Erhöhen Sie Ihre Komponenten- und Leiterbahndichte mit der Via-in-Pad Durchkontaktierungstechnologie

Ich habe dieses fantastische Vier-Lautsprecher-Stereo-System mit einem Subwoofer in meiner Wohnung, das meine Nachbarn lieben, zu hassen. So sehr ich es auch genieße, Musik darauf zu hören, der einzige Teil, den ich hasse, ist das Durcheinander von Audiokabeln, das sich hinter den Lautsprechern verbirgt. Das letzte Mal, als ich versuchte, hinter meinem System aufzuräumen, habe ich fast einige der Audiokabel herausgerissen. Wenn das Verlegen meiner hohen Dichte an Audiokabeln nur so einfach wäre wie das Verlegen von Leiterbahnen auf einer HDI-Leiterplatte.

Blindvias und vergrabene Vias sind bei mehrlagigen Platinen wichtig, da sie es den Designern ermöglichen, elektrische Verbindungen zwischen den Schichten herzustellen. Dies ist besonders wichtig bei feinpoligen SMT-Komponenten und einem BGA-Pad, die eine hohe Dichte an Leiterbahnen erfordern, um die notwendigen Verbindungen herzustellen. Die Via-in-Pad-Technologie ist eine effiziente Methode, um Platz auf der Platine zu sparen, da es nicht notwendig ist, eine kurze Leiterbahn zwischen dem Pad und dem Via zu verlegen.

Wann man Via-in-Pad-Design verwenden sollte

Einige Designer werden Ihnen sagen, dass Sie via-in-pad Design vermeiden sollten. Die Realität ist jedoch, dass in pad Vias, genau wie jede andere Via-Struktur, in einigen Situationen nützliche Werkzeuge sind. Das Metallpad um den Rand des Vias herum leitet Wärme ab und hilft bei der Verwaltung der thermischen Pads der Leiterplatte. Die Pads ermöglichen auch Verbindungen mit passiven Komponenten SMTs oder ICs, und das nahegelegene Via-Loch erlaubt das Routing in tiefere Schichten und hilft dabei, die Komponentendichte hoch zu halten.

Abgesehen von der Erhöhung der Verbindungsdichte und der Ermöglichung des Routings in unteren Schichten, reduziert das Altium via-in-pad Design auch die Induktivität bei Verbindungen. Via-in-pad Design wird typischerweise bei feinpoligen BGAs verwendet und bietet einige Vorteile gegenüber dem üblichen dog bone-type Fanout. Die Platzersparnis, die durch das via-in-pad Design geboten wird, kann Designern auch helfen, die Anzahl der Schichten zu reduzieren.

VIPPO

Via-in-Pad plated over (VIPPO) Design ist eine Technik, die es ermöglicht, eine Lötmaske und Löten auf In-Pad-Vias mit einem kleinen Querschnitt anzuwenden. Vias können in VIPPO-Design mit einem ausgehärteten Epoxidmaterial verstopft werden. Zuerst wird ein Standard-Plattierungsprozess verwendet, um das Innere der Via zu beschichten. Nach der Kupferplattierung und dem Füllen mit Epoxid wird das gefüllte Loch mit einem Kupferpad abgedeckt. Elektronische Komponenten können dann direkt auf das VIPPO-Pad gelötet werden.

Die Begriffe Via-in-Pad und VIPPO werden manchmal austauschbar verwendet. Via-in-Pad-Design, das für direktes Löten verwendet wird, sollte mit einem Epoxid gefüllt werden, um das Hochziehen durch das Via-Loch zu verhindern, genau wie bei VIPPO. Das zum Verstopfen der Via verwendete Epoxid kann entweder leitfähig oder nicht leitfähig sein.

Feinpitch-BGA

Ein leitfähiges Epoxid hat in Bezug auf Wärmemanagement einen Vorteil aufgrund seiner höheren Wärmeleitfähigkeit. Da VIPPO ein Kupferpad am Verbindungspunkt verwendet, bietet es auch ein besseres Wärmemanagement der Leiterplatte aufgrund seiner höheren Wärmeleitfähigkeit. Die Kombination von VIPPO mit einem leitfähigen Epoxid bietet sogar eine bessere Wärmeableitung vom Verbindungspunkt. Die beste Strategie für das Wärmemanagement erfordert, dass das Innere der Via vollständig mit Kupfer plattiert ist.

Herstellungsprobleme

Via-in-Pad- und VIPPO-Designs erhöhen beide die Anzahl der erforderlichen Fertigungsschritte bei der PCB-Herstellung, was zu höheren Herstellungskosten führt. Die tatsächlichen Kosten hängen von der Größe der Vias und der Gesamtzahl der Vias auf der Platine ab. Ein Via-in-Pad-Design kann es einem kreativen Entwickler jedoch ermöglichen, effizienter mit seiner Verdrahtung umzugehen und sogar die erforderliche Schichtanzahl zu reduzieren. Dies kann den Anstieg der Herstellungskosten ausgleichen.

Lötstopplacke wurden verwendet, um offene Via-in-Pad-Löcher zu verschließen, um zu verhindern, dass Lötzinn in das Via-Loch gesaugt wird (bekannt als „Tenting“). Feinpitch-Komponenten sollten stattdessen mit VIPPO-Designs verwendet werden aufgrund der kleinen Pad-Größe. Die Beschichtung in VIPPO verhindert, dass Lötzinn durch das Via-Loch fließt und während der Montage eine Unordnung auf der unteren Schicht verursacht.

Handlöten kann geeignet sein, um elektronische Komponenten an offenen Via-in-Pad-Designs anzubringen, da die menschliche Geschicklichkeit helfen kann, das Aufsaugen von Lötzinn zu verhindern. Bei Wellen- oder Reflowlöten sollte VIPPO verwendet werden, da Sie die Kontrolle über das Aufsaugen verlieren. Eine Ausnahme bilden Feinpitch-Komponenten: VIPPO mit der entsprechenden Fanout-Strategie sollte immer bei diesen elektronischen Komponenten verwendet werden, insbesondere bei Feinpitch-BGAs.

Hochdichte PCB-Nachbearbeitungsstation

Ein Nachteil der vollständigen Füllung mit Kupfer ist die Schwierigkeit, das Innere der Durchkontaktierung gleichmäßig zu beschichten. Flüssigkeiten und/oder Luft können im Inneren der Kupferfüllung eingeschlossen werden, auch wenn das Loch versiegelt erscheinen mag. Dies führt während des Lötens zu Ausgasungen. Ihr Hersteller sollte angemessene Qualitätskontrollverfahren implementiert haben, falls Sie sich entscheiden, ein VIPPO vollständig mit Kupfer zu füllen.

Die integrierten CAD-Tools in Altium Designer^® erleichtern die Verwendung von In-Pad-Vias für die Verbindungsrouten. Das ActiveRoute^®-Tool hilft Ihnen, Signale auf Ihrer Leiterplatte zu verlegen. Sprechen Sie noch heute mit einem Altium-Experten, um mehr zu erfahren.