Trong ngành công nghiệp hiện nay, nơi kết nối mật độ cao và truyền tín hiệu tốc độ cao đã trở thành tiêu chuẩn, cấu trúc lỗ PCB không còn là một "kênh dẫn điện" đơn giản nữa mà là thành phần cốt lõi quyết định trực tiếp mật độ dây, tính toàn vẹn của tín hiệu và năng suất sản xuất hàng loạt. Nhiều kỹ sư phần cứng thường gặp phải các mục xác nhận lựa chọn như "lỗ xuyên, lỗ mù và lỗ chôn" trong bảng EQ kỹ thuật của nhà máy sản xuất bo mạch khi đối mặt với hệ thống dây điện dày đặc BGA và thiết kế bo mạch cấp cao. Một sai lệch phán đoán nhỏ có thể dẫn đến không đủ không gian nối dây, đường dẫn tín hiệu trở lại dài và thậm chí làm giảm đáng kể hiệu suất tổng thể của bo mạch.
Định nghĩa cốt lõi và sự khác biệt về cấu trúc của ba loại lỗ chân lông
Từ góc độ bản chất cấu trúc, sự khác biệt cốt lõi giữa lỗ xuyên, lỗ mù và lỗ chôn nằm ở "phạm vi thâm nhập của lỗ trên bảng" và cả ba tương ứng với các logic xử lý và ranh giới ứng dụng khác nhau:
-
Xuyên qua lỗ: Nó xuyên trực tiếp từ lớp trên xuống lớp dưới cùng, xuyên thấu hoàn toàn tất cả các lớp của PCB và là cấu trúc kết nối truyền thống nhất. Logic xử lý của nó là "trước tiên hãy nhấn toàn bộ bảng, sau đó khoan lỗ một cách cơ học trong một lần", với chuỗi quy trình đơn giản nhất và chi phí thấp nhất.
-
-
Lỗ mù: chỉ kết nối lớp ngoài của PCB với lớp bên trong được chỉ định và không xuyên qua toàn bộ bo mạch. Lấy bảng 8 lớp và 14 lớp làm ví dụ, các lỗ mù trong bảng 8 lớp có thể đạt được các lớp 1-L2, 1-L3, 1-4L, 1-5L, 2-3L, 5-8L và 7-8L. 14 các lỗ mù có thể đạt được các kết nối giữa các lớp 1-7L, 1-10L, 8-14L và 11-14L.
-
-
Yêu cầu bảo mật, hình ảnh đã được xử lý và chỉ mang tính chất tham khảo
hố chôn: được chôn hoàn toàn bên trong PCB mà không lan ra bất kỳ bề mặt bên ngoài nào. Ví dụ, trong bảng 20 lớp, các lỗ chôn chỉ đạt được sự liên kết từ L2 đến L4 và không thể quan sát được các vị trí lỗ từ cả hai mặt của bảng. Logic xử lý của nó là đầu tiên khoan lỗ để kim loại hóa, sau đó tham gia cán màng. Tất cả quá trình xử lý lỗ phải được hoàn thành ở giai đoạn bảng lõi bên trong, sau đó các lỗ được bọc hoàn toàn bên trong bảng thông qua các quá trình cán màng tiếp theo.
-
Yêu cầu bảo mật, hình ảnh đã được xử lý và chỉ mang tính chất tham khảo
-
Quy trình sản xuất và các thông số chính của ba loại lỗ
Các cấu trúc lỗ khác nhau tương ứng với các liên kết quy trình và độ chính xác điều khiển hoàn toàn khác nhau, đây cũng là lý do cốt lõi dẫn đến sự chênh lệch chi phí rất lớn giữa bảng nhiều lớp bậc cao và bảng xuyên lỗ thông thường:
-
-
Quá trình thông qua lỗ: Sử dụng mũi khoan thép vonfram thông thường có đường kính từ 0,2mm trở lên và tốc độ trục chính được kiểm soát ở mức 80000 đến 150000 vòng quay mỗi phút. Một mũi khoan có thể hoàn thành việc xử lý toàn bộ tấm. Tỷ lệ khung hình tiêu chuẩn công nghiệp được kiểm soát trong khoảng 10: 1 và nhà máy sản xuất ván đảm bảo khả năng trao đổi của hóa chất thành lỗ thông qua dây chuyền mạ điện PTH ngang. Độ đồng đều của độ dày đồng có thể đáp ứng ổn định tiêu chuẩn IPC cấp 2 trở lên. Hiện tại, trong các kịch bản sản xuất hàng loạt chính thống, khẩu độ tối thiểu của các lỗ xuyên qua có thể đạt tới 0,15mm, nhưng khi nó thấp hơn 0,2mm thì cần phải tối ưu hóa đặc biệt các thông số thiết bị.
-
-
Công nghệ lỗ mù: chia thành hai tuyến: lỗ mù sâu được điều khiển bằng cơ học truyền thống và lỗ mù laser chính thống. Các lỗ mù cơ học được khoan bằng thiết bị khoan kiểm soát độ sâu, với độ chính xác về độ sâu được kiểm soát trong phạm vi ± 0,05mm và tỷ lệ AR thông thường là 1,2:1; Lỗ mù bằng laser được loại bỏ bằng laser CO ₂ hoặc UV, với độ chính xác khẩu độ ± 0,01mm và khẩu độ tối thiểu 3mil. Mật độ năng lượng được kiểm soát ổn định ở mức 8-12 J/cm 2, lớp bên trong và mạch bên dưới sẽ không bị hư hại trong suốt quá trình. Sau khi quá trình xử lý lỗ mù bằng laser hoàn tất, cần tối ưu hóa tốc độ dòng và thời gian ngâm của dung dịch thuốc để tránh dung dịch thuốc còn sót lại trong lỗ mù và đảm bảo không có khoảng trống trong quá trình chìm đồng.
-
-
-
-
Quá trình chôn cất: Dựa hoàn toàn vào quá trình xử lý bảng lõi mỏng, việc khoan cơ học trước tiên được hoàn thành trên bảng lõi bên trong độc lập, sau đó nhựa cacbon hóa trên thành lỗ sẽ được loại bỏ bằng cách khoan ướt thuốc tím. Sau đó, độ dày đồng trên thành lỗ được tăng lên 10-20 μm thông qua quá trình lắng đọng đồng hóa học và mạ điện toàn bảng. Cuối cùng, mạch lớp bên trong được khắc và sau đó nó tham gia vào quá trình cán nhiều lớp tiếp theo. Trong toàn bộ quá trình, các thông số nhiệt độ, áp suất và thời gian của quá trình cán phải được kiểm soát chính xác để tránh tắc nghẽn các lỗ chôn bởi dòng chất kết dính trong tấm bán cứng hoặc sự dịch chuyển và biến dạng của tấm lõi mỏng do ứng suất cán.
-
Các trường hợp ứng dụng công nghiệp điển hình
Việc lựa chọn kết hợp các cấu trúc lỗ rỗng khác nhau trực tiếp xác định giới hạn trên về hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Uniwell Circuits đã hình thành các giải pháp triển khai hoàn thiện trong nhiều lĩnh vực sản xuất cao cấp:
-
Bảng nối đa năng tốc độ cao 24 lớp của máy chủ AI: Toàn bộ bo mạch áp dụng sơ đồ kết nối cơ bản là "xuyên lỗ + khoan ngược" và được trang bị các lỗ mù laser bậc 1-2 trong khu vực ổ cắm CPU, giảm hơn 40% độ dài của đường trở về của chân BGA, tránh phản xạ nghiêm trọng các tín hiệu tốc độ cao ở cọc dư xuyên lỗ và đáp ứng các yêu cầu truyền của tín hiệu SerDes trên 25Gbps. Nếu tất cả các thiết kế này đều sử dụng các lỗ xuyên thông thường, không chỉ không gian đi dây sẽ hoàn toàn không đủ mà tính toàn vẹn của tín hiệu cũng sẽ không đạt tiêu chuẩn.
-
-
-
-
Bảng lỗ mù tần số cao 16 lớp RO4350B + RO4450F: Trong khu vực mô-đun thu phát RF, các lỗ mù laser L1-L2 được sử dụng để tiếp đất gần đó, kiểm soát độ tự cảm ký sinh của thông qua trong phạm vi 0,1nH và giảm đáng kể tổn thất chèn của tín hiệu sóng milimet 77GHz. Nếu sử dụng lỗ xuyên thông thường, đường nối đất quá dài sẽ làm giảm mức tăng ăng-ten từ 2-3dB, không thể đáp ứng yêu cầu về khoảng cách phát hiện của radar gắn trên xe.
|
|
Yêu cầu bảo mật, hình ảnh đã được xử lý và chỉ mang tính chất tham khảo
-
-
10 lớp bảng lỗ chôn mù HDI bậc 3: Dưới chip SOC của bo mạch chủ điện thoại thông minh hàng đầu, thiết kế lỗ chôn mù+lỗ xếp chồng được sử dụng để đạt được quạt mật độ cao trong số hàng nghìn chân trong khu vực BGA có kích thước bằng móng tay. Nếu không tăng tổng số lớp, tài nguyên nối dây sẽ tăng thêm 40% và đường dẫn chuyển đổi lớp tín hiệu được rút ngắn đáng kể, giảm mức tiêu thụ điện năng tổng thể khoảng 12%.
-
Bảng nối đa năng thử nghiệm bán dẫn 26 lớp: Trong khu vực giao diện của thẻ thăm dò, một số lượng lớn các lỗ chôn được sử dụng để đạt được sự kết nối giữa các lớp liền kề ở lớp bên trong mà không chiếm bất kỳ không gian nối dây nào bên ngoài. Ngay cả với hơn 20000 kênh kết nối trên toàn bộ bo mạch, dung sai trở kháng của tất cả các kênh tín hiệu vẫn được kiểm soát trong phạm vi ± 5%, đáp ứng yêu cầu đồng bộ hóa có độ chính xác cao trong thử nghiệm chip. -
Nguyên tắc cơ bản của việc ra quyết định lựa chọn
Trong các dự án thực tế, không có sự vượt trội hay thua kém tuyệt đối giữa ba loại lỗ, chỉ có sự khác biệt trong các kịch bản thích ứng: bảng điều khiển công nghiệp thông thường, bảng điện tử tiêu dùng hai lớp bốn lớp và thiết kế xuyên lỗ hoàn toàn được ưu tiên nhằm tối đa hóa kiểm soát chi phí đồng thời đáp ứng yêu cầu về hiệu suất; Bo mạch BGA mật độ cao và bo mạch máy chủ tốc độ cao có thể giới thiệu các tài nguyên nối dây tối ưu hóa lỗ mù bậc nhất; Bảng HDI cao cấp và mô-đun RF thu nhỏ yêu cầu thiết kế kết hợp lỗ chôn kín để đạt được mật độ kết nối cao nhất trong một diện tích bảng hạn chế.