" Spis tre ci
"
" "
1. Wst p.....................................................................................................................................................2
2. Technologia mikrootworów..................................................................................................................2
3. Zastosowanie i korzy ci........................................................................................................................3
4. Metodyka wyznaczania liczby warstw sygna owych i budowy p ytki..................................................4
5. Równomierno wykorzystania powierzchni warstw...........................................................................6
6. Materia y...............................................................................................................................................7
7. Konstrukcje przepustów z mikrootworami ..........................................................................................8
7.1. Budowa mikroprzepustu................................................................................................................8
7.2. Umiejscowienie mikroprzepustów na p ytce.................................................................................9
7.3. Uk ad przestrzenny po cze wewn trz p ytki............................................................................10
8. Budowa obwodów wielowarstwowych z mikrootworami..................................................................12
8.2. Konstrukcja typu II 1[C]0 lub 1[C]1...........................................................................................14
8.3. Konstrukcje typu III 2[C] 0...........................................................................................................15

9. Przyk adowe procesy technologiczne .................................................................................................16
9.1. Wariant 1: Budowa typu I 1[C]1 (rysunek 11)............................................................................16
9.2. Wariant 2: Budowa typu II 1[C]1.(rysunek 12)...........................................................................16
9.3. Wariant 3: Budowa typu II 1[C]1.(rysunek 14)...........................................................................17
Literatura:................................................................................................................................................18
Za cznik A:
Podstawowe parametry sztywnych p ytek drukowanych wykonywanych w ITR
Warszawa kwiecie 2003 1 / 18
1. Wst p
Obwody drukowane o wysokiej g sto ci po cze HDI (High Density Interconnects) s
obecnie projektowane w coraz wi kszych ilo ciach. Wyst puj ca w HDI bardzo du a liczba po cze
( rednio 10 tys. cie ek i 4 tys. otworów) oraz miniaturyzacja podzespo ów wymaga zastosowania
przepustów wykonywanych za pomoc mikrootworów. Wychodz c na przeciw tym wymaganiom w
Instytucie Tele- i Radiotechnicznym rozpocz to prace nad technologi mikrootworów. Ten dokument
jest cz ci opracowa i zawiera wytyczne dla projektantów obwodów drukowanych i innych osób,
którzy pragn skorzysta z tej technologii w swoich projektach.
2. Technologia mikrootworów
Technologia mikrootworów polega na wykonywaniu przepustów pomi dzy warstwami przy
zastosowaniu otworów o rednicy 1501 �m. Dzi ki tak ma ym przepustom radykalnie maleje
powierzchnia zajmowana przez przelotk . Nale y te zwróci uwag , e te przepusty wykonywane s z
warstwy zewn trznej n do nast pnej wewn trznej n+1. Dzi ki takiemu wykonaniu zyskuje si
mo liwo prowadzenia cie ek lub nast pnych przepustów (przelotki zagrzebane) na kolejnych
warstwach pod wykonanym przepustem.
Istnieje kilka technologii formowania mikrootworów:
" mechaniczna
" fotochemiczna
" trawienie plazmowe
" ablacja laserowa
ITR dysponuje wiertark laserow firmy Electro Scientific Industries, model 5200 z laserem
UV typu Nd:YAG pompowanym diodowo, o d ugo ci fali 355 �m. Dlatego przedstawiony tu opis
dotyczy metody ablacji laserowej. Formowanie otworu za po rednictwem wi zki laserowej przebiega
w dwóch etapach:
I. wykonanie okna w zewn trznej warstwie miedzi,
II. czyszczenie dna otworu z dielektryka przy u yciu wi zki o mniejszej energii.
Proces obrazuje rysunek 1.
Rysunek 1. Dwuetapowy proces formowania mikrootworu przy u yciu wi zki laserowej.
1 definicja mikroprzepustu wg normy IPC/JPCA-2315
Warszawa kwiecie 2003 2 / 18
3. Zastosowanie i korzy ci
Mo na wyró ni trzy p aszczyzny zastosowania obwodów drukowanych z mikrootworami.
Podzia ten wynika z potrzeb i sta ego post pu w elektronice:
" miniaturyzacja (elektroniczny sprz t przeno ny, telefony komórkowe, laptopy, itp.)
" du a miejscowa g sto po cze (podzespo y BGA, CCGA, flip-chip, �BGA, itp.)
" przemys owe systemy o wysokiej szybko ci (systemy informatyczne i telekomunikacyjne)
Wka dej z tych p aszczyzna za zastosowaniem mikrootworów przemawiaj inne kryteria. W
miniaturyzacji podstawowym aspektem stosowania mikroprzepustów jest przede wszystkim redukcja
wielko ci i wagi ko cowego produktu poprzez projektowanie upakowanych p ytek z elementami
wykonanymi w coraz to mniejszych rastrach.
Rysunek 2. Miniaturyzacja przy zastosowaniu mikroprzepustów.
Du a liczba wyprowadze (~1500 wej /wyj ) elementów pó przewodnikowych, z coraz to
mniejszymi rastrami, oraz konieczno umieszczania elementów blisko siebie (np. procesor i pami
DRAM), wymaga wykonania na ma ej powierzchni du ej liczby przepustów. Dzi ki swoim ma ym
wymiarom mikrootwory wietnie si do tego nadaj . Umo liwiaj ponadto redukcj liczby warstw,
gdy cz ze sob tylko jedn lub dwie warstwy. cie ki mo na prowadzi wtedy pod przepustem na
pozosta ych warstwach. Mikrootwory ze wzgl du na swoj budow pozwalaj na prowadzenie
przepustów bezpo rednio w padzie lutowniczym, co dodatkowo redukuje powierzchni p ytki
potrzebn na przelotki.
Stosunkowo nowym polem zastosowa mikrootworów s obwody do systemów o wysokich
szybko ciach, gdzie wyró nikiem zastosowania s parametry elektryczne (g ównie impedancja). Dzi ki
ma ym fizycznym wymiarom mikroprzepustów oraz redukcji d ugo ci po cze , uzyskuje si popraw
min. takich parametrów elektrycznych jak:
" charakterystyka impedancji (oporno , indukcyjno i pojemno ),
" straty sygna u,
" niskonapi ciowy sygna ró nicowy LVDS2
" szumy,
" przes uchy,
" czasy narastania.
2 Low Voltage Differential Signal
Warszawa kwiecie 2003 3 / 18
Rysunek 3 przedstawia porównanie indukcyjno ci i pojemno ci klasycznej przelotki oraz
mikroprzepustu. Wida , e dla mikroprzepustu warto ci te s dziesi ciokrotnie mniejsze.
Rysunek 3. Porównanie indukcyjno ci i pojemno ci klasycznej przelotki oraz mikroprzepustu.3
4. Metodyka wyznaczania liczby warstw sygna owych i budowy p ytki
Niezmiernie wa n spraw jest oszacowanie liczby warstw i przez to okre lenie budowy
p ytki. Zastosowanie wzorów matematycznych znacznie skraca proces projektowania (konieczno
wielokrotnego przeprojektowywania) oraz obni a koszty poprzez redukcj nie w pe ni wykorzystanych
warstw. Matematyczne narz dzia do wyznaczania liczby warstw uwzgl dniaj w swych wzorach
parametry: elektryczne, mechaniczne, monta owe (odleg o ci mi dzy elementami) oraz technologiczne
(szeroko ci cie ek, odleg o ci pomi dzy nimi). Istnieje wiele matematycznych modeli3 do szacowania
liczby warstw, m.in.:
" HP's Design Density Index [1]
" Toshiba Technology Map [2]
" Equivalent ICs per square inch [3]
" Coors, Anderson & Seward's Statistical Wiring Length technique [4]
" Rent's Rule techniques [5]
" Section Crossing technique [6]
" Geometric Approach [7]
" Seraphim Wiring Factor [8]
Ka de z tych rozwi za mo na sprowadzi do nierówno ci:
potrzebna liczba po cze elementów (Wd) < pojemno p ytki (Wc)
3 przytoczone z artyku u:  Designing large, high-speed HDI boards- the third platform Happy Holden
Warszawa kwiecie 2003 4 / 18
Liczba po cze elementów Wd to ca kowita d ugo po cze wymagana do po czenia
wszystkich elementów w obwód elektryczny. Po okre leniu rozmiaru p ytki, mo na wyznaczy g sto
wi za (cm/cm2 lub cal/cal2). Na ich podstawie mo na dobra model i sprawdzi , czy p ytk mo na
zaprojektowa na zadanej powierzchni.
Pojemno p ytki (Wc) jest to dost pna d ugo wi za do po czenia wszystkich elementów.
Wp ywaj na ni :
 zasady projektowe ( cie ki, odst py, otwory, pola lutownicze, itp. które tworz powierzchni
pod o a);
 struktura (ilo warstw sygna owych, otwory przelotowe i zagrzebane i inne umo liwiaj ce
wykonanie po cze );
 rodzaje cie ek (baza wymiarowa do obliczania ilo ci cie ek ró nych rodzajów);
 wydajno warstwy (procent wykorzystania warstw przy narzuconych regu ach).
Istniej modele do wyznaczania:
 po cze wyst puj cych w uk adach typu flip-chip lub BGA;
 po cze stworzonych przez 2 lub wi cej elementów le cych blisko siebie, np. CPU i pami ,
procesor DSP i uk ady wej cia wyj cia;
 integruj ce ca y obwód.
Poniewa nie zawsze wiadomo, z którym przypadkiem mamy do czynienia w danym
projekcie, zazwyczaj oblicza si kilka wariantów po cze , a parametry ustala si dla najbardziej
niekorzystnego przypadku.
Metodyka obliczania p ytki drukowanej obejmuje poni sze etapy:
1. zebranie danych do projektu (liczba wymaganych elementów; liczba wszystkich po cze )
2. za o enie kszta tu p ytki (jej powierzchni)
3. wyznaczenie g sto ci wi za (cm/cm2 lub cal/cal2)
4. okre lenie wydajno ci po cze wed ug typu budowy p ytki
5. obliczenie pojemno ci p ytki (Wc)
6.
a) wybór naddatków projektowych i g sto ci przepustów  obliczenie ilo ci warstw
b) wybór ilo ci warstw  obliczenie naddatków projektowych i g sto ci przepustów
7. wycena projektu u wykonawców obwodów drukowanych
Odpowiednie wzory znale mo na w powy szych pozycjach oraz normie IPC/JPCA-2315 p.5.0.
Przyk adowe wzory:
" Obszar typu BGA  wyprowadzenia na ca ej powierzchni uk adu
gdzie:
l  d ugo cie ek (cm)
s  odst p mi dzy cie kami (cm)
Dv  rednica padów pod przelotki (cm)
Db  rednica padów kontaktowych (cm)
G  raster (cm)
n  liczba wszystkich po cze sygna owych I/O
" Obszar z kilkoma rz dami wyprowadze dooko a obudowy
Wzór jest identyczny jak powy szy tylko trzeba zamiast n/2 wstawi r (liczba rz dów
wyprowadze ).
Warszawa kwiecie 2003 5 / 18
" Elementy ciasno u o one
gdzie:
N  ilo po cze sygna owych I/O na element
T
N  ilo elementów
P  ilo po cze w sieci
N
P  odleg o mi dzy elementami  podzia ka
Rysunek 4. Rozmieszczenie elementów.
" Upakowanie p ytki Wc
gdzie:
 wydajno warstwy 35% do 80%
t  ilo cie ek na obszarze siatki lub odst p pomi dzy dwoma cie kami przelotowymi
l  ilo warstw sygna owych
g  wielko siatki
Reasumuj c
Wd > Wc- projekt nie mo e by sko czony, brak jest powierzchni na po czenia lub przelotki. Aby to
skorygowa , pod o e musi by wi ksze lub elementy inaczej rozmieszczone.
Wd = Wc- rozwi zanie optymalne, ale brak mo liwo ci ewentualnych zmian w projekcie, proces
projektowania wymaga bardzo d ugiego czasu.
Wd < Wc- najlepsze rozwi zanie (Wc = 120% Wd); jest wystarczaj co naddatku projektowego na
szybkie uko czenie projektu z minimaln ilo ci wolnej powierzchni i przy niskich
kosztach
Wd << Wc- najcz ciej spotykane rozwi zanie; bardzo szybko otrzymany projekt p ytki drukowanej,
ale kosztem wzrostu liczby dodatkowych, ma o wykorzystanych warstw lub
narzuconych minimalnych naddatków projektowych. Wzrost kosztów od 15% do 50%.
5. Równomierno wykorzystania powierzchni warstw.
Zrównowa enie, w granicach pojedynczej warstwy, g sto ci po cze umo liwia
zmniejszenie wichrowato ci i skr cenia p ytki oraz podnosi jej stateczno wymiarow . Dlatego
cie ki powinny by roz o one równomiernie na ca ej powierzchni p ytki, aby unikn potrzeby
specjalnego miedziowania w procesach galwanicznych (wzrost kosztów wytwarzania). Je eli
powierzchnia nie jest równomiernie wype niona, wtedy nale y doda specjalne miedziane obszary,
które s niefunkcjonalne elektrycznie na uko czonej p ytce, ale pozwalaj ujednolica g sto
pokrywania, daj c jednolite grubo ci metalizacji powierzchni p ytki .
Warszawa kwiecie 2003 6 / 18
6. Materia y
Istnieje wiele materia ów pod o owych dla obwodów drukowanych z mikrootworami.
Uwarunkowane jest to ró norodno ci wymaga stawianych takim p ytkom. Wymagania te wynikaj z
parametrów: elektrycznych (np. du a stabilno dielektryczna), mechanicznych (du a wytrzyma o
dla obwodów sztywnych; du a podatno na zginanie dla obwodów elastycznych, odporno na szoki
termiczne, wilgo ) oraz technologicznych (podatno na obróbk ).
Obecnie ITR dysponuje dwoma typami materia ów. Komponenty te przeznaczone s do
wytwarzania obwodów sztywnych. Parametry obydwu typów materia ów przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Parametry mechaniczne i elektryczne materia ów na obwody z mikrootworami.
PCL-CF-4004 FR-45
Jednostki Warto Rodzaj testu Warto Rodzaj testu
Parametr
IPC-TM-650 MIL-S-
metryczne
(lub inny) 13949/04
Temperatura zeszklenia (Tg) 170 2.4.24.4 135
�C
Temperatura rozk adu 320 ASTMD3850 260
�C
Wspó czynnik rozszerzal- A poni ej Tg 60 60
ppm/�C 2.4.24.5
no ci cieplnej X, Y, Z (CTE) B powy ej Tg 125 190
Przewodno cieplna W/mK 0.20 ASTMD5930
A 1MHz 3.6 4.6-4.9
Sta a dielektryczna B 100MHz - 3.4 2.5.5.9 -
C 1GHz 3.2 4.0-4.5
A 1MHz 0.2 0.2
Wspó czynnik strat
B 100MHz - 0.2 2.5.5.9 -
dielektrycznych (tangens)
C 1GHz 0.2 -
Rezystywno obj to ciowa 1.2x106 2.5.17.1 6.0x106
96godz/35�C/90%RH
M -cm
dielektryka 5x104 7.2x106
podatno temp. wg RTI
Rezystywno 2.5x107 2.5.17.1 1.3x106
96godz/35�C/90%RH
M
powierzchniowa dielektryka 4x104 3.7x107
podatno temp. wg RTI
Wytrzyma o napi ciowa na przebicie skro na kV/mm 40 2.5.6.2 39
A 9 �m (1/4 oz)
90 -
Wytrzyma o na odrywanie B 12 �m (3/8 oz) 105 -
N/mm 2.4.8
folii miedzianej 105 140
C 18 �m (1/2 oz)
- 190
D 35 �m (1 oz)
Modu Younga GPa 3.0 2.4.18.3
Liczba Poissona - 0.30 ASTM
Wspó czynnik absorpcji wilgoci % 0.50 2.6.2.1 0.36
Wytrzyma o na rozci ganie MPa TBD 2.4.18.3
Wyd u enie % TBD 2.4.18.3
Typ palno ci (V-0 samogasn cy) - V-0 UL-94 V-0 UL-94
Rdzenie wykonywane s na laminacie typu FR-4. Jest to ywica epoksydowa w stanie
ca kowicie utwardzonym wzmocniona tkanin szklan . Ca o pokryta jest jednostronnie lub
dwustronnie warstw miedzi o grubo ci 18 �m lub 35 �m. Do klejenia rdzenia stosowany jest prepreg
typu FR-4. Jest to ywica epoksydowa w stanie cz ciowego utwardzenia wzmocniona tkanin szklan
4 wg karty katalogowej firmy POLYCLAD PCL-CF-400
5 wg karty katalogowej firmy ISOLA DURAVER-E-Cu quality 104 ML
Warszawa kwiecie 2003 7 / 18
bez miedzi. Na warstwy zewn trzne, gdzie wytwarzane s mikrootwory, przeznaczony jest materia
RCC firmy Polyclad typu PCL-CF-400 Cu12�m/C35T/B35T. Jest to folia Cu pokryta z jednej strony
warstw dielektryka epoksydowego w dwóch stanach utwardzenia B (cz ciowe utwardzenie) i C
(ca kowite utwardzenie). W tabeli 1 zestawiono podstawowe parametry mechaniczne i elektryczne tych
materia ów.
W ITR prowadzone s prace nad wdro eniem do produkcji nowych materia ów.
7. Konstrukcje przepustów z mikrootworami
7.1. Budowa mikroprzepustu
Rysunek 5. Budowa mikroprzepustu.
Optymalny kszta t mikrootworu po ablacji laserowej (rys.5) ma kszta t lekko rozwartego
sto ka o prostych cianach. Ten kszta t atwo poddaje si metalizacji. Poniewa dla wykonywanych
mikrootworów stosunek g boko ci Ar jest stosunkowo ma y (A 0,4) to poprawnym jest kszta t
r
zbli ony do walca. ciany mikrootworów po ablacji powinny by równe i g adkie, wolne od nalotów
stopionych lub zw glonych cz stek oraz pozosta o ci dielektryka na dnie. W przypadku u ycia
dielektryka z w óknem szklanym dopuszcza si obecno pozosta o ci w ókien szklanych wystaj cych
nie wi cej ni 8 �m. Warstwa miedzi na dnie musi by ci g a. Dopuszcza si jednak niewielkie rysy
rz du 5-7 �m oraz miejscowe przetopienia miedzi laserem.
Po metalizacji powierzchnia powinna by g adka, ci g a, bez nawisów oraz porów i p kni , o
dobrej przyczepno ci. Ogólne wymagania zawiera norma IPC-6016A p.3.2.6.
Grubo dielektryka, mierzona mi dzy doln i górn warstw miedzi, blisko kraw dzi
wywierconego mikrootworu, powinna wynosi oko o 55 �mą10%. Natomiast w przypadku, gdy w
rdzeniu wyst puj otwory zagrzebane, grubo dielektryka nie powinna by mniejsza od 30 �m, a
wype nienie ich przez ywic powinno wynosi nie mniej ni 60% dla poziomów wykonania 2 i 3 wg
IPC-6012 A p.3.6.2.15.
Warszawa kwiecie 2003 8 / 18
7.2. Umiejscowienie mikroprzepustów na p ytce.
Mikroprzepusty z powodzeniem mo na umieszcza w obszarze pól lutowniczych, pod
warunkiem, i te pola maj wystarczaj c do tego powierzchni . Tak wykonane po czenia z
warstwami wewn trznymi radykalnie redukuj zajmowan powierzchni na p ytce drukowanej (do
40% klasycznej budowy z otworami przelotowymi i redukuj liczb warstw o 33% []). Zalet tych
przepustów jest brak odp ywania lutowia z powierzchni pola lutowniczego na drug stron . Wskazane
jest umieszczanie mikroprzepustów na skraju pola monta owego. Po o enie takie zmniejsza ryzyko
wyst pienia wad podczas monta u. Przepusty, osadzane w padach uk adu scalonego, powinny
znajdowa si naprzemienie co w znacznym stopniu podnosi wytrzyma o tego obszaru p ytki oraz
redukuje ryzyko wyst pienia rozwarstwie . Umieszczanie mikrootworów cz ciowo na polu
lutowniczym, a cz ciowo poza, nie jest zalecane.
Dla padów o ma ym rastrze, gdzie pole ma niedostateczne wymiary, mikrootwory trzeba
wykonywa na dodatkowych polach poza padem monta owym. Pola z mikroprzepustami powinny
wtedy by zakryte soldermask , aby nie odp ywa lut na obszar przepustu.
Mikroprzepusty mo na stosowa bezpo rednio na ko nierzach otworów przelotowych lub
przelotek zagrzebanych. Oczywi cie pole powinno by wtedy odpowiednio ukszta towane lub
powi kszone.
O mo liwo ci umiejscowienia mikrootworu decyduje bezpo rednio jego rednica, która
zwi zana jest nierozerwalnie z jego g boko ci .
Przy czenie cie ki do padu pod mikrootwór powinno by typu ezki.
Na rysunku 6 zilustrowano powy sze sugestie.
Rysunek 6. Umiejscowienie mikroprzepustów: a-niezalecane; b-w polach lutowniczych, c-poza polami dla
ma ych rastrów (uk ad naprzenienny), d, e-przy cze cie ki typu ezka, f-przepust przy ko nierzu przelotki,
g-przepust w ko nierzu przelotki.
Rysunek 7. Przyk adowe zalecenia dotycz ce uk adów typu BGA i fine-pitch z ma ym rastrem (czarny punkt
to mikroprzepust).
Warszawa kwiecie 2003 9 / 18
7.3. Uk ad przestrzenny po cze wewn trz p ytki
Jak pokazuj typy konstrukcji p ytek z mikrootworami mo na wyró ni kilka typów
przestrzennego ukszta towania po czenia z mikroprzepustami.
a) Typ schodkowy
Po czenia o uk adzie przestrzennym w kszta cie schodków s najcz ciej stosowane ze
wzgl du na prostot technologiczn ich wykonania. Kolejne mikrootwory cz warstwy ze sob ,
odsuwaj c si od kraw dzi wykonanego poni ej mikrootworu. Przesuni cie mo na wykonywa tylko
w jedn stron lub naprzemiennie: raz w lewo, raz w prawo. Dodatkowo mo na te wykona obrót
dooko a osi prostopad ej do powierzchni p ytki.
Rysunek 8. Po czenia typu schodkowego  odprowadzenie sygna u z uk adu BGA.
Rysunek 9. Po czenia typu schodkowego  wymiary.
b) Kolumnowy typu stos (nie stosowane w ITR)
Po czenia typu stos polegaj na umieszczeniu kolejnych mikrootworów jeden nad drugim
tak, e ich osie pokrywaj si . Wtedy przed ka d now warstw nale y wype ni przepust past
przewodz ca i pometalizowa . W ten sposób uzyskuje si pole dla kolejnego po czenia. Po czenia
Warszawa kwiecie 2003 10 / 18
tego rodzaju mo na wykonywa tak e bezpo rednio nad zagrzebanymi przelotkami po wcze niejszym
wype nieniu przelotki. Konstrukcja typu stos wymaga dodatkowych materia ów w postaci wype niacza
oraz dodatkowych procesów technologicznych przy formowaniu po czenia, przez co jest
kosztowniejsza.
Rysunek 9. Po czenia typu stos.
Po czenia tego typu nie b d obecnie wykonywane w ITR, poniewa wymagaj specjalnych
technologii. Taka budowa jest technicznie i ekonomicznie uzasadniona przy d ugich seriach.
Po czenie to zosta o przedstawione w celach poznawczych.
c) Mikroprzepust podwójny (technologia w fazie rozwoju w ITR)
Mo na wykonywa mikrootwory bezpo rednio przez dwie warstwy. Wtedy pola
przy czeniowe na kolejnych warstwach s coraz wi ksze. Przedstawia to rysunek 10. Mikrootwory
podwójne s trudne w metalizacji, poniewa wspó czynnik wg bno ci metalizacji A jest bliski
r
jedno ci. Obecnie s prowadzone prace nad tego typu przepustami.
Rysunek 10. Mikroprzepust podwójny.
Warszawa kwiecie 2003 11 / 18
8. Budowa obwodów wielowarstwowych z mikrootworami.
Mo liwo opracowania prawie dowolnej konstrukcji p ytki wielowarstwowej z
mikrootworami doprowadzi a do wypracowania standardów. Wyznaczono 6 typów6 budowy p ytki
drukowanej z mikrootworami. Wi e si to bezpo rednio ze z o ono ci danego obwodu, a co za tym
idzie, z mo liwo ciami technologicznymi wytwórcy oraz cen .
Przy wyznaczaniu budowy p ytki nale y kierowa si zasad symetrii. Podyktowane jest to
tym, i obwody o niesymetrycznej budowie s podatne na du e wypaczenie i skr cenie. Oczywi cie
mo na wykona p ytki o niesymetrycznej budowie, ale nale y to ustali z wytwórc . Trzeba si wtedy
liczy z mo liwo ci odkszta cenia p ytek w trakcie produkcji lub podczas monta u. To z kolei
wprowadza niepotrzebne napr enia do montowanych elementów i wtedy mo e nast pi uszkodzenie
po czenia lub elementów. Zasada symetrii obowi zuje zarówno dla prostych p ytek typu I jak równie
dla p ytek z o onych konstrukcyjnie i technologicznie.
W jednym i drugim przypadku p ytka ma podobn budow . Sk ada si z rdzenia, na który
doprasowane s warstwy, w których wykonuje si mikrootwory. Rdze wykonany jest w klasycznej
technologii dla p ytek wielowarstwowych. Natomiast, mozaika warstw zewn trznych z metalizacj , w
technologii p ytek dwustronnych
W rdzeniu mog znajdowa si otwory przelotowe (przelotki) cz ce poszczególne warstwy.
Po nadbudowaniu warstw zewn trznych otwory te b d zabudowane (zagrzebane  ang. buried). Ze
wzgl dów technologicznych wykonywania obwodów wielowarstwowych wskazane jest, aby otwory w
rdzeniu czy y warstwy zewn trzne rdzenia, a nie np. warstw zewn trzn z trzeci dla rdzenia
czterowarstwowego. Do wykonania tego typu po czenia nale y u y wtedy warstw z mikrootworami
lub rdze wykona jako z o enie dwu (lub wi cej) p ytek dwustronnych z metalizacj ( np. rysunek
14).
Mikrootwory natomiast mo na prowadzi bezpo rednio z warstwy zewn trznej do jednej lub
dwóch kolejnych warstw wewn trznych. Ograniczone jest to wspó czynnikiem wg bno ci metalizacji
A , okre lonym jako stosunek g boko ci do rednicy mikrootworu nieprzekraczaj cy warto ci 1.
r
W tabeli 2 podano warto ci geometryczne obwodów z mikrootworami mo liwe do wykonania
w Instytucie Tele- i Radiotechnicznym. Rdze wykonywany jest wed ug typowej technologii obwodów
wielowarstwowych lub dwustronnych (dla p ytki czterowarstwowej i z metalizacj otworów).
6 wg normy IPC/JPCA-2315
Warszawa kwiecie 2003 12 / 18
Tabela 2. Konstrukcja p ytki z mikrootworami wg technologii ITR
(patrz rys. 11)
warto typowa warto minimalna
symbol
[�m] [�
� �
� �m]
� �
a rednica dna mikrootworu (przed metalizacj ) -
0,75b
b rednica wej ciowa mikrootworu (przed metalizacj ) 150 -
c rednica padu mikrootworu na warstwie wewn trznej
450 dla b
d rednica padu mikrootworu na warstwie zewn trznej
450 dla b
e szeroko cie ki na warstwie zewn trznej 200 150 (125*)
f odst p izolacyjny pomi dzy cie kami na warstwie 150 (125*)
zewn trznej 200
g -
rednica padu przelotki ( h + 300 � 600
�m)
��
h rednica otworu przelotki (przed metalizacj )-
300
i grubo metalizacji w przelotce 25 18
j grubo warstwy dielektryka w obszarze mikrootworu
55 30**
k grubo folii pod o owej zewn trznej obszaru mikrootworów 18 12
l ca kowita grubo p ytki
3000 125
m grubo metalizacji w mikrootworze
12 10
n grubo metalizacji w otworze zagrzebanym
15 11
o rednica otworu zagrzebanego (przed metalizacj ) 300 -
p rednica padu otworu zagrzebanego (o+300)
- 600
q grubo rdzenia z otworami zagrzebanymi 125
400
r grubo folii pod o owej na warstwach wewn trznych 35; 18 12
s szeroko cie ek na warstwach wewn trznych 250 200 (150*)
t odst p izolacyjny pomi dzy cie kami na warstwie 250 200 (150*)
wewn trznej
*** odst p izolacyjny pomi dzy elementami warstw
300 200
wewn trznych a otworami metalizowanymi
**** odleg o kraw dzi padu od soldermaski
100 50 ( 0)
wspó czynnik wg bno ci Ar
(k+j)/a dla mikrootworów 0,5:1 1:1
(2k+l)/h dla otworów przelotowych 4:1 8:1
(2r+q)/o dla otworów zagrzebanych 4:1 8:1
* po uzgodnieniu z wytwórc , na krótkim odcinku
** dla rdzenia z otworami zagrzebanymi
*** parametry dotycz ce tylko warstw wewn trznych
**** parametr dotycz cy soldermaski (soldermaska na yczenie klienta mo e wchodzi na pole lutownicze)
Warszawa kwiecie 2003 13 / 18
8.1. Konstrukcja typu I 1[C]0 lub 1[C]17
Konstrukcja typu I opisuje wytworzenie pojedynczej warstwy z mikrootworami na jednej
1[C]0 lub obu 1[C]1 stronach rdzenia wykonanego w konwencjonalnej technologii obwodów
wielowarstwowych. Pod o e (rdze ) mo e by sztywne lub gi tkie. Mo e zawiera jedn lub wi cej
warstw przewodz cych. W tej konstrukcji mikrootwory cz warstwy zewn trzne bezpo rednio z
le cymi pod nimi warstwami wewn trznymi (1 z 2 i/lub n z n-1). Pozosta e po czenia wykonuje si
korzystaj c z otworów przelotowych.
Rysunek 11. Przyk adowa p ytka typu I 1[C]1.
8.2. Konstrukcja typu II 1[C]0 lub 1[C]1
Konstrukcja typu II opisuje p ytk , w której wyst puj mikrootwory na warstwach
zewn trznych z jednej lub obu stron oraz wyst puj otwory zagrzebane (ang. buried) i przelotowe.
(Otwory zagrzebane mog by wst pnie wype nione przewodz c lub nieprzewodz c past po
wcze niejszej metalizacji rdzenia - technika ta, obecnie nie jest stosowana w ITR z powodów
technologicznych). Mog by tak e wype nione ca kowicie lub cz ciowo dielektrykiem w procesie
doklejania warstw zewn trznych. Przepusty z mikrootworami s zastosowane do czenia warstwy 1 z
2 i/lub n z n-1.
Rysunek 12 przedstawia p ytk z dwoma otworami zagrzebanymi, przy czym obydwa s
wype niony cz ciowo dielektrykiem z warstw zewn trznych. Wyst puj tu mikrootwory z warstwy 1
do 2 i n do n-1 oraz otwór przelotowy.
Rysunek 12. Przyk adowa p ytka typu II 1[C]1.
7 C  core (rdze )
Warszawa kwiecie 2003 14 / 18
8.3. Konstrukcje typu III 2[C] 0

Konstrukcje typu III opisuj obwody drukowane, w których s przykrywane mikrootwory oraz
mog wyst pi otwory zagrzebane i otwory przelotowe. (Otwory zagrzebane mog by wst pnie
wype nione przewodz c lub nieprzewodz c past po wcze niejszej metalizacji rdzenia - technika ta,
obecnie nie jest stosowana w ITR z powodów technologicznych). Mog by tak e wype nione
ca kowicie lub cz ciowo dielektrykiem w procesie doklejania warstw zewn trznych.
W konstrukcjach typu trzeciego wyst puj dwie warstwy z mikrootworami na co najmniej
jednej stronie p ytki. Ten wyró nik stanowi o III typie konstrukcji. Obecnie w ITR trwaja prace nad
tego rodzaju p ytkami, dlatego zosta on przedstawony w tej pracy.
Rysunek 13 przedstawia p ytk typu III o budowie 2[C]1. Na rdze naprasowano warstw
dielektryku z miedzi i wykonano mikrootwory z warstwy 2 do 3. Po metalizacji naprasowano tym
razem obustronnie warstw dielektryku z miedzi i wykonano mikrootwory z warstwy 1 do 2 i n do n-
1 oraz otwory przelotowe. Po ponownej metalizacji otrzymano gotow p ytk .
Rysunek 13. Przyk adowa p ytka typu III.
Pozosta e z 6 typów konstrukcji nie s przewidziane, w obecnej chwili, do wykonywania w
ITR. Ich opisy mo na znale w normie IPC/JPCA-2315.
Warszawa kwiecie 2003 15 / 18
9. Przyk adowe procesy technologiczne
Procesy technologiczne stosowane przy wykonaniu p ytek z mikrootworami i otworami
przelotowymi przedstawiono na podstawie p ytki sze ciowarstwowej.
9.1. Wariant 1: Budowa typu I 1[C]1 (rysunek 11)
P ytka zbudowana jest z dwóch laminatów dwustronnie miedziowanych sklejonych
prepregiem, tworz cych rdze z doklejonymi na zewn trz warstwami RCC. P ytka nie zawiera
przelotek w rdzeniu (otworów zagrzebanych). Klejenie warstw przebiega w jednym procesie
prasowania.
wykonanie mozaiki warstw wewn trznych
prasowanie p ytki: warstwy wewn trzne i RCC
wiercenie otworów przelotowych na wiertarce CNC
wykonanie mikrootworów laserem
metalizacja i wykonanie mozaiki warstw zewn trznych
wykonanie pow ok zabezpieczaj cych
Schemat 1. Kolejne etapy wykonania p ytki 6 -warstwowej z mikrootworami bez przelotek zagrzebanych.
9.2. Wariant 2: Budowa typu II 1[C]1.(rysunek 12)
P ytka sze ciowarstwowa z rdzeniem i otworami zagrzebanymi z warstwy 2 do 5 oraz
mikrootworami na warstwach zewn trznych. Otwory zagrzebane wype nione dielektrykiem z warstw
RCC.
Rdze zbudowany jest z jednego laminatu dwustronnie miedziowanego z doklejonymi
warstwami zewn trznymi. W rdzeniu wykonane s przelotki z warstwy 2 do 5. Do warstw
zewn trznych rdzenia w drugim procesie prasowania doklejane s warstwy z RCC.
wykonanie mozaiki warstw wewn trznych w3 i w4
doprasowanie zewn trznych warstw rdzenia w2 i w5
wiercenie otworów przelotowych w rdzeniu na wiertarce CNC
metalizacja i wykonanie mozaiki warstw zewn trznych rdzenia
doprasowanie zewn trznych warstw RCC na rdze w1 i w6
wiercenie otworów przelotowych na wiertarce CNC
wykonanie mikrootworów laserem
metalizacja i wykonanie mozaiki warstw zewn trznych
wykonanie pow ok zabezpieczaj cych
Schemat 2. Kolejne etapy wykonania p ytki 6 -warstwowej z mikrootworami i przelotkami zagrzebanymi.
Warszawa kwiecie 2003 16 / 18
9.3. Wariant 3: Budowa typu II 1[C]1.(rysunek 14)
P ytka sze ciowarstwowa z rdzeniem i otworami zagrzebanymi wyst puj cymi tylko z
warstwy 2 do 3 i 4 do 5 oraz mikrootworami na warstwach zewn trznych.
P ytka zbudowana jest z dwóch laminatów dwustronnie miedziowanych. W laminatach
wykonane s metalizowane przelotki. Ca o wraz z do o onymi na zewn trz warstwami RCC
sprasowano w jednym procesie.
wiercenie otworów przelotowych w laminacie wiercenie otworów przelotowych w laminacie
warstw 2 i 3 na wiertarce CNC warstw 4 i 5 na wiertarce CNC
metalizacja i wykonanie mozaiki na metalizacja i wykonanie mozaiki na
warstwach 2 i 3 warstwach 4 i 5
prasowanie p ytki: warstwy wewn trzne i RCC
wiercenie otworów przelotowych na wiertarce CNC
wykonanie mikrootworów laserem
metalizacja i wykonanie mozaiki warstw zewn trznych
wykonanie pow ok zabezpieczaj cych
Schemat 3. Kolejne etapy wykonania p ytki 6 -warstwowej z mikrootworami i przelotkami zagrzebanymi.
Rysunek 14. Budowa p ytki wg wariantu 3.
Warszawa kwiecie 2003 17 / 18
Literatura:
1. Happy Holden, "Segmentation of Assemblies: A Way To Predict PWB Characteristics" Proceedings
of IPC T/MRC, New Orleans, Dec. 6, 1994
2. Happy Holden, "Segmentation of Assemblies: A Way To Predict PWB Characteristics" Proceedings
of IPC T/MRC, New Orleans, Dec. 6, 1994
3. Coors,G, Anderson,P and Seward,L. "A Statistical Approach to Wiring Requirements", Proc of the
IEPS, 1990, pp. 774-783
4. W.R. Heller, C.G. Hsi, and W.F. Mikhail, "Wirability -Designing Wiring Space for Chips and Chip
Packages ", IEEE Design Test., August 1984, pp. 43-51
5. Sutherland, I.E. and Oestreicher, D. "How Big Should a Printed Circuit Board Be", IEEE trans. on
Computers, May 1973, pp. 537-542, vol. C- 22, no.5.
6. Hannemann, R.J. "Introduction: The Physical Architecture of Electronic Systems", Physical
Architecture of VLSI Systems, R. Hannemann, A.D. Kraus and M. Pecht editors, John Wiley &
Sons, New York, NY, 1994, pp. 1-21.
7. Moresco, L. "Electronic System Packaging: The Search for Manufacturing the Optimum in a Sea of
Constraints", IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, 1990,
pp.494-508, vol. 13, 1990.
8. Bakoglu, H.B. Circuits, Interconnections and Packaging for VLSI, Addison Wesley, Reading MA,
1990
Normy:
1. IPC/JPCA-2315
2. IEC 162326-4:1996
Materia y pochodz ce z internetu:
1.  Designing High-Density Interconnects z firmy Merix
2. Gerald Capwell  High-Density Design with MicroStar"! BGAs. Fixed-Point DSP Applications z
firmy Texas Instruments
3. Happy Holden  Planning PCB Design: For Fun and Profit! , Westwood
4. Richard Charbonneau, Happy Holden  Predicting HDI Design Density
5. Happy Holden,  Designing large, high-speed hdi boards-the third platform , Westwood
6. Andrew Mawer ,Plastic Ball Grid Array (PBGA) ; Motorola
7.  Manufacturing considerations z firmy Intel
8. Larry W. Burgess, Fabrizio Pauri  Multi-Depth Laser Drilled Blind Vias for Increased Circuit
Density , Pluritec Italia S.p.A.
9.  FBGA User s Guide z firmy AMD
10. Materials for Sequential Build-up (SBU) of HDI  Microvia Organic Substrates By Ceferino G.
Gonzalez E. I. du Pont de Nemours & Co., Inc. RTP, NC
11.Anthony Primavera, Jaydutt Joshi  The proximity of microvias to pths and its impact on the
reliability
12. Signal Integrity Advantages of HDI Technology Happy Holden / Westwood/NanYa & Dr. Eric
Bogatin / GigaTest Labs
Warszawa kwiecie 2003 18 / 18