Определение слепых, погребенных и микро улиц

Роль переходного отверстия

Переходные отверстия (via) используются для создания вертикальных, то есть межслойных соединений в печатной плате.

На ранних этапах развития производства плат все переходные отверстия проходили насквозь через всю плату — с одной стороны на другую. Эти thru-hole vias сверлятся после изготовления слоёв и травления проводников. Проводящие стенки переходного отверстия формируются в просверленных отверстиях с помощью процесса химического (безтокового) осаждения металла, завершая межслойные соединения.

Развитие технологий изготовления PCB привело к появлению многослойных плат и, вместе с этим, к возможности сверлить переходные отверстия между другими парами слоёв. Выполняя сверление на определённых этапах процесса изготовления, стало возможно создавать переходные отверстия, которые охватывают только два соседних сигнальных слоя. Они называются blind vias (с поверхностного слоя на следующий внутренний) и buried vias (между двумя внутренними слоями).

Какие слои может соединять переходное отверстие, зависит от технологии изготовления, применяемой для производства платы. Традиционный подход к изготовлению многослойной платы — выполнить её как набор тонких двусторонних плат, которые затем «сэндвичем» спрессовываются под воздействием температуры и давления, образуя многослойную плату.

На изображении ниже показана шестислойная плата, что видно по названиям слоёв слева. Такая плата сначала изготавливается как три двусторонние платы (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) — как указано штриховкой на слоях сердечника (core).

В этих двусторонних платах при необходимости могут быть просверлены места под переходные отверстия, формируя так называемые blind vias (переходное отверстие №1), когда отверстие соединяет поверхностный слой с внутренним; и buried vias, когда переходное отверстие соединяет один внутренний слой с другим внутренним (переходное отверстие №2). После прессования слоёв в единую многослойную плату сверлятся сквозные переходные отверстия (переходное отверстие №3).

Три типа переходных отверстий, которые можно создать: слепые (1), скрытые (2) и сквозные.

Другой тип технологии изготовления многослойных плат называется Build-up technology, при которой слои добавляются один за другим, часто поверх двусторонней или традиционной многослойной платы. При использовании этой технологии после добавления каждого слоя в процессе наращивания можно выполнять лазерное сверление, что даёт большое количество возможных пар слоёв, которые может соединять переходное отверстие. Пары слоёв, используемые для каждого переходного отверстия, задаются параметрами Start Layer и End Layer для данного переходного отверстия.

Перед использованием слепых или скрытых переходных отверстий важно определить уровень поддержки со стороны производителя. Большинство производителей поддерживают слепые и скрытые переходные отверстия. Какие слои может соединять переходное отверстие, зависит от технологии изготовления, применяемой для производства платы. При использовании этой технологии многослойная плата изготавливается как набор тонких двусторонних плат, которые затем «сэндвичем» спрессовываются вместе. Это позволяет слепым и скрытым переходным отверстиям соединять между собой поверхности этих плат.

Улучшения в технологиях изготовления и внедрение лазерного сверления дали возможность создавать очень маленькие (<10 mil) переходные отверстия, формируемые с поверхностного слоя на следующий нижележащий сигнальный слой. Они называются µVias. Создавая µVias по мере наращивания слоёв в процессе изготовления (так называемая последовательная ламинация, или последовательное наращивание), теперь можно формировать «стек» µVias, обеспечивающий бесшовные переходы сигналов между слоями.

Все эти типы переходных отверстий поддерживаются в Altium Designer.

Все различные типы переходных отверстий, которые могут быть изготовлены, можно определить на вкладке Via Types в Layer Stack Manager.

Определение типа переходного отверстия

1. Чтобы определить новый тип переходного отверстия, переключитесь на вкладку Via Types в Layer Stack Manager. Здесь задаются требования к охвату слоёв по оси Z для каждого типа переходных отверстий, необходимых в вашем проекте. При открытии вкладки Via Types в ней будет присутствовать один тип — сквозное переходное отверстие.  Для двухслойной платы переходное отверстие по умолчанию называется Thru 1:2; имя отражает тип переходного отверстия, а также первый и последний слои, которые оно соединяет. Диапазон сквозного переходного отверстия по умолчанию удалить нельзя.
2. Свойства выбранного в данный момент типа переходного отверстия редактируются в режиме Layer Stack Manager mode панели Properties. Если панель не видна, нажмите кнопку в правом нижнем углу приложения, чтобы включить её.
3. Нажмите кнопку , чтобы добавить дополнительный тип переходного отверстия, затем выберите слои, которые этот тип соединяет, на панели Properties. Новое определение получит имя <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (например, Thru 1:2). Программа автоматически определит тип (например, Thru, Blind, Buried) на основе выбранных слоёв и соответствующим образом назовёт тип переходного отверстия.
4. Настройте параметры First Layer и Last Layer, чтобы определить диапазон (span) этого типа переходного отверстия.
5. Если требуется µVia, включите флажок µVia. Этот параметр будет доступен только когда переходное отверстие соединяет соседние слои или «соседние +1» (так называемое Skip via).
6. Если параметр Stack Symmetry включён в области Board панели Properties, станет доступен параметр Mirror. Когда включён Mirror, автоматически создаётся зеркальная копия текущего переходного отверстия, соединяющая симметричные слои в стеке слоёв — включите при необходимости. 
7. Сохраните Stackup, чтобы изменения стали доступны в редакторе PCB.

Панель Properties

Когда активна вкладка Via Types  документа Layer Stack, панель Properties позволяет задавать допустимые требования к охвату слоёв по оси Z для переходных отверстий, используемых в проекте.

Параметр Via Types tab используется для задания допустимых требований к охвату слоёв по оси Z для переходных отверстий, используемых в проекте.

• Via Type
  • Name – имя переходного отверстия. Программа автоматически определяет тип на основе выбранных слоёв и соответствующим образом называет переходное отверстие.
  • First layer – первый слой, который соединяет переходное отверстие.
  • Last layer – последний слой, который соединяет переходное отверстие.
  • µVia – включите, если требуется microvia.
  • Mirror – при включении создаётся зеркальная копия текущего переходного отверстия, соединяющая симметричные слои в стеке слоёв. Этот параметр доступен только если включён параметр Stack Symmetry.
• Board
  • Stack Symmetry – включите, чтобы добавлять слои попарно, симметрично относительно среднего диэлектрического слоя. При включении стек слоёв сразу проверяется на симметрию относительно центрального диэлектрического слоя. Если какая-либо пара слоёв, равноудалённых от центрального диэлектрического опорного слоя, не идентична, откроется диалог Stack is not symmetric dialog.

• Library Compliance – при включении для каждого слоя, выбранного из Material Library, текущие свойства слоя проверяются на соответствие значениям определения этого материала в библиотеке.
• Substack – эта информация относится к выбранному в данный момент подстеку (слои, диэлектрик, толщины и т. п.). При переключении с одного подстека на другой эти данные будут обновляться соответствующим образом (для текущего выбранного подстека).

• Stack Name – введите осмысленное имя подстека. Это поле полезно, когда области стека по X/Y назначается подстек слоёв.
• Is Flex – включите, если подстек является гибким (flex).
• Layers – общее количество слоёв в подстеке.
• Dielectrics – общее количество диэлектриков в подстеке.
• Conductive Thickness – толщина проводящих слоёв в подстеке. Медные сигнальные слои относятся к проводящим слоям.
• Dielectric Thickness – толщина диэлектрических слоёв в подстеке.
• Total Thickness – суммарная толщина подстека.

µVias (MicroVias)

µVia используются как межслойные соединения в проектах с межсоединениями высокой плотности (HDI), чтобы обеспечить высокую плотность входов/выходов (I/O) современных корпусов компонентов и конструкций плат. Для изготовления HDI-плат применяется технология последовательного наращивания (Sequential Build-Up, SBU). Слои HDI обычно наращиваются на традиционно изготовленное двустороннее базовое ядро (core) или на многослойную печатную плату. По мере наращивания каждого HDI-слоя с обеих сторон традиционной PCB µVia могут формироваться с использованием: лазерного сверления, формирования переходного отверстия, металлизации переходного отверстия и заполнения переходного отверстия. Поскольку отверстие выполняется лазерным сверлением, оно имеет коническую форму.

Если для соединения требовался путь через несколько слоёв, исходный подход заключался в том, чтобы располагать серию µVia со смещением, «ступенчатым» рисунком. Улучшения технологий и процессов теперь позволяют располагать µVia стопкой — непосредственно друг над другом.

Заглублённые µVia требуется заполнять, тогда как слепые µVia на внешних слоях заполнения не требуют. Стековые µVia обычно заполняются гальванически осаждённой медью, чтобы обеспечить электрические соединения между несколькими HDI-слоями и дать механическую поддержку внешнему(им) уровню(ям) µVia.

Определение µVia

Поддержка µVia

• Программное обеспечение поддерживает два типа µVia:

  • µVia, проходящая с одного слоя на соседний слой.
  • Skip µVia — этот тип µVia пропускает соседний слой, приземляясь на следующий после него медный слой.

• Тип Via определяется автоматически на основе заданного диапазона слоёв (layer span), как показано на изображении ниже.

• Порядок выбора First layer и Last layer определяет направление сверления для µVia, что показано направлением конической формы µVia на изображении.

• При прохождении через несколько слоёв во время интерактивной трассировки (с использованием доступных типов Via) µVia автоматически формируются в стек. Подробнее см. Changing the Via Type While Routing.

Особенности вывода данных для µVia

Таблица сверловки PCB и выходные файлы по типам сверления поддерживают µVia.

Таблица сверловки

Таблица сверловки PCB включает пары сверления для µVia.

В таблице сверловки каждое отверстие идентифицируется по размеру; если один и тот же размер используется на нескольких парах слоёв сверления, он помечается как mixed.

Файлы для изготовления (сверление)

NC Drill - для каждой пары сверления µVia создаётся отдельный файл.

Gerber X2 - отдельные записи настроек для каждого графика (plot) µVia.

ODB++ - для каждой пары сверления µVia создаётся отдельный файл сверления для изготовления.

Обратное сверление сквозных переходных отверстий

Main page: Сверление с контролируемой глубиной, или обратное сверление

Обратное сверление, также известное как Controlled Depth Drilling (CDD), — это метод удаления неиспользуемой части, или «хвостика» (stub), медной металлизации отверстия (barrel) в сквозном отверстии печатной платы. Когда высокоскоростной сигнал проходит между слоями PCB через медную металлизацию отверстия, он может искажаться. Если использование сигнальных слоёв приводит к наличию «хвостика», и этот «хвостик» длинный, искажения могут стать существенными.

Эти «хвостики» можно удалить повторным сверлением этих отверстий после завершения изготовления, используя сверло немного большего диаметра. Отверстия подвергаются обратному сверлению на контролируемую глубину — близко к последнему слою, используемому переходным отверстием, но не затрагивая его. С учётом допусков изготовления и вариаций материалов хороший производитель может выполнить обратное сверление так, чтобы оставить «хвостик» 7 mil, а в идеале оставшийся «хвостик» будет менее 10 mil.

  
Повторное сверление отверстия сверлом увеличенного диаметра на заданную глубину удаляет неиспользуемую часть металлизации переходного отверстия, улучшая целостность этого сигнального пути.

Обратное сверление включается в меню Layer Stack Manager's Tools, а затем настраивается на вкладке Back Drills в Layer Stack Manager.