Quand utiliser des vias tentés vs. non tentés dans la disposition de votre PCB

Il existe certaines directives que je vois de nombreux concepteurs mettre en œuvre comme pratique standard, souvent sans y penser. Certaines de ces pratiques sont mal comprises ou mises en œuvre sans les meilleures pratiques, comme le versement de cuivre dans les couches de signal. D'autres sont mises en œuvre sans réfléchir aux problèmes potentiels, mais uniquement parce que ces problèmes surviennent dans des cas particuliers. L'une d'elles est l'utilisation de vias masqués, qui est parfois mise en œuvre par défaut dans la disposition d'un PCB.

Est-ce toujours la bonne pratique ? Et quels sont les problèmes de fiabilité possibles avec les vias masqués ? Ce sont des questions importantes, surtout lorsque des préoccupations de fiabilité sont soulevées en ce qui concerne les vias à haut rapport d'aspect et les microvias empilés. Dans cet article, nous examinerons certains de ces points de conception entourant le masquage des vias et quand vous devriez éviter de l'utiliser dans votre disposition de PCB.

Quand utiliser des vias masqués vs. des vias non masqués

L'idée derrière le tenting des vias est simple : vous couvrez tous les vias de votre PCB avec du masque à souder afin que tout pad/anneau sur le trou du via, et le fût du via lui-même, ne soient pas exposés à l'environnement. Le masque de soudure est placé pour fournir une certaine mesure de protection pour le pad du via et le placage à l'intérieur du fût du via. Si vous regardez la disposition d'un PCB, vous pouvez repérer les vias tentés juste en regardant votre couche de masque d'arrêt de soudure ; la même chose s'applique au fichier Gerber pour cette couche de masque de soudure.

Le tenting des vias est parfois vu comme une exigence DFA, ainsi qu'une exigence de fiabilité. Certains des avantages et inconvénients mentionnés du tenting des vias incluent :

• Le tenting empêche l'exposition à des facteurs environnementaux qui réduisent la durée de vie de l'appareil, tels que les produits chimiques nocifs ou l'humidité.
• Le tenting coûte moins cher que le bouchage des vias ou le remplissage/placage avec une époxy, ce qui en fait le processus le plus simple que vous pouvez utiliser pour protéger les vias.
• Le tenting peut à la fois aider et interférer avec l'assemblage, selon le composant particulier étant placé et soudé sur la carte.

Examinons chacun de ces domaines pour voir certains cas où nous pourrions avoir besoin d'inclure ou d'omettre des vias tentés.

Prévention du Mouillage de Soudure

Les vias placés près des composants CMS peuvent fournir un chemin pour que la soudure s'infiltre sur le côté arrière du circuit imprimé. Il existe trois manières possibles de résoudre cela :

1. Réduire l'ouverture du masque de pâte afin qu'une moins grande quantité de pâte à souder soit appliquée sur les pads CMS en question
2. Déplacer ces vias plus loin des pads CMS, et s'assurer qu'il y ait un barrage de masque de soudure entre tout pad et son via connecté
3. Tenter de couvrir sélectivement tout via près des pads CMS sans modifier le masque de pâte

À mon avis, la #3 est la meilleure option parmi toutes les autres possibles. La raison en est que c'est un changement très simple qui ne nécessite que de fermer l'expansion du masque de soudure sur des vias spécifiques.

Protection environnementale pour les petits vias

Le tenting est mieux utilisé sur les petits vias avec un diamètre de trou fini de moins d'environ 12 mils. La limite spécifique du diamètre dépend de la solution de masque de soudure LPI, et votre fabricant devrait être capable de recommander un diamètre de via maximum pour assurer un tenting fiable. Si le diamètre du via est trop grand, le résist de soudure pourrait se rompre et laisser un petit trou, ce qui permettrait aux contaminants d'entrer dans le barillet du via. C'est là que les préoccupations de fiabilité surgissent, particulièrement lorsque la protection environnementale est nécessaire.

Lorsque l'intérieur d'une via est exposé à l'environnement et qu'il n'est pas protégé par une finition de placage ou un autre matériau (par exemple, un revêtement conforme), alors le cuivre exposé pourrait lentement se corroder. Le processus s'accélère si la via est seulement protégée d'un côté et qu'un contaminant pourrait s'accumuler à l'intérieur du cylindre de la via. Cette exposition pourrait également entraîner une défaillance précoce du dispositif. Par conséquent, tout dispositif qui pourrait être exposé à un environnement où un contaminant pourrait s'accumuler à l'intérieur du cylindre de la via devrait être protégé par un revêtement lorsque cela est possible.

Dans le cas où vous laissez certaines des vias non protégées, vous pouvez toujours revêtir l'assemblage de circuits imprimés d'un revêtement conforme pour lui offrir ce niveau supplémentaire de protection environnementale. Ce serait une excellente solution si le souci environnemental était quelque chose comme l'humidité ou la poussière, mais cela pourrait poser problème avec le dégazage dans un environnement à basse pression, tel que dans l'espace ou dans un système industriel spécialisé.

Préoccupations d'assemblage avec Vias Protégées vs. Vias Non Protégées

Les vias masqués peuvent créer certains problèmes d'assemblage dans certains cas. Les problèmes potentiels d'assemblage dépendent de si vous devez assembler un composant à pas fin, ou si vous travaillez à des densités élevées qui vous amènent à la limite où le via dans le pad pourrait être nécessaire. Le masquage des vias dans l'assemblage des PCB devrait être considéré sous deux perspectives :

• Y a-t-il une chance que la soudure s'infiltre sur l'arrière de la carte pendant l'assemblage ? Si oui, alors masquez les vias près de l'empreinte du composant.
• L'excès de résidus de flux causera-t-il des problèmes de contamination et éventuellement de courts-circuits ? Si oui, alors ne masquez pas les vias près ou sous l'empreinte du composant.

Un excellent exemple ici est un pad de masse sous un composant QFN ou un gros boîtier TO. Ce pad contiendra des vias, mais il doit être soudé au composant pour établir une connexion électrique et pour assurer un transfert de chaleur efficace loin du composant. Cependant, le côté arrière de la carte pourrait avoir un masquage appliqué pour prévenir l'infiltration de soudure. Je dirais que, dans ce cas, l'infiltration est plus importante et ces vias devraient être masqués, surtout s'il y a d'autres composants sur le côté arrière qui pourraient créer un court-circuit si une infiltration de soudure se produit.

Pour un BGA avec un fanout en os de chien, il devrait être clair que les deux objectifs sont en conflit. Si vous laissez les vias dans le fanout non protégés, vous aurez une voie d'évasion claire pour le flux pendant l'assemblage, et le matériau de placage de surface protégera le cuivre contre les dommages environnementaux. Cependant, si vous protégez ces vias, du même côté que les pads du BGA, vous empêcherez la soudure de s'infiltrer dans l'arrière de la carte.

À mon avis et d'après mon expérience, la ligne de démarcation est l'épaisseur de la résine de soudure laissée entre le pad du BGA et le via. Si vous laissez les vias non protégés et que la lamelle de masque de soudure est trop fine, elle peut se détacher après la fabrication, signifiant que vous perdez votre barrage de masque de soudure et il y a un risque que la bille de soudure du BGA s'écoule à travers le via ouvert. Si le via non protégé laisserait derrière lui une lamelle de masque de soudure trop fine, je recommanderais de protéger les vias et de demander qu'un flux no-clean fiable soit utilisé pendant l'assemblage. L'assembleur devrait savoir ou avoir des données sur le fait que leur flux no-clean pourrait ou non causer un court-circuit des billes de soudure pendant le reflow.

Un côté ou les deux côtés ?

La question suivante, pas si évidente, à se poser est : faut-il tenter de protéger les vias d'un côté ou des deux côtés ?

À mon avis, si vous décidez de protéger les vias, alors faites-le des deux côtés. L'exception concerne les via-in-pad, les vias dans un polygone de cuivre exposé/une rail, ou les vias dans un pad de masse (voir l'exemple de package TO ci-dessous). Ces caractéristiques nécessitent du cuivre exposé, ainsi le via sera exposé d'un côté et vous ne pourrez que le protéger de l'autre côté. Autrement, une fois que les vias deviennent suffisamment grands, laissez-les non protégés et sélectionnez un placage approprié qui protégera les conducteurs exposés.

Vias protégés vs. Vias non protégés Résumés

De toute évidence, à partir de la liste des préoccupations possibles ci-dessus, il y a un compromis entre le fait de protéger pour éviter la contamination environnementale potentielle, et laisser un design non protégé pour assurer que les contaminants de l'assemblage peuvent se libérer de l'assemblage. Si l'un de ces problèmes est une préoccupation dans un système particulier, alors l'assemblage PCBA devrait être minutieusement testé pour s'assurer qu'il fonctionnera correctement et que le design ne souffrira pas de problèmes de fiabilité en raison des vias protégés.

Lorsque vous devez sélectionner et assigner des vias masqués dans votre agencement de PCB, utilisez l'ensemble complet d'outils CAO faciles à utiliser dans Altium Designer®. Une fois votre conception prête pour une révision de conception approfondie et la fabrication, votre équipe peut partager et collaborer en temps réel via la plateforme Altium 365™. Les équipes de conception peuvent utiliser Altium 365 pour partager les données de fabrication et les résultats de tests, et les modifications de conception peuvent être partagées via une plateforme cloud sécurisée et dans Altium Designer.

Nous n'avons fait qu'effleurer la surface de ce qui est possible avec Altium Designer sur Altium 365. Commencez votre essai gratuit d'Altium Designer + Altium 365 dès aujourd'hui.