أن تتم معالجة جميع الفتحات في مرحلة اللوحة الأساسية الداخلية، ومن ثم يتم تغليف الثقوب بالكامل داخل اللوحة من خلال عمليات التصفيح اللاحقة.
-
السرية مطلوبة، تمت معالجة الصورة وهي للاشارة فقط
-
عملية التصنيع والمعلمات الرئيسية لثلاثة أنواع من الثقوب
تتوافق هياكل الفتحات المختلفة مع روابط عملية ودقة تحكم مختلفة تمامًا، وهو أيضًا السبب الأساسي للفرق الكبير في التكلفة بين اللوحات متعددة الطبقات عالية الترتيب والألواح العادية عبر الفتحات:
-
-
من خلال عملية الثقب: يتم استخدام لقم الثقب التقليدية المصنوعة من فولاذ التنغستن بقطر 0.2 مم أو أكثر، ويتم التحكم في سرعة المغزل عند 80000 إلى 150000 دورة في الدقيقة. حفر واحد يمكن أن يكمل معالجة اللوحة الكاملة. يتم التحكم في نسبة العرض إلى الارتفاع القياسية الصناعية ضمن 10:1، ويضمن مصنع الألواح قدرة تبادل المواد الكيميائية لجدار الفتحة من خلال خطوط الطلاء الكهربائي الأفقية PTH. إن توحيد سمك النحاس يمكن أن يلبي بشكل ثابت معايير IPC المستوى 2 أو أعلى. في الوقت الحاضر، في سيناريوهات الإنتاج الضخم السائدة، يمكن أن يصل الحد الأدنى للفتحة من خلال الثقوب إلى 0.15 مم، ولكن عندما تكون أقل من 0.2 مم، يلزم تحسين خاص لمعلمات المعدات.
-
-
تقنية الثقب الأعمى: مقسمة إلى طريقين: الثقوب العمياء العميقة التي يتم التحكم فيها ميكانيكيًا التقليدية والثقوب العمياء بالليزر السائدة. يتم حفر الثقوب العمياء الميكانيكية باستخدام معدات الحفر للتحكم في العمق، مع دقة عمق يتم التحكم فيها ضمن ± 0.05 مم ونسبة AR تقليدية تبلغ 1.2:1؛ تتم إزالة الثقوب العمياء بالليزر باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون أو الأشعة فوق البنفسجية، بدقة فتحة تبلغ ± 0.01 مم وفتحة لا تقل عن 3 مل. يتم التحكم في كثافة الطاقة بثبات عند 8-12 J/cm²، ولن تتضرر الطبقة الداخلية والدائرة السفلية طوال العملية. بعد الانتهاء من معالجة الفتحة العمياء بالليزر، من الضروري تحسين معدل التدفق ووقت النقع لمحلول الدواء لتجنب محلول الدواء المتبقي في فتحة النهاية المسدودة والتأكد من عدم وجود فراغات في غرق النحاس.
-
-
-
-
عملية الدفن: استنادًا بالكامل إلى معالجة اللوحة الأساسية الرقيقة، يتم إكمال الحفر الميكانيكي أولاً على اللوحة الأساسية الداخلية المستقلة، ومن ثم تتم إزالة الراتنج المتفحم الموجود على جدار الثقب بواسطة الحفر الرطب ببرمنجنات البوتاسيوم. بعد ذلك، يتم زيادة سمك النحاس على جدار الثقب إلى 10-20 ميكرومتر من خلال ترسيب النحاس الكيميائي والطلاء الكهربائي الكامل. أخيرًا، يتم حفر دائرة الطبقة الداخلية، ومن ثم تشارك في التصفيح متعدد الطبقات اللاحق. طوال العملية بأكملها، يجب التحكم بدقة في درجة الحرارة والضغط ومعلمات الوقت للتصفيح لتجنب انسداد الثقوب المدفونة عن طريق تدفق المادة اللاصقة في اللوح شبه المعالج، أو إزاحة وتشوه اللوحة الأساسية الرقيقة الناتجة عن إجهاد التصفيح.
-
حالات تطبيق الصناعة النموذجية
يحدد الاختيار المشترك لهياكل المسام المختلفة بشكل مباشر الحد الأعلى لأداء المنتج النهائي. لقد شكلت Uniwell Circuits حلول تنفيذ ناضجة في العديد من مجالات التصنيع المتطورة:
-
24 طبقة لوحة الكترونية معززة عالية السرعة لخادم الذكاء الاصطناعي: تتبنى اللوحة بأكملها نظام ربط أساسيًا "من خلال الفتحة + الحفر الخلفي"، وهي مجهزة بفتحات عمياء بالليزر من 1 إلى 2 طلب في منطقة مقبس وحدة المعالجة المركزية، مما يقلل من طول مسار إرجاع دبوس BGA بأكثر من 40%، وتجنب الانعكاس الخطير للإشارات عالية السرعة عند الكومة المتبقية من خلال الفتحة، وتلبية متطلبات نقل إشارات SerDes التي تزيد عن 25 جيجابت في الثانية. إذا تم استخدام كل هذه التصميمات بشكل عادي من خلال الثقوب، فلن تكون مساحة الأسلاك غير كافية تمامًا فحسب، بل ستفشل سلامة الإشارة أيضًا في تلبية المعايير.
-
-
-
-
16 طبقة RO4350B + RO4450F لوحة ثقب عمياء عالية التردد: في منطقة وحدة إرسال واستقبال التردد اللاسلكي، يتم استخدام الثقوب العمياء بالليزر L1-L2 لتحقيق التأريض القريب، والتحكم في الحث الطفيلي عبر 0.1nH وتقليل فقدان إدخال إشارات الموجات المليمترية 77 جيجا هرتز بشكل كبير. إذا تم استخدام فتحة عادية، فإن مسار التأريض الطويل للغاية سوف يتسبب في انخفاض بمقدار 2-3 ديسيبل في كسب الهوائي، وهو ما لا يمكنه تلبية متطلبات مسافة الكشف للرادار المثبت على السيارة.
|
|
السرية مطلوبة، تمت معالجة الصورة وهي للاشارة فقط
-
-
10 طبقات من الدرجة الثالثة HDI لوحة ثقب مدفونة عمياء: تحت شريحة SOC الخاصة باللوحة الأم للهاتف الذكي الرائد، يتم استخدام تصميم فتحة مدفونة عمياء + فتحة مكدسة للحصول على مروحة عالية الكثافة من بين آلاف المسامير في منطقة BGA بحجم ظفر الإصبع. بدون زيادة العدد الإجمالي للطبقات، تتم زيادة موارد الأسلاك بنسبة 40%، ويتم تقصير مسار تبديل طبقة الإشارة بشكل كبير، مما يقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي بحوالي 12%.
-
26 طبقة لوحة الكترونية معززة لاختبار أشباه الموصلات: في منطقة الواجهة لبطاقة المسبار، يتم استخدام عدد كبير من الثقوب المدفونة لتحقيق التوصيل البيني بين الطبقات المتجاورة في الطبقة الداخلية، دون أن تشغل أي مساحة خارجية للأسلاك. حتى مع وجود أكثر من 20000 قناة ربط على اللوحة بأكملها، لا يزال يتم التحكم في تسامح المعاوقة لجميع قنوات الإشارة في حدود ± 5%، مما يلبي متطلبات المزامنة عالية الدقة لاختبار الرقاقة. -
المبادئ الأساسية لاتخاذ قرار الاختيار
في المشاريع العملية، لا يوجد تفوق أو دونية مطلقة بين الأنواع الثلاثة من الثقوب، فقط الاختلافات في سيناريوهات التكيف: لوحات التحكم الصناعية العادية، واللوحات الإلكترونية الاستهلاكية المكونة من طبقتين وأربع طبقات، والتصميمات الكاملة من خلال الفتحات مفضلة لتحقيق أقصى قدر من التحكم في التكلفة مع تلبية متطلبات الأداء؛ يمكن أن تقدم لوحات BGA عالية الكثافة ولوحات الخادم عالية السرعة موارد أسلاك لتحسين الفتحة العمياء من الدرجة الأولى؛ تتطلب لوحات HDI المتطورة ووحدات الترددات اللاسلكية المصغرة تصميمًا مدمجًا للثقب المدفون لتحقيق أعلى كثافة للتوصيل البيني داخل منطقة محدودة من اللوحة.