แผงวงจรพิมพ์แบบปิดทึบ (Blind Via PCB): กฎการออกแบบ ประเภทการผลิต ต้นทุน และคำแนะนำ

แผงวงจรพิมพ์แบบมีรูเจาะทะลุ ( Blind Via PCB)คือแผงวงจรที่มีรูเจาะทะลุหนึ่งรูหรือมากกว่านั้นเชื่อมต่อชั้นทองแดงด้านนอกกับชั้นด้านในที่กำหนด โดยไม่ทะลุผ่านความหนาของแผงวงจรทั้งหมด รูเจาะเริ่มต้นที่พื้นผิวและสิ้นสุดอย่างแม่นยำที่ชั้นทองแดงด้านในเป้าหมาย ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสิ้นสุดทางกายภาพระหว่างการเจาะด้วยเลเซอร์ คุณสมบัติทางกายภาพเพียงอย่างเดียวนี้ทำให้แผงวงจรพิมพ์แบบมีรูเจาะทะลุแตกต่างจากแผงวงจรหลายชั้นมาตรฐานในสามประการที่สำคัญ ได้แก่: รูเจาะทะลุใช้พื้นที่เฉพาะชั้นที่เชื่อมต่อเท่านั้น แทนที่จะใช้พื้นที่การเดินสายข้ามทุกชั้น; เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรองมีขนาดเล็กกว่า (โดยทั่วไป 0.25–0.35 มม. เทียบกับ 0.50–0.70 มม. สำหรับรูเจาะทะลุ) ทำให้สามารถจัดวางรูปทรงการกระจายสัญญาณได้ ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางเรขาคณิตด้วยการเจาะแบบกลไก; และรูเจาะทะลุไม่มีส่วนปลายทองแดงที่ไม่ได้ใช้งานอยู่ใต้ชั้นทางออกของสัญญาณ ทำให้ขจัดเสียงสะท้อนของส่วนปลายทองแดงที่ลดทอนคุณภาพของช่องสัญญาณที่ความเร็วสูงกว่า 10 Gbps คู่มือนี้เขียนขึ้นสำหรับวิศวกรฮาร์ดแวร์ นักออกแบบ PCB และวิศวกรจัดหาชิ้นส่วนที่ต้องตัดสินใจอย่างจริงจังเกี่ยวกับ PCB แบบมีรูเจาะซ่อนอยู่ — ว่าควรใช้หรือไม่ ควรระบุประเภทการผลิตแบบใด กฎการออกแบบใดที่ไม่สามารถต่อรองได้ และอะไรคือสิ่งที่ทำให้ผู้ผลิตที่มีศักยภาพแตกต่างจากผู้ผลิตที่จะล้มเหลวเมื่อผลิตในปริมาณมาก

รับใบเสนอราคา PCB แบบไม่เปิดเผยตัวตน

แผงวงจรพิมพ์แบบปิดทึบ (Blind Via PCB) คืออะไร และอะไรที่ทำให้มันแตกต่าง

โครงสร้างสามทางในบอร์ด HDI

เหตุใดการใช้ Blind Via จึงช่วยเพิ่มความหนาแน่นของการเดินสาย

บนแผ่นวงจรพิมพ์มาตรฐาน 10 ชั้น รูทะลุ (through-hole via) จะส่งสัญญาณจากชั้นที่ 1 ไปยังชั้นที่ 2 แต่จะใช้พื้นที่แผ่นรอง (pad space) บนทุกชั้นทั้ง 10 ชั้น ทุกชั้นที่รูทะลุผ่านจะสูญเสียช่องทางการเดินสาย (routing channel) ไปหนึ่งช่องสำหรับทุกรูทะลุในแบบร่าง หากมีรูทะลุสัญญาณ 200 รูบนแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีความหนาแน่นสูง การสูญเสียช่องทางการเดินสายก็จะทวีคูณขึ้นไปตลอดทั้งชั้นของแผ่นวงจร

รูเจาะแบบปิดจาก L1 ไปยัง L2 ใช้เพียงสองชั้นนั้นเท่านั้น ชั้นที่เหลืออีกแปดชั้นไม่มีสิ่งกีดขวางจากรูเจาะนั้นเลย เมื่อรวมกับเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรองที่เล็กกว่า — รูเจาะแบบปิดขนาด 0.10 มม. ที่มีแผ่นรองขนาด 0.30 มม. เทียบกับรูเจาะขนาด 0.30 มม. ที่มีแผ่นรองขนาด 0.60 มม. สำหรับรูสัญญาณมาตรฐาน — นี่คือสิ่งที่ทำให้การกระจายสัญญาณ BGA ที่ระยะห่าง 0.50 มม. และ 0.40 มม. สามารถทำได้จริง ที่ระยะห่างเหล่านั้น ข้อจำกัดทางเรขาคณิตนั้นเด็ดขาด: เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรองบวกวงแหวนของรูเจาะแบบทะลุเกินระยะห่าง ดังนั้นรูเจาะแบบปิดจึงไม่ใช่ทางเลือกด้านประสิทธิภาพ แต่เป็นความจำเป็นทางด้านโครงสร้าง

คำจำกัดความของ IPC-T-50M

ตามมาตรฐาน IPC-T-50M ไมโครเวีย (คำที่ใช้ในมาตรฐาน IPC สำหรับรูเจาะแบบปิดด้วยเลเซอร์) คือโครงสร้างแบบปิดที่มีอัตราส่วนความกว้างต่อความลึกสูงสุด 1:1 และความลึกทั้งหมดไม่เกิน 0.25 มม. วัดจากแผ่นฟอยล์ที่ใช้เป็นตัวจับยึดไปยังแผ่นฟอยล์เป้าหมาย โครงสร้างที่มีความลึกหรืออัตราส่วนความกว้างต่อความลึกเกินกว่านี้จะอยู่นอกเหนือคำจำกัดความของไมโครเวียในมาตรฐาน IPC และต้องได้รับการประเมินทางวิศวกรรมเพื่อความน่าเชื่อถือในการชุบ นี่ไม่ใช่เพียงแนวทางปฏิบัติ แต่เป็นขอบเขตที่กำหนดว่าเคมีของการชุบทองแดงสามารถเข้าถึงก้นรูเจาะได้อย่างน่าเชื่อถือหรือไม่

สามสถานการณ์ที่การใช้รูเจาะแบบปิด (Blind Via) เป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่ถูกต้อง

การออกแบบส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องใช้ vias แบบปิด การตัดสินใจควรขึ้นอยู่กับเงื่อนไขทางวิศวกรรมเฉพาะสามประการ ไม่ใช่จากความต้องการความซับซ้อนของแผงวงจรหรือความเข้าใจผิดว่า HDI หมายถึงคุณภาพที่สูงกว่า

สถานการณ์ที่ 1: ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนทำให้เกิดความเป็นไปไม่ได้ทางเรขาคณิต

นี่คือสาเหตุที่ชัดเจนและพบได้บ่อยที่สุด ที่ระยะห่างของขา BGA 0.65 มม. รูเจาะทะลุขนาด 0.30 มม. ที่มีวงแหวนขนาด 0.15 มม. ต่อด้าน จะต้องใช้แผ่นรองขนาด 0.60 มม. ซึ่งพอดีกับระยะห่างของลูกบอล 0.65 มม. แต่ที่ระยะห่าง 0.50 มม. รูปทรงเดียวกันนี้จะใช้ไม่ได้ผล: แผ่นรอง 0.60 มม. > ระยะห่าง 0.50 มม. รูเจาะทะลุแบบปิดขนาด 0.10 มม. ที่มีแผ่นรองขนาด 0.30 มม. จะพอดีกับระยะห่าง 0.50 มม. โดยมีระยะเผื่อ

ที่ระยะห่าง 0.40 มม. ข้อจำกัดจะยิ่งเข้มงวดมากขึ้น แม้แต่รูเจาะแบบปิดขนาด 0.10 มม. ก็อาจต้องใช้การกำหนดค่าแบบ via-in-pad — คือการวางรูเจาะไว้ภายในแผ่นรองของ BGA โดยตรง — เนื่องจากไม่มีช่องทางการเดินสายระหว่างแผ่นรองที่อยู่ติดกันสำหรับทางออกทั่วไป นี่ไม่ใช่ความชอบในการเดินสาย แต่รูปทรงการกระจายสัญญาณไม่มีทางออกอื่น

สถานการณ์ที่ 2: การเกิดเรโซแนนซ์ของ Via Stub ทำให้ความสมบูรณ์ของสัญญาณลดลงที่ความเร็วสูงกว่า ~10 Gbps

รูทะลุที่เชื่อมต่อ L1 กับ L4 บนแผ่นวงจร 16 ชั้น ทำให้เกิดส่วนยื่นทองแดงจาก L4 ไปยัง L16 ส่วนยื่นนั้นทำหน้าที่เหมือนสายส่งเปิดที่ไม่ได้ต่อปลาย ความถี่เรโซแนนซ์ควอเตอร์เวฟของมันคือ:

f = c / (4 × L_stub × √ε_r)

สำหรับสตับขนาด 1.5 มม. ในวัสดุ FR4 (ε_r ≈ 4.3) การเกิดเรโซแนนซ์นี้จะเกิดขึ้นที่ความถี่ประมาณ 12 GHz ที่ความถี่นั้น สตับจะสะท้อนพลังงานสัญญาณกลับเข้าไปในช่องสัญญาณ ทำให้เกิดการสูญเสียการแทรก (insertion loss) ที่อาจเกิน 15 dB ซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่งสำหรับอินเทอร์เฟซ SerDes ใดๆ ที่ทำงานใกล้หรือสูงกว่าความถี่นั้น ตามข้อกำหนดของ IEEE 802.3 100GBASE-CR4 การสูญเสียการแทรกสูงสุดที่ 12.5 GHz คือ 1.5 dB ต่อ vias สตับขนาด 1.5 มม. เกินกว่าค่านี้ไปหลายเท่า

การเจาะย้อนกลับจะกำจัดส่วนที่ยื่นออกมาส่วนใหญ่ แต่จะเหลือส่วนที่เหลืออยู่ประมาณ 0.1–0.2 มม. เนื่องมาจากความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งการเจาะ สำหรับช่องสัญญาณที่ความเร็ว 56 Gbps PAM4 (28 GHz Nyquist) ขึ้นไป ส่วนที่ยื่นออกมานี้ยังคงมีความสำคัญทางไฟฟ้า ส่วนรูเจาะแบบปิด (blind via) จะไม่มีส่วนที่ยื่นออกมาเลยเนื่องจากโครงสร้าง เป็นวิธีเดียวที่สามารถกำจัดเสียงสะท้อนจากส่วนที่ยื่นออกมาได้อย่างสมบูรณ์ ไม่ว่าความถี่จะเป็นเท่าใดก็ตาม

สำหรับ PCIe Gen 3/4 และ DDR4 ที่ทำงานที่ความเร็ว 8–16 Gbps แนะนำให้ทำการจำลองแบบเรโซแนนซ์ของสตับก่อนที่จะระบุการใช้รูเจาะแบบปิด — การเจาะรูด้านหลังบนแผงวงจรมาตรฐานอาจเพียงพอและมีราคาถูกกว่ามาก สำหรับ 112G SerDes, PCIe Gen 5/6 และ DDR5-6400+ การใช้รูเจาะแบบปิดมักเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้องตามหลักวิศวกรรม

สถานการณ์ที่ 3: ไม่สามารถปฏิบัติตามข้อจำกัดด้านพื้นที่ของแผงวงจรด้วยแผงวงจรหลายชั้นแบบมาตรฐานได้

การออกแบบอาจวางเส้นทางได้อย่างเรียบร้อยบนแผ่นวงจรมาตรฐาน 8 ชั้น ขนาด 110×85 มม. แต่ต้องพอดีกับกล่องขนาด 85×65 มม. เทคโนโลยี HDI ที่มี vias fanout แบบ blind และ via-in-pad ช่วยประหยัดพื้นที่โดยการลดขนาด pad ต่อ via และอนุญาตให้เดินสาย BGA escape เข้าไปใน via ใต้ pad ได้โดยตรง ทำให้ไม่มีช่องทาง escape อีกต่อไป แผ่นวงจร HDI มีราคาสูงกว่าต่อตารางเซนติเมตร แต่ต้นทุนการประกอบโดยรวมอาจต่ำกว่าหากแผ่นวงจรขนาดเล็กช่วยลดต้นทุน น้ำหนัก หรือความซับซ้อนในการประกอบของกล่อง นี่เป็นการแลกเปลี่ยนในระดับระบบที่ต้องใช้การจำลองต้นทุนที่แม่นยำ ไม่ใช่สมมติฐานเริ่มต้น

การใช้ vias แบบปิดทึบไม่ใช่ทางเลือกที่เหมาะสมในกรณีต่อไปนี้: ระยะห่างระหว่าง BGA ≥ 0.65 มม. โดยมีพื้นที่บอร์ดเพียงพอ; ความถี่ของสัญญาณต่ำกว่า 5–10 Gbps ซึ่งไม่สามารถวัดค่าการสั่นพ้องของ stub ได้; พื้นที่บอร์ดไม่จำกัด; หรือผลิตภัณฑ์อยู่ในขั้นตอนต้นแบบเริ่มต้นซึ่งคาดว่าจะมีการแก้ไขการออกแบบ และระยะเวลานำของ HDI (8–21 วัน เทียบกับ 5–7 วันสำหรับบอร์ดหลายชั้นมาตรฐาน) จะทำให้การพัฒนาช้าลง

กฎการออกแบบรูเจาะแบบปิด: การจับคู่เลเยอร์ ขนาดแผ่นรอง อัตราส่วนภาพ และรูเจาะภายในแผ่นรอง

การจับคู่เลเยอร์: ข้อจำกัดทางกายภาพที่ไม่สามารถต่อรองได้

รูเจาะแบบปิดสามารถครอบคลุมชั้นฉนวนได้เพียงชั้นเดียวเท่านั้น เลเซอร์จะตัดผ่านชั้นพรีเพรกที่สร้างขึ้นด้านนอกและหยุดที่ชั้นทองแดงชั้นแรกที่มันพบ — ทองแดงชั้นในนั้นจะเป็นพื้นผิวหยุดทางกายภาพ เป็นไปไม่ได้ที่รูเจาะแบบปิดเพียงรูเดียวจะเชื่อมต่อ L1 กับ L3 ในโครงสร้างที่มีทองแดง L2 อยู่ระหว่างกัน เพราะทองแดง L2 จะหยุดการทำงานของเลเซอร์ก่อนที่จะถึง L3

นี่คือข้อผิดพลาดในการออกแบบ HDI ที่แพงที่สุด และไม่มีวิธีแก้ไขที่ราคาถูก การออกแบบที่ระบุให้ใช้ vias แบบปิด L1→L3 ในการสร้างแบบ Type I (1+N+1) จำเป็นต้องมีการกำหนดเส้นทางใหม่ทั้งหมดของเลเยอร์ escape ของ HDI เมื่อตรวจพบในการตรวจสอบ DFM กฎนั้นง่ายต่อการกล่าวถึงและมักถูกละเมิด: ในการสร้างแบบ Type I vias แบบปิดจะเชื่อมต่อ L1 กับ L2 เท่านั้น (และสะท้อนบนด้านล่างเป็น L(n)↔L(n-1)) การเชื่อมต่อสองระดับต้องใช้การสร้างแบบ Type II หรือ vias แยกกันสองตัว — ตัวหนึ่ง L1→L2 และอีกตัวหนึ่ง L2→L3 — โดยมีแผ่นจับยึดตรงกลางบน L2

สำหรับรายละเอียดเชิงกลไกทั้งหมดว่าทำไมลำดับการเคลือบจึงสร้างข้อจำกัดนี้ โปรดดูคู่มือขั้นตอนการเคลือบ PCB แบบปิดทึบ

การกำหนดขนาดพื้นที่วางแท่นขุดเจาะ: ข้อผิดพลาดในการลงทะเบียนคือข้อจำกัดหลัก

เลเซอร์เองมีความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ ±25–35 µm ปัญหาคือแผ่นรองเป้าหมายของชั้นในอาจไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งตามที่ออกแบบไว้ แต่ละรอบการเคลือบจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการลงทะเบียน XY ±30–50 µm เนื่องจากชั้นนอกจะลงทะเบียนกับจุดอ้างอิงภายใน ในการสร้างแบบ Type I (สองรอบ) ความไม่แน่นอนของตำแหน่งที่เลวร้ายที่สุดของจุดศูนย์กลางของรูเชื่อมต่อเทียบกับแผ่นรองเป้าหมายจะอยู่ที่ ±65–100 µm แผ่นรองที่กำหนดขนาดตามความแม่นยำของเลเซอร์เพียงอย่างเดียว โดยไม่คำนึงถึงการลงทะเบียน จะทำให้เกิดการแตกของวงแหวนบ่อยครั้งในการผลิต

ค่าต่ำสุดในคอลัมน์แสดงถึงค่าต่ำสุดทางเรขาคณิตซึ่งรับประกันว่าจะเกิดการทะลุทะลวงภายใต้ความแปรผันของการลงทะเบียนปกติ ส่วนค่าที่ปลอดภัยสำหรับการผลิตคือค่าเป้าหมายที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบที่มุ่งเน้นผลผลิตในการผลิตที่สูงกว่า 97%

อัตราส่วนภาพ: ข้อจำกัดด้านความน่าเชื่อถือ ไม่ใช่แค่ตัวชี้วัดผลผลิต

ตามมาตรฐาน IPC-2226 อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดที่แนะนำสำหรับรูเจาะแบบปิดคือ 1:1 — ความลึกหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางไม่ควรเกิน 1 ในทางปฏิบัติ ข้อมูลความน่าเชื่อถือแสดงให้เห็นว่าข้อจำกัดนั้นเข้มงวดกว่า การทดสอบระหว่างอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่ารูเจาะขนาดเล็กที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.7 สามารถทนต่อการทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่งได้ ในขณะที่รูเจาะขนาดเล็กที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 จะล้มเหลวภายในไม่กี่รอบความร้อน โหมดความล้มเหลวคือความล้าของทองแดงที่บริเวณข้อต่อของรูเจาะ — จุดเปลี่ยนระหว่างผนังด้านในและแผ่นรองด้านล่าง — ซึ่งเป็นจุดที่ความเครียดจากการไม่ตรงกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) กระจุกตัวอยู่ระหว่างรอบความร้อน รูเจาะผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าเบื้องต้นที่อุณหภูมิห้อง แต่ล้มเหลวเมื่อใช้งานจริง

การเลือกใช้พรีเพรกจะควบคุมอัตราส่วนภาพโดยตรง:

• แผ่นพรีเพรกชนิด 1080 ที่มีปริมาณเรซิน 65–70% จะแข็งตัวเป็นแผ่นหนา 60–70 µm — โดยมีรูขนาด 0.10 มม. อัตราส่วนความกว้างต่อความหนา = 0.65:1 ✓
• พรีเพรกชนิด 2116 ที่มีปริมาณเรซิน 52–58% จะแข็งตัวเป็นความหนา 110–130 µm — โดยมีรูขนาด 0.10 มม. อัตราส่วนความกว้างต่อความสูง = 1.1–1.3:1 ✗
• แผ่นพรีเพรกชนิด 7628 จะแข็งตัวจนมีความหนา 170–200 ไมโครเมตร — ห้ามใช้เป็นฉนวนไดอิเล็กทริกชั้นนอกสำหรับรูเจาะด้วยเลเซอร์ใดๆ

ระบุพรีเพรกชนิด 1080 หรือ 106 สำหรับชั้นสร้างนอก HDI ทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงหมายเหตุการผลิตเพียงครั้งเดียวนี้จะช่วยแก้ไขการละเมิดอัตราส่วนด้านส่วนใหญ่ให้เป็นไปตามข้อกำหนดโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงเส้นทางการเดินสายและไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังมีความสำคัญต่อคุณภาพของผนังรูเชื่อมต่อด้วย: พรีเพรกที่มีปริมาณเรซินต่ำกว่าจะมีปริมาณใยแก้วสูงกว่า ซึ่งจะสลายตัวไม่สม่ำเสมอภายใต้เลเซอร์ CO₂ ทำให้ผนังรูเชื่อมต่อหยาบขึ้น เพิ่มความต้องการในการกำจัดคราบสกปรก และลดการยึดเกาะของแผ่นชุบ

Via-in-Pad: เมื่อใดจึงจำเป็นต้องใช้ และวิธีการระบุอย่างถูกต้อง

การวาง Via แบบ In-pad คือการวาง Via แบบปิดไว้ภายในแผ่นรอง (land pad) ของ BGA หรือ QFN โดยตรง แทนที่จะวางไว้ข้างๆ วิธีนี้จำเป็นต้องใช้เมื่อระยะห่างระหว่างขา (pitch) ของ BGA น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.40 มม. และมีจำนวน I/O สูง เนื่องจากระยะห่างระหว่างแผ่นรองไม่เพียงพอที่จะวาง Via ไว้ข้างๆ แผ่นรองโดยยังคงรักษาระยะห่างขั้นต่ำจากแผ่นรองที่อยู่ติดกัน ทำให้การวาง Via แบบ In-pad เป็นวิธีเดียวที่เป็นไปได้ในเชิงเรขาคณิตสำหรับการส่งสัญญาณ (fanout)

รูเชื่อมต่อที่ไม่ได้เติมตะกั่วจะทำให้ตะกั่วไหลเข้าไปในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ ตะกั่วจะเข้าไปในกระบอกเชื่อมและไม่ไหลกลับ ส่งผลให้รอยเชื่อมขาดตะกั่ว มีความนำไฟฟ้าเพียงพอสำหรับการทดสอบความต่อเนื่อง แต่มีความแข็งแรงทางกลไม่เพียงพอสำหรับการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือการสั่นสะเทือน ความล้มเหลวในลักษณะนี้ผ่านการตรวจสอบมาตรฐานจากโรงงานทุกขั้นตอน แต่จะพบได้ในสินค้าที่ส่งคืนจากลูกค้า

หมายเหตุการผลิตสำหรับ vias-in-pad ต้องระบุองค์ประกอบทั้งสี่อย่างให้ครบถ้วน:

• วิธีการเติม: วัสดุอุดรอยต่อที่ชุบด้วยทองแดงด้วยไฟฟ้า — ไม่ใช่สารอุดรอยต่ออีพ็อกซีหรือเรซิน ซึ่งจะหดตัวระหว่างการแข็งตัวและทำให้เกิดรอยบุ๋มบนพื้นผิวแผ่นรอง ซึ่งส่งผลต่อปริมาณของวัสดุอุดและลักษณะการเชื่อมต่อ
• การปรับระนาบ: การขัดผิวด้วยกระบวนการทางเคมีและเชิงกล (CMP) ให้มีส่วนยื่นเหนือทองแดงโดยรอบไม่เกิน 15 ไมโครเมตร สำหรับระยะห่าง 0.40 มิลลิเมตร และไม่เกิน 25 ไมโครเมตร สำหรับระยะห่าง 0.50 มิลลิเมตร
• ข้อกำหนดที่ว่างเปล่า: พื้นที่หน้าตัดของช่องว่างต้องไม่เกิน 10% ตามมาตรฐาน IPC-6012; ระบุไม่เกิน 8% สำหรับการใช้งานที่ต้องการรอบความร้อนมากกว่า 500 รอบ
• การลดขนาดช่องเปิดของแม่พิมพ์: ลดขนาดช่องเปิดของแม่พิมพ์วางวัสดุประสานที่ตำแหน่ง vias-in-pad ให้เหลือ 80–90% ของพื้นที่ pad ปกติ เพื่อชดเชยการยื่นออกมาของวัสดุประสาน ต้องแจ้งเรื่องนี้ให้วิศวกรประกอบทราบแยกต่างหาก — ข้อมูลนี้จะไม่ถูกถ่ายโอนโดยอัตโนมัติจากบันทึกการผลิต

การเลือกประเภทโครงสร้าง HDI: แบบใดที่เหมาะสมกับการออกแบบของคุณมากที่สุด

ต้องเลือกประเภทการสร้าง HDI ก่อนเริ่มการออกแบบเลย์เอาต์ ประเภทการสร้างนี้จะกำหนดว่าเลเยอร์คู่ใดรองรับ vias แบบปิด จำนวนรอบการเคลือบที่จำเป็น และต้นทุน หากพบความไม่ตรงกันของประเภทการสร้างในขั้นตอนการตรวจสอบ DFM (หลังจากเสร็จสิ้นการเดินสายแล้ว) จะต้องทำการเดินสายเลเยอร์ HDI escape ที่ได้รับผลกระทบใหม่ทั้งหมด

ตรรกะการเลือก

เริ่มต้นจากระยะห่างของส่วนประกอบที่จำกัดที่สุด กำหนดประเภทของ vias ขั้นต่ำที่ทำให้เกิดการกระจายสัญญาณ และตรวจสอบว่าคู่เลเยอร์ที่สำคัญต่อสัญญาณทั้งหมดสามารถเชื่อมต่อได้ด้วยคู่ vias แบบซ่อนที่มีอยู่ในการสร้างแบบนั้น อย่าเลือกประเภท II หรือ III โดยคาดเดา เพราะการเพิ่มรอบการเคลือบแต่ละครั้งจะเพิ่มความเสี่ยงและเพิ่มระยะเวลารอคอยที่ไม่สามารถลดลงได้

หากการออกแบบของคุณมี BGA ระยะห่าง 0.50 มม. ที่ต้องการเพียง vias แบบปิด L1→L2 สำหรับทางออก และการเดินสายภายในเสร็จสมบูรณ์บนแกนมาตรฐาน Type I ก็เพียงพอแล้วและเป็นตัวเลือกที่ประหยัดและถูกต้อง แต่หากการออกแบบเดียวกันนั้นมี BGA ระยะห่าง 0.40 มม. ซึ่ง via-in-pad เป็นสิ่งจำเป็น และสัญญาณสำคัญหนึ่งตัวต้องส่งผ่านจากพื้นผิวด้านบนไปยัง L3 โดยตรง จะต้องใช้ Type II — และการค้นพบข้อผิดพลาดนี้ในระหว่างการออกแบบเลย์เอาต์แทนที่จะตรวจสอบก่อนเริ่มงานถือเป็นความผิดพลาด

ไมโครเวียแบบเรียงซ้อนเทียบกับแบบสลับ: ข้อมูลความน่าเชื่อถือและข้อแลกเปลี่ยนในการออกแบบ

เมื่อเส้นทางสัญญาณต้องเดินทางผ่านชั้นฉนวนสองชั้น เช่น จาก L1 ไปยัง L3 ในโครงสร้างแบบ Type II รูเชื่อมต่อสองรูที่เชื่อมระหว่าง L1→L2 และ L2→L3 สามารถวางสลับกันหรือวางซ้อนกันก็ได้

แบบเหลื่อม:รูเจาะทั้งสองรูจะเยื้องกันในแนวนอนโดยมีระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางอย่างน้อย 0.20 มม. แต่ละรูจะวางอยู่บนแผ่นรองรับของตัวเอง แผ่นรองรับตรงกลาง (L2) ต้องมีขนาดที่รองรับทั้งวงแหวนของรูเจาะด้านบนและเส้นทางเดินสายที่เชื่อมต่อกับรูเจาะด้านล่าง ไม่จำเป็นต้องเติมทองแดง นี่คือตัวเลือกเริ่มต้น — ต้นทุนต่ำกว่า ความน่าเชื่อถือสูงกว่า กระบวนการผลิตง่ายกว่า

แบบเรียงซ้อน:รูทั้งสองใช้พิกัด X/Y เดียวกัน รูล่าง (L2→L3) ต้องเติมทองแดงและปรับพื้นผิวให้เรียบด้วย CMP ก่อนที่จะเคลือบชั้นบน เนื่องจากรูบน (L1→L2) ถูกเจาะลงบนพื้นผิวที่ปรับเรียบแล้วโดยตรง จำเป็นเฉพาะในกรณีที่อาร์เรย์ BGA มีความหนาแน่นสูงมาก ซึ่งการเยื้องแนวนอน 0.20 มม. ไม่สามารถทำได้ในทางเรขาคณิต

ข้อมูลที่รวบรวมได้จนถึงขณะนี้ชี้ให้เห็นว่า ไมโครเวียแบบเรียงซ้อน 3 ชั้นขึ้นไป มีโอกาสเกิดความเสียหายมากกว่าโครงสร้างไมโครเวียแบบสลับชั้น สำหรับไมโครเวียแบบเรียงซ้อนสองระดับ ความน่าเชื่อถือขึ้นอยู่กับคุณภาพการเติมเป็นอย่างมาก:

ข้อกำหนดเกี่ยวกับช่องว่างมีความสำคัญ เนื่องจากช่องว่างจะทำให้เกิดความเค้นทางความร้อนสะสมที่ขอบช่องว่างระหว่างการใช้งาน รูเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนที่มีพื้นที่หน้าตัดของช่องว่าง 20% จะเกิดความเสียหายในรอบการใช้งานที่น้อยกว่าโครงสร้างแบบสลับที่เทียบเท่ากัน และความเสียหายนี้จะผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าเบื้องต้น ควรตรวจสอบกับผู้ผลิตเสมอว่าพวกเขาใช้สารเคมีแบบพัลส์เพลทติ้งจากล่างขึ้นบน (ไม่ใช่การชุบด้วยไฟฟ้าแบบมาตรฐาน) สำหรับการเติมรูเชื่อมต่อ การชุบแบบมาตรฐานจะปิดช่องเปิดของรูเชื่อมต่อก่อนที่จะเติมตรงกลาง ทำให้เกิดช่องว่าง 20–40% เป็นประจำ สารเคมีแบบจากล่างขึ้นบนจะเติมจากแผ่นหยุดขึ้นไปด้านบน ทำให้ได้ช่องว่าง ≤8% อย่างสม่ำเสมอ

ก่อนที่จะตัดสินใจใช้ vias แบบเรียงซ้อน ควรลองออกแบบโดยใช้ vias แบบสลับกันดูก่อน หลายแบบที่คิดว่าต้องใช้ vias แบบเรียงซ้อน จริงๆ แล้วสามารถใช้ vias แบบสลับกันได้ โดยเพิ่มพื้นที่กระจายสัญญาณเพียง 5-8% เท่านั้น ความแตกต่างในด้านต้นทุน ความน่าเชื่อถือ และความเสี่ยงในการผลิตนั้นมีนัยสำคัญ

ต้นทุนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบไม่ระบุชื่อ: ตัวขับ ตัวคูณ และสิ่งที่นักออกแบบสามารถควบคุมได้

เหตุใดค่าพรีเมียมต้นทุนจึงสูงกว่าที่จำนวนชั้นบ่งบอก

ต้นทุนที่สูงขึ้นของแผงวงจรพิมพ์แบบปิด (Blind Via PCB) นั้นเกิดจากความซับซ้อนของกระบวนการและความเสี่ยงด้านผลผลิตที่เพิ่มขึ้น ไม่ใช่ต้นทุนของวัสดุ แต่ละรอบการเคลือบจะเพิ่มเวลาในกระบวนการที่ไม่สามารถบีบอัดได้ 8-12 ชั่วโมง ซึ่งรวมถึงรอบการกด การอบ และการระบายความร้อนที่ควบคุมได้ นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบระหว่างรอบ การตรวจสอบการจัดตำแหน่ง และความเป็นไปได้ที่จะต้องทิ้งแผงวงจรในทุกจุด การผลิตแบบ Type III ที่มีสี่รอบการเคลือบไม่ได้มีราคาสูงกว่าแผงวงจรมาตรฐานแบบรอบเดียวถึง 4 เท่า แต่มีราคาสูงกว่าเพราะแต่ละรอบมีความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในกระบวนการ 1-3% และความน่าจะเป็นเหล่านั้นจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อรวมสี่รอบ ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวอย่างน้อยหนึ่งรอบจะเข้าใกล้ 4-12%

ต้นทุนกระบวนการสามส่วนคิดเป็น 50–65% ของต้นทุนต่อหน่วยทั้งหมด:

• รอบการเคลือบ: เวลาขั้นต่ำที่ไม่สามารถบีอัดได้ต่อรอบคือ 8–12 ชั่วโมง การผลิตแบบ Type III สี่รอบต้องใช้เวลาในการเคลือบอย่างน้อย 32–48 ชั่วโมงก่อนที่จะทำการเจาะ ชุบ หรือสร้างภาพ นี่คือที่มาของระยะเวลารอคอยและต้นทุน
• การเจาะด้วยเลเซอร์: ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งแผงต่อแผงอยู่ที่ 80–250 ดอลลาร์สหรัฐฯ โดยไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนรูเจาะ และบวกเพิ่ม 0.008–0.025 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อรูสำหรับเลเซอร์ CO₂ หรือ 0.015–0.040 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อรูสำหรับเลเซอร์ UV สำหรับแผงที่มีรูเจาะแบบปิด 600 รู ค่าใช้จ่ายในการเจาะรูอย่างเดียวจะเพิ่ม 35–75 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อแผง
• การเติมทองแดงและการขัดผิวเรียบด้วยกระบวนการ CMP: จำเป็นสำหรับ vias แบบเรียงซ้อนและ via-in-pad การเติมวัสดุเพิ่มราคา $0.05–0.15 ต่อ via; การปรับระนาบด้วย CMP เพิ่มราคา $1.50–5.00 ต่อแผง สำหรับการออกแบบ 600 vias โดยใช้ vias แบบเรียงซ้อนเทียบกับแบบสลับกัน ความแตกต่างนี้เพียงอย่างเดียวอาจสูงถึง $30–95 ต่อบอร์ด

สี่กลยุทธ์การออกแบบที่ช่วยลดต้นทุนโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ

• เลือกใช้ประเภท HDI ที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้ตรงกับการกำหนดเส้นทางของคุณ การเปลี่ยนจาก Type I เป็น Type III นั้นมีต้นทุนสูงกว่า HDI ประมาณ 2-3 เท่า โดยไม่รวมค่าเจาะและเติมด้วยเลเซอร์ หากการต่อ BGA ทั้งหมดทำได้ผ่านการเชื่อมต่อ L1→L2 แล้ว Type I ก็เพียงพอแล้ว
• ระบุตำแหน่งของไมโครเวียแบบสลับฟันปลาทุกครั้งที่การเดินสายอนุญาต การจัดเรียงแบบสลับช่วยขจัดขั้นตอนการเติมทองแดงและการขัดเงา (CMP) ออกไปโดยสิ้นเชิง ด้วยจำนวน vias 600 ตัวต่อแผง ทำให้ต้นทุนการผลิตต่อแผงลดลง 30-95 ดอลลาร์สหรัฐฯ พร้อมกับความน่าเชื่อถือที่ดีกว่า
• ควรใช้ vias ขนาด 0.15 มม. แทน 0.10 มม. ในกรณีที่ระยะห่างระหว่าง vias เอื้ออำนวย ที่ระยะห่างระหว่างขา BGA 0.50 มม. รูเจาะขนาด 0.15 มม. นั้นมีความเป็นไปได้ทางเรขาคณิตและมีต้นทุนต่อรูเจาะต่ำกว่า 40% มีอัตราผลผลิตสูงกว่า 99% เมื่อเทียบกับ 97–98% สำหรับขนาด 0.10 มม. และมีอัตราส่วนความกว้างต่อความสูงที่ดีกว่าโดยธรรมชาติ ไม่มีข้อเสียทางด้านไฟฟ้า
• ระบุค่าพรีเพรก 1080 ในชั้นสร้างโครงสร้าง HDI วัสดุ 1080 ที่มีความหนาหลังการอบแห้ง 65–70 µm ช่วยลดอัตราส่วนด้านจาก 1.1–1.3:1 (พรีเพรก 2116) เหลือ 0.65:1 ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตในการเจาะครั้งแรก ลดต้นทุนการเจาะ และเพิ่มความน่าเชื่อถือในการใช้งานภาคสนาม ต้นทุนวัสดุยังคงเท่าเดิม

การประเมินผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ไม่เปิดเผยตัวตน: คำถามที่จะเผยให้เห็นถึงความสามารถ

คำถามเกี่ยวกับความสามารถของกระบวนการ

การผลิตวงจร HDI แบบปิดต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะทางและกระบวนการที่เป็นระเบียบ ซึ่งผู้ผลิต PCB หลายรายไม่มีอย่างแท้จริง คำถามเหล่านี้เป็นสิ่งที่แยกแยะโรงงานที่มีศักยภาพอย่างแท้จริงออกจากโรงงานที่จะประสบปัญหาในการผลิตในปริมาณมาก:

• “คุณผลิต HDI ประเภทใดบ้างภายในบริษัท และแต่ละประเภทมีจำนวนรอบการเคลือบกี่รอบ?” ผู้ผลิตที่มีความสามารถจะระบุประเภท I, II, III และประเภทอื่นๆ พร้อมจำนวนรอบการผลิตที่เกี่ยวข้อง คำตอบที่ไม่ชัดเจน เช่น “เราทำ HDI” หรือ “เรารองรับ vias แบบปิด” โดยไม่มีรายละเอียดกระบวนการ แสดงว่าพวกเขาน่าจะจ้างผลิตจากภายนอกสำหรับการผลิตที่ซับซ้อน หรือมีประสบการณ์จำกัดมากกว่าประเภท I
• “ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำของมู่ลี่สำเร็จรูปที่ได้จากเลเซอร์ CO₂ และ UV แยกกันคือเท่าไร?” เลเซอร์ CO₂ ขนาด 0.10 มม. ถือเป็นความสามารถในการผลิตมาตรฐาน เลเซอร์ UV ขนาด 0.075 มม. บ่งชี้ถึงอุปกรณ์ที่ทันสมัยกว่า ข้อมูลใดๆ ที่ต่ำกว่า 0.075 มม. ควรได้รับการตรวจสอบด้วยข้อมูลภาคตัดขวาง เนื่องจากเป็นความสามารถเฉพาะทางที่โรงงานส่วนน้อยเท่านั้นที่สามารถใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือในการผลิต
• “โดยทั่วไปแล้ว ความแม่นยำในการจัดเรียงชั้นต่อชั้นหลังจากรอบการเคลือบครั้งที่สองเป็นเท่าไร?” ตัวเลขที่ใช้เปรียบเทียบ: ±35–50µm ถือเป็นมาตรฐานความสามารถที่เชื่อถือได้ ±25–30µm ถือเป็นขั้นสูง ผู้ผลิตที่ไม่สามารถตอบคำถามนี้ได้ด้วยตัวเลข แสดงว่าไม่มีระบบตรวจสอบควบคุมกระบวนการผลิตที่แม่นยำพอที่จะรักษาขนาดแผ่นรองพื้นผิว 0.30 มม. บนรูเจาะแบบปิด 0.10 มม. ในกระบวนการผลิตได้
• “คุณใช้เปอร์เซ็นต์ช่องว่างเท่าใดในรูเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนที่เติมด้วยทองแดง และคุณใช้สารเคมีชนิดใดในการเติม?” คำตอบที่ถูกต้อง: ช่องว่าง ≤10% ตามมาตรฐาน IPC-6012 โดยมีเป้าหมายที่ ≤8% โดยใช้กระบวนการชุบแบบพัลส์จากล่างขึ้นบน โรงงานที่ใช้การชุบด้วยไฟฟ้าแบบมาตรฐานในการเติมช่องว่างจะทำให้เกิดช่องว่าง 20–40% ซึ่งอาจเป็นไปตามข้อกำหนดทางโครงสร้างเมื่อตรวจสอบเบื้องต้น แต่ไม่น่าเชื่อถือในการทดสอบด้วยความร้อน
• “คุณจัดการกับข้อผิดพลาดแบบ blind via layer-pair ในการตรวจสอบ DFM อย่างไร?” ฝ่ายผลิตที่มีมาตรฐานสูงจะตรวจสอบคู่ไวต์ที่มีพิกัดอย่างแม่นยำ ระบุประเภทการสร้างที่จำเป็นในการแก้ไขข้อผิดพลาด และส่งผลการตรวจสอบกลับไปยังผู้ออกแบบภายใน 24 ชั่วโมง ในทางกลับกัน ฝ่ายผลิตที่ส่งแบบที่มีคู่ไวต์ที่ไม่สามารถเป็นไปได้ไปสู่การผลิต หรือแก้ไขข้อผิดพลาดโดยการแทนที่ประเภทการสร้างโดยไม่แจ้งให้ทราบ จะทำให้เกิดความล้มเหลวในภาคสนาม

ข้อกำหนดด้านเอกสารสำหรับโปรแกรมการผลิต

สำหรับโครงการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ไม่ระบุชื่อผู้ผลิต นอกเหนือจากปริมาณการผลิตต้นแบบ ต้องระบุสิ่งเหล่านี้เป็นเอกสารส่งมอบมาตรฐาน:

• บันทึกการตรวจสอบระหว่างรอบการผลิต: การวัดด้วยรังสีเอกซ์และการทำแผนที่ความหนาของแผงระหว่างรอบการเคลือบแต่ละครั้ง — ไม่ใช่การสุ่มตัวอย่าง แต่ทำกับแผงทั้งหมด 100%
• รายงานค่าความต้านทาน TDR: ค่าความต้านทานที่วัดได้เฉพาะล็อต พร้อมบันทึกรูปคลื่น ไม่ใช่เอกสารแสดงค่าเฉลี่ยของกระบวนการผลิต
• ภาพตัดขวางของชิ้นงานตัวอย่าง: ภาพตัดขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์ของรูเจาะแบบปิดตัวอย่าง เพื่อตรวจสอบความหนาของชั้นทองแดงที่บริเวณข้อต่อของรูเจาะ (มาตรฐาน IPC-6012 Class 3 ขั้นต่ำ: 12 µm) เปอร์เซ็นต์ของช่องว่าง และการจัดตำแหน่งของแผ่นยึด
• การตรวจสอบย้อนกลับของล็อตวัสดุ: ล็อตพรีเพรก ล็อตฟอยล์ทองแดง และล็อตแกนลามิเนต เชื่อมโยงกับเอกสารการผลิตเพื่อการวิเคราะห์ความล้มเหลวในภาคสนาม

ความสามารถในการสร้าง PCB แบบ Blind Via ของ Highleap

Highleap Electronicsผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบปิดรู (blind via) ตั้งแต่ประเภท I ถึงประเภท III และ HDI ทุกชั้น โดยมีตัวชี้วัดการผลิตที่ได้รับการตรวจสอบแล้วดังต่อไปนี้:

• ระบบเลเซอร์: CO₂ (เส้นผ่านศูนย์กลางสำเร็จรูปขั้นต่ำ 0.10 มม., FR4 และลามิเนตมาตรฐาน); UV (ขั้นต่ำ 0.075 มม., ลามิเนตชนิดพิเศษลดการสูญเสีย, PTFE, เข้ากันได้กับ Megtron 6/7)
• โดยการเติม: กระบวนการชุบโลหะด้วยความร้อนจากล่างขึ้นบน; ข้อกำหนดเรื่องช่องว่าง ≤8%; การปรับพื้นผิวด้วย CMP ให้มีส่วนยื่นบนพื้นผิว ≤15µm
• การลงทะเบียน: ความคลาดเคลื่อนระหว่างชั้นโดยทั่วไป ±35 µm หลังจากการเคลือบครั้งที่สอง; ตรวจสอบความถูกต้องด้วยรังสีเอกซ์ 100% บนแผงทั้งหมดระหว่างรอบการเคลือบ
• ดีเอฟเอ็ม: ตรวจสอบอย่างละเอียดด้วยการตรวจสอบคู่เลเยอร์และอัตราส่วนภาพในทุกใบเสนอราคา HDI — หากพบคู่เลเยอร์ที่เป็นไปไม่ได้ จะส่งคืนพร้อมคำแนะนำแก้ไขเฉพาะภายใน 24 ชั่วโมง
• เอกสาร: รายงานคูปอง TDR ต่อล็อต บันทึกการตรวจสอบระหว่างรอบ และการตรวจสอบย้อนกลับล็อตวัสดุ เป็นสิ่งที่ต้องส่งมอบเป็นมาตรฐานในการจัดส่ง
• สร้างความสามารถในการ: ประเภทที่ 1 ถึงประเภทที่ 3; HDI แบบหลายชั้น สูงสุด 4 ชั้นต่อหน้า; HDI แบบไฮบริดที่แข็งและยืดหยุ่นได้

สำหรับขั้นตอนการเคลือบแบบลำดับที่สมบูรณ์ — รวมถึงพารามิเตอร์รอบการกด การตรวจสอบระหว่างรอบ สาเหตุหลักของข้อบกพร่อง และข้อมูลผลผลิตตามประเภทการผลิต — โปรดดูคู่มือการเคลือบ PCB แบบปิดบังและการป้องกันข้อบกพร่อง

รับใบเสนอราคาสำหรับการติดตั้งม่านบังตาผ่าน PCB