Усложненные структуры МПП с глухими и скрытыми отверстиями
В предыдущей статье мы рассмотрели типовые варианты исполнения глухих и скрытых отверстий на многослойной плате. Применение таких отверстий позволяет выполнить разводку довольно насыщенных печатных плат. Однако встречаются ситуации, когда этого недостаточно — например, для МПП малого размера с крайне высокой плотностью SMT-компонентов на обеих сторонах платы или при использовании микросхем BGA c шагом 0,8, 0,65, 0,5 мм и менее.
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 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.
Таблица. Типовые параметры микроотверстий
| Параметр |
Оптимальное значение |
Минимальное значение |
| Диаметр лазерного сверления, мкм |
100 |
80 |
| Диаметр выемки, мкм |
50 |
40 |
| Внешняя площадка, мкм |
350 |
250 |
| Внутренняя площадка, мкм |
350 |
300 |
| Толщина диэлектрика, мкм |
65–100 |
50 |
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 микро-переход 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 ПП, однако требуют предварительного согласования параметров проектируемой платы с конкретным заводом-производителем. В особенности это важно, если в дальнейшем планируется переход от единичных образцов к средним и крупным сериям.
Многоярусные микроотверстия
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 МПП.
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 не многие 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:
1. Согласовать допустимую структуру слоев и варианты выполнения отверстий.
2. Согласовать диаметры отверстий, диаметры площадок под эти отверстия во всех слоях, толщину меди и диэлектрика всех слоев.
3. Согласовать способ отображения каждого из этих видов отверстий в чертежах, гербер-файлах и бланке описания заказа.
4. Согласовать минимально приемлемый объем заказа (прототипы) и максимально возможный объем заказа (серии).
5. Согласовать, хотя бы предварительно, стоимость вашего заказа — применение таких технологий может повысить его в несколько раз.
По своему опыту мы знаем, что все более часто возникают ситуации, когда без подобных структур не обойтись. Минимизация размеров 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 МПП. 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 МПП предлагаем читателям обращаться к автору статьи по адресу akulin@pcbtech.ru - мы будем рады поместить ваши вопросы и ответы на них в следующих выпусках нашего раздела, посвященного проектированию печатных плат.
«
Технические обзоры
»
