Определении типов переходных отверстий

Роль переходных отверстий

Переходные отверстия используются для создания вертикального соединения слоев печатной платы.

В первых печатных платах все переходные отверстия проходили насквозь платы, от одной стороны до другой. Такие сквозные переходы высверливались после изготовления слоев и вытравливания проводящего рисунка. Проводящие столбики переходных отверстий формировались в высверленных отверстиях путем химического осаждения для соединения слоев.

С развитием технологий производства плат появились многослойные платы и вместе с ними возможность создавать переходы между другими слоями. Высверливание переходных отверстий на определенной стадии технологического процесса сделало возможным создание переходов, соединяющих только два соседних слоя. Такие переходы называются глухими (от внешнего слоя до следующего) и скрытыми (между двумя внутренними слоями).

Улучшения технологических процессов и применение лазерного сверления позволило создавать очень малые (<10 милов) переходы от внешнего слоя до следующего сигнального слоя. Такие переходы называются микропереходами. Создавая микропереходы при наращивании слоев в процессе изготовления (называемом последовательным прессованием, или последовательным наращиванием), возможно сформировать множество уровней микропереходов, которые обеспечивают бесшовную передачу сигналов между слоями.

Все эти типы переходов поддерживаются в Altium Designer.

Определение различных типов переходов, которые могут быть изготовлены, доступно на вкладке Via Types в Layer Stack Manager.

Определение типа перехода

1. Чтобы определить новый тип перехода, переключитесь на вкладку Via Types в Layer Stack Manager. Здесь вы определяете свойства типов переходов, которые нужны в конструкции платы. Когда вы откроете вкладку Via Types, здесь будет присутствовать только один тип сквозного перехода. Для двухслойной платы переход по умолчанию будет называться Thru 1:2. Это имя отражает тип перехода, а также первый и последний слои, которые он соединяет. Сквозной переход по умолчанию не может быть удален.
2. Свойства выделенного в данный момент типа перехода доступны для изменения в панели Properties в режиме Layer Stack Manager. Если панель не видна, нажмите кнопку в правом нижнем углу приложения, чтобы включить ее.
3. Нажмите кнопку , чтобы добавить дополнительный тип перехода, затем в панели Properties выберите слои, которые этот переход должен соединять. Новому типу будет задано имя <Тип> <ПервыйСлой>:<ПоследнийСлой> (например, Thru 1:2). Система автоматически определит тип (например, Thru, Blind, Buried) на основе выбранных слоев и соответствующим образом присвоит имя типу перехода.
4. Задайте First Layer (Первый слой) и Last Layer (Последний слой) для определения типа перехода.
5. Если нужен микропереход, включите флажок µVia. Эта опция будет доступна, только если переход соединяет соседние слои, либо слои, разделенные один слоем (так называемый переход через слой).
6. Если в разделе Board панели Properties включена опция Stack Symmetry, станет доступена опция Mirror. Когда включена опция Mirror, будет автоматически создано зеркальное отображение текущего переходного отверстия, соединяющего симметричные слои в структуре – включите эту опцию, если это необходимо.
7. Чтобы изменения стали доступными в редакторе плат, сохраните стек.

Определение свойств переходного отверстия

Вкладка Via Types в Layer Stack Manager используется для определения требований к вертикальному соединению слоев для переходов каждого типа. Размеры переходного отверстия, в том числе размер отверстия и диаметр, не определяются на вкладке Via Types.

Размеры перехода определяются следующими способами:

• вручную, при редактировании размещенного переходного отверстия в панели Properties;
• настройками примитивов редактора плат по умолчанию, при размещении переходного отверстия вручную (Place » Via);
• правилом проектирования Routing Via Style, если переходное отверстие размещается в процессе интерактивной или автоматической трассировки.

Настройка правила проектирования Routing Via Style

Главная страница: Определение ограничений конструкции – Правила проектирования

Размеры переходных отверстий, размещаемых в процессе интерактивной трассировки, определяются применяемым правилом Routing Via Style. Чтобы правило проектирования было применено к определенным переходным отверстиям, существует набор ключевых слов языка запросов, относящихся к переходным отверстиям. Вы можете использовать эти ключевые слова для определения области действия правила (Where the Object Matches), они описаны ниже.

При изменении слоя в процессе трассировки система смотрит на начальный и конечный слои для этого изменения слоя и выбирает допустимый тип перехода из Layer Stack Manager. Затем система определяет применимое правило проектирования Routing Via Style с наивысшим приоритетом и применяет к размещаемому переходному отверстию размеры, заданные в области Constraints этого правила.

Например, у вас может быть набор цепей DRAM_DATA, для которых необходимы микропереходы для соединения слоев TopLayer и S2 и слоев S2 и S3, а также сквозное переходное отверстие для всех остальных соединений слоев (которое также отличается от переходов, необходимых для других цепей). Для этого можно создать два правила проектирования Routing Via Style, областью действия которых являются цепи DRAM_DATA. Пример подходящего правила проектирования для микропереходов показан ниже. Наведите курсор на изображение, чтобы показать правило для сквозных переходов.

Область действия правил проектирования можно настроить на применение определенных типов переходных отверстий.

Ключевые слова языка запросов

Для упрощения процесса определения области действия правила Routing Via Style доступны следующие ключевые слоя для запросов, относящихся к переходам:

Размещение переходных отверстий в процессе трассировки

При изменении слоев в процессе интерактивной трассировки система автоматически размещает переходное отверстие. Как сказано выше, выбор переходного отверстия зависит от следующего:

• Доступные типы переходов для соединяемых слоев.
• Применяемое правило проектирования Routing Via Style для выбранного типа перехода.

Многоуровневые микропереходы, размещенные при изменении слоя от L1 до L4. Типы размещаемых переходов отображаются в панели Properties в режиме Interactive Routing. Нажимайте клавишу 6 для переключения между допустимыми структурами перехода. Нажмите клавишу 8 для отображения списка допустимых структур перехода.

Управление переходными отверстиями, размещаемыми при интерактивной трассировке

• При изменении слоев трассировки система автоматически выбирает наиболее подходящий тип перехода, который соответствует соединяемым слоям.
• Если существует множество сочетаний/типов переходов (структур перехода), которые могут использоваться, нажимайте клавишу 6 для интерактивного переключения между структурами перехода, доступных для этого сочетания слоев; нажмите клавишу 8 для отображения их списка. Структуры перехода представляются в следующем порядке: использование микроперехода (-ов), использование микроперехода через слой, использование глухого перехода, использование скрытого перехода, использование сквозного перехода. Если изменение происходит более чем на один слой и если определены подходящие типы переходов, можно разместить многоуровневые переходы. Информация о предлагаемых типах переходов отображается в строке состояния и в информационном окне Heads Up display, например, [µVia 1:2, µVia 2:3, µVia 3:4], как показано на изображении выше.
• Структура перехода, которая была использована последний раз, станет структурой перехода для следующей цепи, которую вы будете трассировать. Структура перехода по умолчанию сохраняется только для текущего сеанса редактирования.
• Размеры переходного отверстия определяются применяемым правилом проектирования Routing Via Style. Стратегии определения подходящих правил Routing Via Style описаны выше.
• Для интерактивного изменения размеров перехода в процессе изменения слоя нажмите клавишу 4. Режим размера перехода будет переключаться между следующими состояниями: Rule Minimum (Минимум согласно правилу); Rule Preferred (Предпочтительные значения согласно правилу); Rule Maximum (Максимум согласно правилу); User Choice (Пользовательский выбор). Текущий режим размер перехода отображается в информационном окне Heads Up display и в строке состояния (как показано на изображении выше). Если выбран режим User Choice, нажмите сочетание клавиш Shift+V, чтобы открыть диалоговое окно Choose Via Sizes и выберите предпочтительный размер переходного отверстия. Список доступных размеров, отображаемых в диалоговом окне, берется из списка переходов, уже используемых в конструкции. Их можно проверить в режиме Pad and Via Templates панели PCB.
• Разрез предлагаемого типа (-ов) перехода отображается в панели Properties, как показано выше.
• Чтобы разместить переходное отверстие и продолжить трассировку на том же слое, нажмите клавишу 2.
• Чтобы разместить переходное отверстие и прекратить трассировку текущего соединения, нажмите клавишу / на цифровой клавиатуре.
• Нажмите сочетание клавиш Shift+F1 в процессе трассировки, чтобы отобразить меню доступных для команды сочетаний клавиш.

Работа с размещенными переходными отверстиями

• Можно включить отображение номеров соединяемых слоев внутри переходных отверстий всех типов. Для этого переключите опцию Via Span на вкладке View Options панели View Configuration.
• Если существуют многоуровневые переходы, будут отображаться номера начальных и конечных слоев всех переходов в стеке. Наведите курсор на изображение ниже, чтобы отобразить переходные отверстия в 3D-режиме; справа показан стек из трех переходных отверстий.
• Работа с многоуровневыми переходными отверстиями:
  • С многоуровневыми переходными отверстиями, которые составляют непрерывное соединение, можно работать как с единым переходом. Перетащите стек с зажатой ЛКМ, чтобы переместить все переходные отверстия, с присоединенной трассировкой.
  • Щелкните ЛКМ один раз, чтобы выбрать самое верхнее переходное отверстие в стеке. Если не перемещать мышь, то последующие одиночные щелчки ЛКМ будут по очереди выделять следующие переходы в стеке.
  • Используйте перетаскивание с зажатой ЛКМ и клавишей Ctrl, чтобы переместить только выделенное переходное отверстие с присоединенной трассировкой.
  • Чтобы выделить все переходные отверстия в стеке, щелкните один раз, чтобы выделить одно из них, затем нажмите Tab, чтобы расширить выделение и включить в него все переходы в стеке.

  В переходных отверстиях можно отобразить соединяемые слои. Наведите курсор мыши, чтобы отобразить переходы в 3D-режиме.

Микропереходы

Микропереходы используются в качестве межсоединений между слоями в конструкциях с высокой плотностью межсоединений (HDI) для обеспечения высокой входной/выходной (I/O) плотности передовых корпусов компонентов и конструкций плат. Технология последовательного наращивания (Sequential build-up – SBU) используется для производства конструкций плат HDI. Слои HDI обычно наращиваются на изготовленной по традиционным технологиям двухсторонней или многослойной плате. Поскольку каждый слой HDI наращивается с каждой стороны традиционной платы, микропереходы могут быть выполнены с помощью лазерного сверления, формирования перехода, металлизации перехода и заполнения перехода. Поскольку отверстие образуется лазерным сверлением, оно имеет форму конуса.

Для соединения, проходящего через множество слоев, изначальным подходом было создание ступенчатой конструкции из ряда микроотверстий, расположенных в шахматном порядке. Улучшенные технологии и процессы теперь позволяют располагать микропереходы непосредственно друг над другом.

Скрытые микропереходы необходимо заполнять, но для глухих микропереходов на внешних слоях это не обязательно. Многоуровневые микропереходы обычно заполняют электроосажденной медью для обеспечения электрического соединения между множеством слоев HDI и механической прочности внешних уровней микроперехода.

Определение микроперехода

Поддержка микропереходов

• Система поддерживает два типа микропереходов:
  • Микропереход (µVia), который соединяет слой с соседним слоем.
  • Микропереход через слой (Skip µVia), который пропускает прилегающий слой и останавливается на следующем проводящем слое.
• Тип переходного отверстия определяется автоматически на основе заданных слоев, как показано ниже.
• Порядок выбранных первого (First layer) и последнего (Last layer) слоев определяет направление сверления микроперехода, которое обозначается направлением конической формы микроперехода на изображении.
• Микропереходы автоматически надстраиваются друг над другом при переходе через множество слоев в процессе интерактивной трассировки (с использованием доступных типов переходов).

Особенности формирования выходной документации на микропереходы

Таблица сверловки платы и выходные файлы сверловки поддерживают микропереходы.

Таблица сверловки

Таблица сверловки платы включает в себя пары сверления микропереходов.

Таблица сверловки идентифицирует каждое отверстие по размеру. Если один размер используется на множестве пар слоев, он помечается как смешанный.

Выходные файлы сверловки

NC Drill – для каждой пары сверления микропереходов создается отдельный файл.

Gerber X2 – специфичные настройки для каждого микроперехода.

ODB++ – для каждой пары сверления микропереходов создается отдельный файл.

Обратное высверливание сквозных переходных отверстий

Главная страница: Сверление управляемой глубины, или обратное высверливание

Обратное высверливание, также известное как сверление управляемой глубины (Controlled Depth Drilling, CDD) – это технология, которая используется для удаления неиспользуемых столбиков проводящего материала из сквозных переходных отверстий печатной платы. Когда высокоскоростной сигнал переходит между слоями платы по проводящему столбику, сигнал может быть искажен. Если длина этого столбика проводящего материала достаточно большая, то искажения могут стать существенными.

Эти столбики можно удалить путем повторного высверливания этих отверстий с несколько бо́льшим диаметром сверления после изготовления слоя. Эти отверстия высверливаются на управляемую глубину, близко, но не касаясь последнего слоя, используемого в переходе. В зависимости от материалов и возможностей производства, можно оставить столбики длиной 7 милов, в идеале оставшийся отрезок будет менее 10 милов.

       
Улучшить целостность сигнала можно путем повторного высверливания отверстия несколько бо́льшего диаметра на определенную глубину, чтобы удалить неиспользуемый проводящий материал отверстия.

Обратное высверливания включается через меню Tools в Layer Stack Manager. Настройка осуществляется на вкладке Back Drills в Layer Stack Manager.