Эй, это же просто отверстия – или нет?

В этой статье я коснусь таких тем, как:

• Допуски для отверстий
• Слепые и заглубленные отверстия
• Когда, где и почему вам нужно заполнять отверстия
• Отверстия-в-площадке
• Штабелированные отверстия (друг над другом)
• Отверстия для тепловых приложений.

 

Определение допусков для отверстий на схеме отверстий

 Как минимум раз в неделю мне звонят с таким вопросом: «Привет, Марк! Каков наименьший размер механического отверстия, который может выполнить твоя компания?» Я всегда отвечаю: «А каковы будут допуски для этих отверстий?». Если мне отвечают: «Ну, стандартные допуски +/-.003”», то я вынужден сказать им, что минимальное отверстие будет около .0078” с сигнальной площадкой по меньшей мере .014” и анти-площадкой по меньшей мере .018”.  Обычно на этом моменте на другом конце провода раздается долгое покашливание и затем ответ: «Но я делаю BGA от шага 0,4 мм, у меня нет такого количества места!»

Вот здесь мы и говорим о допусках. Если это настоящие отверстия, где конечный размер не имеет каких-либо последствий, мы говорим: «Почему бы не назвать их +.003” минус размер всего отверстия?».

С этой точки зрения я говорю клиенту, что мы может просверлить меньшее отверстие с сигнальной площадкой и анти-площадкой меньших размеров, что дает возможность заказчику делать трассировку для таких деталей с мелким шагом. Но раз мы это приняли, давайте обсудим сам шаг. Много раз, к нам обращались клиенты, говорящие о конкретном шаге между ножками и площадками, такими как шаг 0,4 мм или 0,5 мм. Нужно понимать, что без общей схемы, на которой можно увидеть данные с рисунками отверстий, производителю очень сложно понять, что клиент имеет ввиду под понятием «шаг».

Шаг – это расстояние от центра данного объекта до центра соседнего объекта. Это может значить совершенно разные вещи, базируясь на размере площадки/ножки. Позвольте привести пример площадки из поверхностного монтажа:

Шаг 0,5 мм значит 0.0197” между центрами двух площадок BGA или поверхностно-монтируемым крепления. Это выглядит вполне приемлемая дистанцией, соответствующей геометрии сегодняшних печатных плат. Однако, что если по схеме ширина площадки поверхностно-монтируемого вывода составляет 0.015”? Это значит, что 0,5 миллиметровый шаг оставит только 0.0047” от края до края между выводами. Это дает вам очень мало или вообще не дает пространства для прокладки дорожки между выводами при этой ширине и шаге.

Очевидно, при сокращении шага между деталями, базируясь на сегодняшних сокращающихся схемах чипа, соответствующие ширины поверхностно-монтируемого вывода или площадки BGA требуют уменьшения, чтобы иметь возможность выполнить трассировку даже при 0.003” или 0.004” между ними.

Слепые и заглубленные отверстия

Что такое слепое отверстие? И что такое заглубленное отверстие?

Они обычно используются, когда вопрос пространства становится актуальным, и у вас есть конечное количество пространства для размещения всех соединений. Слепые отверстия идут от данного поверхностного слоя (верхнего или нижнего, или обоих) до конкретного внутреннего слоя. Пример: слепыми отверстиями на 8-слойной печатной плате могут быть слепые отверстия на слоях 1-2 и 7-8 и сквозное отверстие. Это характерно для людей, которые хотят в своих разработках иметь лучшее как от аналоговых, так и от цифровых технологий; они могут, например, иметь слепые отверстия на слоях 1-2 и 7-8 в этом случае в качестве понятных материалов, чтобы получить преимущество от очень специфичных чисел Dk и Df для копланарных волноводов и затем получить все их менее критичные сигналы внутри на стандарт типа FR-4.

Заглубленные отверстия – это отверстия на внутренних слоях, которые не выходят на поверхность. Пример: 10-слойная печатная плата за заглубленными отверстиями на слоях 3-8.

Такой сценарий обычно используется как крышка основы с материалом основы между слоями 1-2, 3-4,5-6,7-8 и 9-10. Слои 3-4,5-0 и 7-8 будут затем соединены вместе, формируя сборку с заглубленными отверстиями. Затем они будут просверлены как 3-8, отображены, покрыты, очищены и т.д., а затем соединены со слоями 1-2 и 9-10 в заключительной стадии процесса соединения. Деталь затем просверливается для сквозного отверстия и покрывается, как стандартная многослойная плата.

Преимущество слепых и заглубленных отверстий в пространстве. Когда все желаемые соединения исчерпываются возможностями сквозных отверстий, вы приходите к слепым или заглубленным отверстиям, чтобы открыть пространство для трассировки.

 

Что вам нужно знать о них с точки зрения производства? Это просто, на самом деле.

Подготовьте отдельный NC файл сверления для каждого слепого и заглубленного отверстия. Оптимально будет обеспечить отдельные чертежи сверления для слепых отверстий или по меньшей мере дополнительную таблицу, показывающую все сценарии сверления в вашем чертеже сверления, показывающим любые слепые или заглубленные отверстия.

Помните, что на пластине или на разделенной пластине, использующейся как слепой завершающий слой, вы должны добавить площадки для упрощения внутренней металлизации отверстий в слепой и/или заглубленной секции.

Многие схемы слепых отверстий допускают некоторой процент заполнения эпоксидной смолой во время процесса ламинирования. Чтобы избежать поверхностной ряби от слепых отверстий, часто заказчики указывают дополнительную заливку эпоксидной смолой после ламинирования, чтобы обеспечить хорошую плоскость поверхности.

Что приводит меня к….

Когда вам нужно указывать заполнение отверстий и какой тип вы должны указывать?

Почему вы должны заполнять данное отверстия либо эпоксидной смолой, либо металлическим эпоксидным покрытием? Во-первых, давайте сравним эпоксидную смолу и металлическое эпоксидное покрытие и поймем, какое из них когда нужно выбирать.

Какое очевидное различие между ними? Частично металлизированное эпоксидное заполнение является проводником. Те есть, для отверстия, разработанного, имея ввиду тепловое применение (например, чтобы рассеивать тепло от одной стороны к другой) может лучше подойти металлический эпоксид, чем эпоксидная смола, которая не является проводником.

Помня, что само отверстие имеет металлическое покрытие внутри себя, мы понимаем, что проводимость все равно будет вне зависимости от того, заполнено отверстие проводимой или не проводимой эпоксидной пастой.

Много лет назад до того, как стали превалировать эпоксидная смола и проводимый эпоксид, производители пробовали заполнить отверстия материалом маски. Это создавало проблему для производителя при использовании BGA, где у вас зазор для отверстия на одной стороне, но нет зазора на противоположной стороне. С сегодняшними полимерными пластиковыми масками формируется пластиковая «крышка», которая не позволяет раствору свободно проходить через отверстие при металлизации, и иногда приводит к окислению, создавая электрические аномалии.

Сегодня такие отверстия или отверстия-в-площадке мы можем заполнить эпоксидной смолой, планаризировать их (то есть сделать их плоскими) и покрыть их электролитическим покрытием, что делает разговор о наличии зазора на одной стороне или другой совершенно бессмысленным.

Итак, в каких еще случаях я выбираю заполнение отверстия?

Иногда заполненные отверстия применяют под чипами и «сшивают» отверстия под ними для рассеивания тепла.

Здесь снова возникает желание иметь большую металлическую площадь на одной стороне прямо под чипом и ничего на противоположной стороне. Это еще одна большая возможность для эпоксидной смолы или даже для проводящего эпоксидного заполнения. См. Рис.1.

В некоторых ситуациях вы можете выбрать проводящее заполнение отверстий для термальных применений для рассеивания тепла, таких как экран Фарадея (Рис.2).