Tăng cường Mật độ Linh kiện và Đường dẫn của bạn với Công nghệ Mạ qua Lỗ trên Pad

Tôi có một hệ thống âm thanh bốn loa tuyệt vời với một loa siêu trầm trong căn hộ của mình mà hàng xóm của tôi rất "yêu thích". Dù tôi thích nghe nhạc trên thứ này đến mức nào, phần duy nhất tôi ghét là mớ dây âm thanh lộn xộn ẩn sau các loa. Lần cuối cùng tôi cố gắng dọn dẹp phía sau hệ thống, tôi suýt nữa đã kéo rách một số dây âm thanh. Giá như việc sắp xếp mật độ dây âm thanh cao của tôi dễ dàng như việc định tuyến các đường mạch trên một bảng mạch in HDI.

Các vias mù và vias chôn là quan trọng trong các bảng mạch đa lớp vì chúng cho phép các nhà thiết kế định tuyến các kết nối điện giữa các lớp. Điều này đặc biệt quan trọng với các thành phần SMT có khoảng cách chân nhỏ và một pad BGA đòi hỏi mật độ đường mạch cao để tạo ra các kết nối cần thiết. Công nghệ via trong pad là một phương pháp hiệu quả để tiết kiệm không gian bảng mạch, vì không cần phải định tuyến một đường mạch ngắn giữa pad và via.

Khi nào nên Sử dụng Thiết kế Via-trong-pad

Một số nhà thiết kế sẽ nói với bạn rằng tránh thiết kế via-trong-pad. Thực tế là via trong pad, giống như bất kỳ cấu trúc via nào khác, là công cụ hữu ích trong một số tình huống. Miếng đệm kim loại xung quanh cạnh của via giúp tản nhiệt và hỗ trợ quản lý pad nhiệt trên bảng mạch. Các pad cũng cho phép bạn kết nối với các thành phần SMT thụ động, hoặc IC, và lỗ via gần đó cho phép định tuyến đến các lớp sâu hơn và giúp giữ mật độ thành phần cao.

Ngoài việc tăng mật độ kết nối và cho phép định tuyến ở các lớp thấp hơn, thiết kế via trong pad của Altium cũng giảm độ tự cảm tại các kết nối. Thiết kế via-trong-pad thường được sử dụng với BGAs có khoảng cách chân nhỏ và mang lại một số lợi ích so với kiểu phân phối chân dạng xương cá thông thường. Tiết kiệm không gian do thiết kế via-trong-pad mang lại cũng giúp các nhà thiết kế giảm số lượng lớp.

VIPPO

Thiết kế Via-in-pad mạ kín (VIPPO) là một kỹ thuật cho phép sử dụng mặt nạ hàn và hàn trực tiếp lên vias có tiết diện nhỏ. Vias có thể được chèn bằng vật liệu epoxy đã được làm cứng trong thiết kế VIPPO. Đầu tiên, một quy trình mạ tiêu chuẩn được sử dụng để phủ bên trong của via. Sau khi mạ đồng và lấp đầy bằng epoxy, lỗ đã lấp đầy được phủ kín bằng một tấm đồng. Các linh kiện điện tử sau đó có thể được hàn trực tiếp vào tấm VIPPO.

Các thuật ngữ via-in-pad và VIPPO đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau. Thiết kế via-in-pad được sử dụng cho việc hàn trực tiếp nên được lấp đầy bằng epoxy để ngăn chặn sự thấm hút qua lỗ via, giống như trong VIPPO. Epoxy được sử dụng để chèn via có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện.

BGA có khoảng cách chân nhỏ

Một epoxy dẫn điện có lợi thế về quản lý nhiệt do có độ dẫn nhiệt cao hơn. Vì VIPPO sử dụng một tấm đồng tại điểm kết nối, nó cũng cung cấp quản lý nhiệt tốt hơn cho bảng mạch do có độ dẫn nhiệt cao hơn. Kết hợp VIPPO với epoxy dẫn điện cung cấp khả năng tản nhiệt tốt hơn từ điểm kết nối. Chiến lược quản lý nhiệt tốt nhất yêu cầu phần bên trong của via phải được mạ đồng hoàn toàn.

Vấn đề Sản xuất

Thiết kế via-in-pad và VIPPO đều làm tăng số bước sản xuất của nhà sản xuất PCB, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn. Chi phí thực tế phụ thuộc vào kích thước của via và tổng số lượng via trên bảng mạch. Tuy nhiên, thiết kế via-in-pad có thể cho phép một nhà thiết kế sáng tạo trở nên hiệu quả hơn trong việc định tuyến và thậm chí giảm bớt số lượng lớp cần thiết. Điều này có thể bù đắp cho sự tăng chi phí sản xuất.

Lớp mặt nạ hàn đã được sử dụng để chặn các lỗ via-in-pad mở nhằm ngăn chặn hàn chảy vào lỗ via (được biết đến là “tenting”). Thành phần có khoảng cách chân nhỏ nên được sử dụng với thiết kế VIPPO do kích thước pad nhỏ. Lớp phủ trong VIPPO ngăn chặn hàn chảy qua lỗ via và tạo ra lộn xộn ở lớp dưới trong quá trình lắp ráp.

Hàn tay có thể phù hợp để gắn các thành phần điện tử vào thiết kế via-in-pad mở vì sự khéo léo của con người có thể giúp ngăn chặn hàn chảy. Với hàn sóng hoặc hàn reflow, VIPPO nên được sử dụng vì bạn sẽ mất kiểm soát về việc chảy hàn. Một ngoại lệ là các thành phần có khoảng cách chân nhỏ: VIPPO với chiến lược phân phối chân phù hợp luôn nên được sử dụng trên các thành phần điện tử này, đặc biệt là với BGAs có khoảng cách chân nhỏ.

Trạm sửa chữa PCB mật độ cao

Một nhược điểm của việc lấp đầy hoàn toàn bằng đồng là khó khăn trong việc mạ đều bên trong của via. Chất lỏng và/hoặc không khí có thể bị mắc kẹt bên trong lớp đồng lấp đầy, mặc dù lỗ có vẻ đã được niêm phong. Điều này dẫn đến việc thoát khí trong quá trình hàn. Nhà sản xuất của bạn nên có các thủ tục kiểm soát chất lượng phù hợp nếu bạn chọn lấp đầy hoàn toàn một VIPPO bằng đồng.

Công cụ CAD tích hợp trong Altium Designer^® giúp việc sử dụng via trên pad để định tuyến kết nối trở nên dễ dàng. Công cụ ActiveRoute^® hỗ trợ bạn định tuyến tín hiệu trên toàn bảng mạch của mình. Hãy nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay để tìm hiểu thêm.