Via-in-Pad in Rigid-Flex Designs: 공간이 협소할 때, 세부 사항이 중요합니다

강유연 회로 설계 작업을 해보셨다면, 모든 것이 타협의 문제라는 것을 알고 계실 겁니다. 여러 강성 부분과 유연한 연결부를 결합하면서, 좁은 공간, 구부림 영역, 재료 전환, 그리고 표준 강성 보드 설계에서는 발생하지 않는 다양한 기계적 고려사항을 다루게 됩니다.

그리고, 밀집된 부품 영역이나 공간이 제한된 영역에서 어느 순간 질문이 생깁니다: 여기에 비아 인 패드를 사용해도 될까요?

공정한 질문이며, PCB 설계에서 대부분의 경우와 마찬가지로 대답은 "상황에 따라 다릅니다." 비아 인 패드(VIP)는 특히 고밀도 레이아웃에서 강력한 도구입니다. 하지만 강유연에서 신중한 계획 없이 사용하면, 조립 중이나, 더 나쁘게는 현장에서 발견하고 싶지 않은 문제로 이어질 수 있습니다.

강유연 상황에서 비아 인 패드가 실제로 어떤 모습인지, 어디에 적합한지, 알아야 할 것은 무엇인지, 그리고 그 방향으로 가기로 결정했다면 어떻게 성공을 위해 자신을 설정할 수 있는지에 대해 이야기해 봅시다.

Via-in-Pad이란 무엇이며 왜 사용하는가?

Via-in-pad는 BGA나 기타 미세 피치 구성 요소에 대해 표면 실장 패드 바로 아래에 도금된 비아를 배치하는 관행을 말하며, 근처의 비아로 트레이스를 빼는 대신 사용됩니다.

강성 보드 디자인에서, 이는 신호 무결성을 향상시키고, 유도 스텁을 줄이며, 밀집된 구성 요소를 좁은 공간에 수용하는 입증된 기술입니다. 공간이 제한되어 있거나 BGA 피치가 줄어들 때, via-in-pad는 레이아웃을 가능하게 할 수 있습니다.

강성-유연 디자인에서는 같은 공간 제약을 많이 가지고 있습니다. 당신은 타이트한 기계적 환경을 다루고 있으며, 강성 영역 가장자리에 구성 요소를 가깝게 배치하려고 합니다. 그래서 예, via-in-pad는 완벽한 해결책처럼 보일 수 있습니다.

강성-유연에서 Via-in-Pad가 복잡해지는 이유

처음에는 강성-유연 보드의 강성 섹션을 또 다른 강성 PCB로 간주하기 쉽습니다. 그러나 특히 제작과 신뢰성이 중요해질 때, 그것들은 완전히 같지 않습니다.

리지드-플렉스 스택업은 표준 리지드 보드보다 얇고 다양한 코어 재료, 접착제, 구리 무게로 구성됩니다. 플렉스 영역에서는 단독 리지드 디자인에서는 발견할 수 없는 Z축 방향의 기계적 문제도 있습니다.

이것은 비아 인 패드 결정에 직접적인 영향을 미칩니다.

일반적으로 다루게 되는 것은:

• 드릴 깊이와 도금 제어
• 에 영향을 미치는 얇은 리지드 코어열 또는 기계적 스트레스 하에서 이동하거나 박리될 수 있는 접착제 또는 본드플라이 층
• 자연적인 스트레스 포인트를 형성하는 리지드-플렉스 전환
• 특히 강화재나 ZIF 커넥터가 있는 영역에서의 조립 제약 사항

표준 멀티레이어 보드에서는 일상적인 비아 인 패드가 리지드-플렉스 디자인에서는 두 번째 고려 사항이 됩니다.

리지드-플렉스에서 비아 인 패드가 적합한 경우

이것은 리지드-플렉스에서 VIP를 사용할 수 없거나 사용해서는 안 된다는 것을 의미하지 않습니다. 그저 의도적으로 접근해야 한다는 것을 의미합니다.

다음은 살펴볼 가치가 있는 몇 가지 경우입니다:

• 고밀도 BGA 배치는 전통적인 팬아웃이 공간이나 신호 무결성 제약으로 인해 실행 가능하지 않은 당신의 스택업의 강성 부분에서
• 더 짧은 경로는 더 적은 스터브를 가지는 것에 의해 이득을 보는 민감한 신호들에게 유리합니다
• 보드의 가장자리 근처의 구성 요소 영역은 부동산이 낮고 라우팅 탈출이 도전적인 곳입니다

만약 당신의 VIP가 기계적 스트레스나 구부림에 직접 노출되지 않는 강성 지역에 있고, 그 영역이 잘 지지되어 있다면, 그것은 아마도 좋고 안전한 선택일 것입니다.

주의해야 할 사항

VIP가 올바른 기능적 선택일지라도, 성공을 만들거나 망칠 수 있는 여러 설계 및 제조 고려 사항이 있습니다.

1. 비아 채우기 및 표면 평탄성

VIP는 구성 요소 부착을 허용하기 위해 채워지고 평탄화되어야 합니다. 비전도성 에폭시 채우기는 강성-유연 설계에서 가장 일반적인 방법입니다. 그 후 구리 캡이 놓이고 채우기 후에 패드와 수평을 유지하기 위해 평탄화됩니다.

이 작업이 수행되지 않으면, 조립 중에 솔더가 비아로 흡수되어 구성 요소 아래에 나쁜 솔더 조인트나 공극을 생성합니다.

2. 스택업 조정

제작자가 VIP가 연결되어야 하는 레이어를 알고 있는지 확인하세요. 리지드-플렉스에서 레이어 인터페이스는 표준 프리프레그와 다른 플렉스 접착제 또는 본딩 필름일 수 있습니다. 드릴 깊이, 비아 종횡비, 구리 밸런싱을 함께 고려해야 합니다. 레이아웃 도구에서 멋져 보이는 것이 반드시 완벽한 스택업 없이 재현 가능한 수율로 이어지는 것은 아닙니다.

3. Z축 스트레스 및 보강

리지드-플렉스 전환 지점이나 보드가 기계적 휨에 노출될 영역 근처에 VIP를 배치하지 마세요. 열 팽창이나 진동과 같은 시간이 지남에 따른 약간의 움직임도 비아 배럴 균열이나 패드 들림으로 이어질 수 있습니다.

만약 VIP가 전환 지점 근처에 있어야 한다면, 그 아래에 보강재나 기계적 지지대를 포함시키면 움직임을 줄일 수 있습니다.

4. 열 순환 효과

비아-인-패드 기능은 리플로우 동안 열을 집중시킬 수 있습니다. 보통 리지드-플렉스 디자인에서는 열 질량이 얇아서 불균일하며, 이는 도금된 비아와 인근 레이어에 스트레스를 가중시킬 수 있습니다. 열 프로파일을 실행하고 제조업체와 리플로우 기대치를 소통함으로써 조립 시 문제를 피할 수 있습니다.

협업이 핵심입니다

VIP를 사용한 강성-유연 설계 작업에서 가장 중요한 단계 중 하나는 제조업체와 정말 일찍 대화하는 것입니다. 그리고 정말로 일찍이라는 것을 의미합니다.

설계 파일에서 VIP를 명확하게 식별하십시오. 전체 스택업을 포함시키고 강성과 유연이 전환되는 위치를 표시하십시오. 기계 도면이 있다면 그것도 포함시키십시오. 정보가 더 완전할수록 제조업체는 충전, 도금, 그리고 적층과 같은 공정을 더 잘 계획할 수 있습니다.

강성-유연 생산은 이미 엄격한 공정 제어를 요구합니다. VIP를 추가하면 그 중요성이 더 커집니다. VIP가 위험하거나 제조업체의 공정에서 지원되지 않는 것으로 판단되면 대안이 모색될 수 있습니다:

• 미세 피치 BGA 풋프린트에서 패드 바로 아래에 비아를 배치하지 않고 라우팅하기 위해 오프셋(교대) 마이크로비아를 사용할 수 있습니다.
• 교대 비아 구조는 여러 층에 대해 스트레스 집중 없이 개선된 신뢰성을 제공할 수 있습니다.
• 비아-인-랜드 디자인은 약간 밀도가 낮지만 조립 및 열 사이클링 동안 스트레스를 줄입니다.

이러한 옵션 각각은 장단점이 있지만, VIP가 귀하의 스택업이나 조립 공정에 적합하지 않은 것으로 보인다면 모두 고려할 가치가 있습니다.

최종 생각

리지드-플렉스 설계에서의 비아-인-패드는 매우 유용한 레이아웃 기술이지만, 그에 따른 큰 책임이 따릅니다. 스택업 계획부터 비아 채움, 패드 디자인에 이르기까지 모든 세부 사항이 중요합니다.

가장 성공적인 결과는 미리 설계함으로써 얻어집니다. VIP를 마지막 순간의 탈출 조항으로 취급하지 마십시오. 대신, 제조업체와 협력하고, 기계적 및 열적 위험을 모델링하며, 적절하게 지원될 수 있는 곳에만 VIP를 추가하십시오.

신중한 계획을 통해, VIP는 신뢰성을 저해하지 않으면서 더 적은 공간에 더 많은 성능을 담을 수 있게 해줍니다. 그리고 리지드-플렉스에서 그것은 매우 자주 목표입니다: 컴팩트하고, 신뢰할 수 있으며, 실제 세계에 준비된.

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