使用微盲孔的設計：疊構、可靠性與填孔
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你是否曾經好奇，設計師是如何在如此狹小的空間內塞進這麼多功能？這都要歸功於 HDI 設計技術與印刷電路設計中的微孔。高密度互連（HDI）PCB 技術位居現代電子領域的前沿，讓裝置既小巧又強大。這些結構已存在多年，如今在各種需要在單一電路板上實現多種功能的系統中變得越來越普遍。
如果你做過尺寸研究，並確定需要 6 mil 或更細的走線才能把所有元件裝進印刷電路板，本文將探討微孔是什麼、它在 HDI 設計中的重要性，以及它為先進 PCB 製造帶來的優勢。
什麼是微孔？
微孔是在導體-絕緣體-導體多層結構中鑽出的盲孔，用於在電子電路中提供穿過絕緣層的電氣連接。孔徑與深度的最大縱橫比為 1:1，總深度不超過 0.25 mm（從表面量測至目標焊墊或平面）。NCAB 通常將表面與參考焊墊之間的介電厚度定為 60–80 µm。微孔直徑範圍為 80–100 µm，典型縱橫比介於 0.6:1 至 1:1。
與傳統導通孔穿越 PCB 多層不同，微孔採用雷射鑽孔，通常僅連接兩個相鄰層。直徑小於 150 μm 的微孔雷射鑽孔已取代機械鑽孔，約占市場 94%。它們可分為三類：
- 盲孔（Blind Vias）
- 埋孔（Buried Vias）
- 堆疊或交錯微孔（Stacked or Staggered Microvias）
讓我們在下方獨立章節深入瞭解它們。
與傳統導通孔的比較：
傳統導通孔缺乏精度與節省空間的特性，尺寸較大，較不適合 HDI 應用，會限制細間距元件擺放並增加訊號損失。相反地，微孔專為 HDI PCB 的微型化與高效能需求而設計。
微孔在 HDI PCB 設計中的角色
微孔是 HDI PCB 不可或缺的一環，能在不佔用額外空間的情況下提高互連密度。主要特點如下：
1. 空間最佳化：微孔讓元件可更緊密擺放，縮小整體 PCB 尺寸。
2. 提升訊號完整性：較短的長度可減少訊號損失與不必要的寄生元件，使微孔成為高頻應用的理想選擇。
3. 熱管理：微孔可整合於設計中，有效散熱，確保高功率裝置的可靠性。
微孔如何製作？
微孔到底有多小？多數設計師會認為直徑小於約 150 µm（6 mil）的導通孔即屬微孔。依孔徑大小，可採機械鑽孔與電鍍（再堆疊壓合各層），或以高功率雷射成型。後者製程持續改進，因其高產能而成為大量 PCB 製造的首選。最新雷射鑽孔技術已將微孔尺寸縮小至 15 µm。製程主要分兩步驟：
1- 鑽孔與清孔
2- 電鍍填孔
微孔製作需精準的鑽孔、清潔與電鍍。常見電鍍法包括濺鍍、電解沉積或化學銅電鍍，旨在消除可能影響應力下導通孔壽命的空洞與凸起等缺陷。相較於受鑽頭磨損與尺寸限制的機械鑽孔，雷射鑽孔缺陷更少。
微孔製造關鍵步驟：
1. 基板準備：清潔與處理 PCB 基板區域，確保最佳附著力。
2. 鑽孔：採用雷射鑽孔精準成型，可製作直徑僅數微米的高密度互連微孔。
3. 除膠渣：清除鑽孔殘留物，確保導電路徑潔淨。
4. 金屬化：通常以化學銅沉積薄銅層，建立層間電氣連接。
5. 品質控制：採用先進材料與最佳化鑽孔參數，防止鑽孔不全或附著不良等缺陷。
PCB 設計中不同類型的微孔：
微孔的優勢
微孔為 PCB 設計帶來顯著效益，包括提升熱機械可靠性與空間效率。其小尺寸利於微型化，適合精巧裝置，並透過減少大通孔需求節省板面積。微孔可縮短走線長度並降低高速電路的輻射，改善 HDI 板的訊號完整性。雷射鑽孔減少製程缺陷，提升整體可靠性。此外，微孔增強 RF 與 EMC 效能，為設計者提供先進高密度 PCB 應用的強大方案。主要優勢摘要如下：
微型化：微孔尺寸小，可實現功能更豐富的精巧設計。
提升電氣效能：微孔將電感與電容問題降至最低，適用於高速電路。
層疊彈性：微孔支援多層壓合等先進疊構，對複雜設計至關重要。
提升可靠性：雷射鑽孔精度高，降低缺陷風險。
微孔設計考量：
PCB 鑽微孔有幾項要點。設計電路板時，記得若希望孔能可靠電鍍，微孔縱橫比勿超過 1:1。雖可鑽更大比例，但易導致電鍍缺陷而不可靠。其他設計考量包括：
- 鑽孔技術：雷射鑽孔因精度與再現性高，是微孔首選。
- 縱橫比：縱橫比（孔深與孔徑比）理想為 1:1，以確保結構穩定與可製造性。
- 銅電鍍：確保微孔電鍍良好，維持電氣連接與可靠性。
- 層疊結構：妥善規劃層排列，尤其是堆疊或交錯微孔，避免機械應力。
在多層板中放置微孔時，每層接收微孔都需額外壓合步驟。不用的孔可選擇非導電填孔或電鍍封孔。因微孔極小，有時可不填孔。電鍍採用純銅及專用化學藥水，製程賦予設計更大彈性。
什麼是填銅與不填銅導通孔？
微孔可選擇填銅或不填銅。埋孔若需堆疊，務必填銅；若孔內電鍍殘留空洞，應力將集中於孔壁，可能在回焊或運作時提前破裂。盲孔可留空，早期微孔製程常如此。若盲孔將用於焊盤內，則應以標準製程填銅。
微孔電鍍通常使用純銅或銅-環氧樹脂，先進行共形電鍍，再以脈衝電鍍確保微孔實心填銅，降低空洞風險。無添加劑電鍍易在微孔內形成空洞；即便完全填銅，若無添加劑，銅分布亦可能不均。共形電鍍更可能加劇銅厚不均，導致潛在空洞。
結論：
微孔讓 PCB 設計者在製程上更具彈性，同時為客戶提供多層互連的可靠性。選材時，有些材料更適合微孔鑽孔。微孔是 HDI PCB 設計的基石，實現尖端電子裝置所需的微型化與高效能。
微孔是PCB 製造的先進方法，若板子無此需求，為降低成本當然可繼續使用標準導通孔。但若設計密度高且需要更多空間，可評估微孔是否有所助益。一如既往，設計含微孔的 PCB 前，務必先與代工廠確認其製程能力。
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