Via-in-Pad nei design Rigid-Flex: Quando lo spazio è ridotto, i dettagli contano

Se hai lavorato alla progettazione di circuiti rigido-flessibili, sai che si tratta tutto di compromessi. Stai combinando un certo numero di sezioni rigide e interconnessioni flessibili, affrontando spazi ristretti, aree di piegatura, transizioni di materiali e tutta una serie di considerazioni meccaniche che semplicemente non sorgono nella progettazione standard di schede rigide.

E poi, nel bel mezzo di un'area densa di componenti o in un'area con limitazioni di spazio, sorge la domanda: Posso semplicemente usare un via-in-pad qui?

È una domanda lecita, e la risposta, come per la maggior parte delle cose nella progettazione di PCB, è "dipende". Il via-in-pad (o VIP) è uno strumento potente, specialmente in layout ad alta densità. Ma nel rigido-flessibile, usarlo senza una pianificazione attenta può portare a problemi che preferiresti non scoprire durante l'assemblaggio o, peggio, sul campo.

Parliamo di cosa significa realmente via-in-pad in una situazione rigido-flessibile, dove è adatto, cosa dovresti sapere e come puoi prepararti al successo se decidi di intraprendere questa strada.

Cos'è il Via-in-Pad e Perché Utilizzarlo?

Il via-in-pad è la pratica di posizionare un via metallizzato direttamente sotto un pad per montaggio superficiale, tipicamente per un BGA o altro componente a passo fine, anziché tracciare percorsi verso un via nelle vicinanze.

In progetti di schede rigide, è una tecnica collaudata per migliorare l'integrità del segnale, ridurre gli stub induttivi e ospitare componenti ad alta densità in spazi ristretti. Quando lo spazio è limitato o il passo del tuo BGA si riduce, il via-in-pad può aiutare a rendere il layout fattibile.

Nei progetti rigido-flessibili, si incontrano molte delle stesse limitazioni di spazio. Si sta lavorando con inviluppi meccanici stretti e si cerca di posizionare i componenti vicino al bordo di un'area rigida. Quindi sì, il via-in-pad potrebbe sembrare la soluzione perfetta.

Perché il Via-in-Pad Diventa Complicato nei Rigido-Flessibili

A prima vista, è facile considerare le sezioni rigide in una scheda rigido-flessibile come un'altra PCB rigida. Non sono però esattamente la stessa cosa, specialmente quando entrano in gioco la fabbricazione e l'affidabilità.

Le stratificazioni rigido-flessibili sono più sottili rispetto ai circuiti rigidi standard e sono composte da diversi materiali per il nucleo, adesivi e pesi del rame. Con le zone flessibili, si incontrano anche problemi meccanici sull'asse Z che non si trovano in un design rigido autonomo.

Questo ha un impatto diretto sulla tua decisione riguardante il via-in-pad.

Di solito ti trovi a gestire:

• Nuclei rigidi più sottili che influenzano la profondità di foratura e il controllo della metallizzazione
• Strati adesivi o di collegamento che possono spostarsi o delaminarsi sotto stress termico o meccanico
• Transizioni da rigido a flessibile che formano punti naturali di stress
• Vincoli di assemblaggio, specialmente in aree con rinforzi o connettori ZIF

Un via-in-pad che sarebbe routinario su un circuito multistrato standard richiede una seconda considerazione in un design rigido-flessibile.

Quando il Via-in-Pad è Adatto nel Rigido-Flessibile

Questo non significa che non puoi o non dovresti usare VIP nel rigido-flessibile. Significa solo che devi essere intenzionale al riguardo.

Ecco alcuni casi in cui vale la pena esaminarlo:

• Posizionamento ad alta densità di BGA nella parte rigida del tuo stackup, dove il fanout tradizionale non è fattibile a causa di vincoli di spazio o di integrità del segnale
• Percorsi più corti per segnali sensibili che traggono vantaggio dall'avere meno stub
• Aree dei componenti vicino ai bordi delle schede, dove lo spazio è limitato e la fuga del routing è difficile

Se il tuo VIP si trova in una regione rigida senza esposizione diretta a stress meccanico o piegamento, e se l'area è ben supportata, allora è probabilmente una scelta buona e sicura.

Cosa Fare Attenzione

Anche quando il VIP è la scelta funzionale giusta, ci sono diverse considerazioni di progettazione e produzione che possono determinare il tuo successo o fallimento.

1. Riempimento della Via e Planarità della Superficie

I VIP devono essere riempiti e planarizzati per permettere l'attacco dei componenti. Il riempimento con resina epossidica non conduttiva è il metodo più comune nei progetti rigido-flessibili. Successivamente, viene applicato un cappuccio di rame e poi planarizzato dopo il riempimento per mantenere la superficie al livello del pad.

Se ciò non viene eseguito, il saldante verrà assorbito nella via durante l'assemblaggio e creerà giunti di saldatura scadenti o vuoti sotto il componente.

2. Coordinamento dello Stackup

Assicurati che il tuo fabbricante sappia a quali strati il VIP deve connettersi. Nei design rigido-flessibili, le interfacce tra gli strati possono essere adesivi flessibili o film di collegamento, che sono diversi dai prepreg standard. La profondità di foratura, il rapporto aspetto del via e l'equilibrio del rame devono essere considerati insieme. Qualcosa che sembra ottimo nel tuo strumento di layout non si tradurrà necessariamente in rese riproducibili senza un impilamento perfetto.

3. Stress sull'Asse Z e Rinforzo

Evita di posizionare i VIP vicino alle transizioni rigido-flessibili o nelle regioni dove la scheda sarà soggetta a flessioni meccaniche. Anche un leggero movimento nel tempo, come l'espansione termica o la vibrazione, risulterà in crepe nel barilotto del via o nel sollevamento dei pad.

Se i VIP devono essere vicini a una transizione, l'inclusione di rinforzi o supporti meccanici al di sotto di essi ridurrà il movimento.

4. Effetti del Ciclo Termico

Le capacità via-in-pad possono concentrare il calore durante il riflusso. La massa termica è solitamente disomogenea nei design rigido-flessibili più sottili, e ciò può aumentare lo stress sui via placcati e sugli strati vicini. Eseguire un profilo termico e comunicare le aspettative di riflusso al tuo produttore può evitare problemi nell'assemblaggio.

La Collaborazione è Fondamentale

Uno dei passaggi più importanti nel lavorare con VIP nei progetti rigido-flessibili è parlare con il tuo fabricatore molto presto. E intendo davvero presto.

Identifica chiaramente i VIP nei tuoi file di progetto. Includi l'intero stackup e indica dove avvengono le transizioni da rigido a flessibile. Se hai disegni meccanici, includili anche. Più completa è l'immagine, meglio il tuo fabricatore può pianificare processi come riempimento, placcatura e laminazione.

La produzione rigido-flessibile richiede già un controllo del processo molto stretto. Aggiungere VIP aumenta solo la posta in gioco. Se il VIP è considerato rischioso o non supportato dal processo del tuo fabricatore, possono essere esplorate alternative:

• Microvie sfalsate (staggered) possono essere utilizzate per uscire da impronte BGA a passo fine senza posizionare vie direttamente sotto i pad.
• Le costruzioni di vie sfalsate possono offrire una maggiore affidabilità per più strati senza concentrazioni di stress.
• I design via-in-land sono leggermente meno densi ma riducono lo stress durante l'assemblaggio e i cicli termici.

Ciascuna di queste opzioni ha dei compromessi, ma tutte sono degne di considerazione se il VIP non sembra adatto al tuo stackup o al processo di assemblaggio.

Pensieri Finali

L'uso di via-in-pad nei progetti rigido-flessibili è una tecnica di layout estremamente utile, ma comporta grandi responsabilità. Dalla pianificazione dello stackup al riempimento delle vie e alla progettazione dei pad, tutti i dettagli sono importanti.

Le soluzioni più efficaci derivano dalla progettazione anticipata. Non trattare il VIP come una clausola di fuga dell'ultimo minuto. Invece, lavora con il tuo fabbricante, modella i rischi meccanici e termici, e aggiungi i VIP solo dove sono adatti e possono essere adeguatamente supportati.

Con una pianificazione attenta, il VIP ti permetterà di ottenere più prestazioni in meno spazio, senza compromessi sulla affidabilità. E nei progetti rigido-flessibili, questo è molto spesso l'obiettivo: compatto, affidabile e pronto per il mondo reale.

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