Zwiększ gęstość komponentów i ścieżek dzięki technologii via-in-pad z metalizacją otworów

Mam w swoim mieszkaniu niesamowity zestaw stereo z czterema głośnikami i subwooferem, którego moi sąsiedzi uwielbiają nienawidzić. Tak bardzo jak lubię słuchać muzyki na tym urządzeniu, tak bardzo nie cierpię bałaganu z kablami audio, które chowają się za głośnikami. Ostatnim razem, gdy próbowałem posprzątać za systemem, omal nie wyrwałem niektórych kabli audio. Gdyby tylko układanie mojej dużej ilości kabli audio było takie proste, jak prowadzenie ścieżek na płytce drukowanej HDI.

Ślepe i zakopane przelotki są ważne w wielowarstwowych płytach, ponieważ pozwalają projektantom na prowadzenie połączeń elektrycznych między warstwami. Jest to szczególnie ważne przy komponentach SMT o małym rozstawie nóżek oraz przy padach BGA, które wymagają dużej gęstości ścieżek do wykonania wymaganych połączeń. Technologia via in pad to efektywna metoda oszczędzania miejsca na płycie, ponieważ nie ma potrzeby prowadzenia krótkiej ścieżki między padem a przelotką.

Kiedy stosować projektowanie via-in-pad

Niektórzy projektanci powiedzą ci, aby unikać projektowania via w padzie. Rzeczywistość jest taka, że via w padzie, podobnie jak każda inna struktura via, są użytecznymi narzędziami w niektórych sytuacjach. Metalowa podkładka wokół krawędzi via rozprasza ciepło i pomaga w zarządzaniu termicznym padem płytki obwodu. Podkładki pozwalają również na tworzenie połączeń z pasywnymi komponentami SMT, lub układami scalonymi, a pobliski otwór via umożliwia trasowanie do głębszych warstw i pomaga utrzymać wysoką gęstość komponentów.

Oprócz zwiększania gęstości połączeń i umożliwiania trasowania w niższych warstwach, projekt via in pad w Altium redukuje również indukcyjność przy połączeniach. Projekt via-in-pad jest zwykle stosowany przy układach BGA o małym rozstawie i oferuje pewne zalety w porównaniu do zwykłego rozprowadzenia typu kość psia. Oszczędność miejsca oferowana przez projekt via-in-pad może również pomóc projektantom zmniejszyć liczbę warstw.

VIPPO

Projektowanie z zastosowaniem techniki via-in-pad plated over (VIPPO) to jedna z metod, która umożliwia stosowanie maski lutowniczej i lutowanie bezpośrednio do otworów przelotowych (via) o małym przekroju. W projektowaniu VIPPO otwory via mogą być wypełnione utwardzonym materiałem epoksydowym. Najpierw standardowy proces galwanizacji jest używany do pokrycia wnętrza via. Po pokryciu miedzią i wypełnieniu epoksydem, wypełniony otwór jest zamykany miedzianą płytą. Elementy elektroniczne mogą być następnie lutowane bezpośrednio do płytki VIPPO.

Terminy via-in-pad i VIPPO są czasami używane zamiennie. Projekt via-in-pad używany do bezpośredniego lutowania powinien być wypełniony epoksydem, aby zapobiec wsysaniu przez otwór via, tak jak w VIPPO. Epoksyd używany do zatkania via może być przewodzący lub nieprzewodzący.

Mała odległość między wyprowadzeniami BGA

Przewodzący epoksyd ma przewagę pod względem zarządzania ciepłem dzięki swojej wyższej przewodności cieplnej. Ponieważ VIPPO używa miedzianej płytki w punkcie połączenia, oferuje również lepsze zarządzanie ciepłem płytki obwodu dzięki swojej wyższej przewodności cieplnej. Połączenie VIPPO z przewodzącym epoksydem oferuje jeszcze lepsze odprowadzanie ciepła z punktu połączenia. Najlepsza strategia zarządzania ciepłem wymaga, aby wnętrze via było całkowicie pokryte miedzią.

Problemy produkcyjne

Via-in-pad oraz projekty VIPPO zwiększają liczbę kroków wymaganych przez producenta PCB, co prowadzi do wyższych kosztów produkcji. Rzeczywiste koszty zależą od rozmiaru via oraz całkowitej liczby via na płytce. Jednak projekt via-in-pad może pozwolić kreatywnemu projektantowi na bardziej efektywne prowadzenie trasowania, a nawet na zmniejszenie wymaganej liczby warstw. Może to zrównoważyć wzrost kosztów produkcji.

Masek lutowniczych używa się do zatyczania otwartych otworów via-in-pad, aby zapobiec wsiąkaniu cyny do otworu via (znane jako „tenting”). Zamiast tego, w projektach VIPPO powinno się używać komponentów o małym rozstawie nóżek ze względu na mały rozmiar padów. Powłoka w VIPPO blokuje przepływ cyny przez otwór via, zapobiegając tworzeniu bałaganu na dolnej warstwie podczas montażu.

Lutowanie ręczne może być odpowiednie do montowania komponentów elektronicznych w otwartych projektach via-in-pad, ponieważ ludzka zręczność może pomóc zapobiec wsiąkaniu cyny. Przy lutowaniu falowym lub w piecu reflow, powinno się używać VIPPO, ponieważ straci się kontrolę nad wsiąkaniem. Jednym wyjątkiem są komponenty o małym rozstawie nóżek: VIPPO z odpowiednią strategią rozmieszczania powinno być zawsze używane przy tych komponentach elektronicznych, szczególnie przy BGA o małym rozstawie.

Stacja do przeprowadzania prac serwisowych na PCB o wysokiej gęstości

Jedną z wad całkowitego wypełnienia miedzią jest trudność w równomiernym pokryciu wnętrza przelotki. Płyny i/lub powietrze mogą zostać uwięzione wewnątrz wypełnienia miedzią, nawet jeśli otwór może wyglądać na zamknięty. Skutkuje to wydzielaniem gazów podczas lutowania. Twój producent powinien mieć odpowiednie procedury kontroli jakości, jeśli zdecydujesz się na całkowite wypełnienie VIPPO miedzią.

Wbudowane narzędzia CAD w Altium Designer^® ułatwiają używanie przelotek w padach do prowadzenia połączeń. Narzędzie ActiveRoute^® pomaga w prowadzeniu sygnałów przez całą płytkę obwodu. Porozmawiaj z ekspertem Altium już dziś, aby dowiedzieć się więcej.