Via-in-Pad trong Thiết kế Rigid-Flex: Khi Không Gian Hẹp, Chi Tiết Quan Trọng

Nếu bạn đã từng làm việc trên thiết kế mạch cứng-linh hoạt, bạn biết rằng nó đều liên quan đến việc đánh đổi. Bạn đang kết hợp một số phần cứng và các kết nối linh hoạt, đối mặt với không gian chật hẹp, khu vực uốn cong, chuyển tiếp vật liệu, và toàn bộ các xem xét về cơ khí mà đơn giản không xuất hiện trong thiết kế bảng mạch cứng tiêu chuẩn.

Và sau đó, ở đâu đó giữa một khu vực chứa nhiều linh kiện hoặc một khu vực bị hạn chế về diện tích, câu hỏi được đặt ra: Tôi có thể sử dụng via-trong-pad ở đây không?

Đó là một câu hỏi hợp lý, và câu trả lời, như hầu hết mọi thứ trong thiết kế PCB, là "tùy thuộc." Via-trong-pad (hoặc VIP) là một công cụ mạnh mẽ, đặc biệt trong các bố trí mật độ cao. Nhưng trong cứng-linh hoạt, sử dụng nó mà không có kế hoạch cẩn thận có thể dẫn đến những vấn đề bạn không muốn phát hiện trong quá trình lắp ráp hoặc, tồi tệ hơn, ngoài thực địa.

Hãy nói về việc via-trong-pad trong tình huống cứng-linh hoạt thực sự trông như thế nào, nơi nào phù hợp, những gì bạn nên biết, và làm thế nào bạn có thể chuẩn bị cho mình thành công nếu bạn quyết định đi theo hướng đó.

Via-in-Pad là gì và Tại sao lại sử dụng nó?

Via-in-pad là phương pháp đặt một via phủ bạc trực tiếp dưới pad gắn bề mặt, thường là cho BGA hoặc các thành phần có khoảng cách chân rất nhỏ, thay vì kéo các đường dẫn ra đến một via gần đó.

Trong thiết kế bảng mạch cứng, đây là kỹ thuật đã được chứng minh là có khả năng cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu, giảm stub cảm ứng, và chứa đựng các thành phần mật độ cao trong không gian hẹp. Khi không gian bị hạn chế hoặc khoảng cách chân BGA của bạn đang thu hẹp, via-in-pad có thể giúp làm cho bố cục trở nên khả thi.

Trong thiết kế cứng-linh hoạt, bạn gặp phải nhiều hạn chế về không gian tương tự. Bạn đang đối mặt với các giới hạn cơ khí chặt chẽ và cố gắng đặt các thành phần gần lề của khu vực cứng. Vì vậy, có thể nói via-in-pad dường như là giải pháp hoàn hảo.

Tại sao Via-in-Pad trở nên phức tạp trong Rigid-Flex

Xét trên bề mặt, dễ dàng coi các phần cứng trong một bảng mạch cứng-linh hoạt như một PCB cứng khác. Tuy nhiên, chúng không hoàn toàn giống nhau, đặc biệt là khi sản xuất và độ tin cậy được đưa vào xem xét.

Cấu trúc kết hợp cứng-linh hoạt thường mỏng hơn so với các bảng mạch cứng tiêu chuẩn và bao gồm các vật liệu lõi khác nhau, keo dính, và trọng lượng đồng. Với các khu vực linh hoạt, bạn cũng gặp phải các vấn đề về cơ học trên trục Z mà bạn không tìm thấy trong thiết kế cứng độc lập.

Điều này có ảnh hưởng trực tiếp đến quyết định về việc sử dụng via-trong-pad của bạn.

Bạn thường gặp phải:

• Lõi cứng mỏng hơn ảnh hưởng đến độ sâu khoan và kiểm soát mạ
• Lớp keo hoặc bondply có thể bị dịch chuyển hoặc tách rời dưới tác động nhiệt hoặc cơ học
• Chuyển tiếp từ cứng sang linh hoạt tạo thành điểm căng tự nhiên
• Các hạn chế lắp ráp, đặc biệt là ở các khu vực có thanh cứng hoặc đầu nối ZIF

Một via-trong-pad có thể là thủ tục thông thường trên một bảng mạch đa lớp tiêu chuẩn đòi hỏi phải xem xét lại trong thiết kế cứng-linh hoạt.

Khi Via-trong-Pad Phù Hợp trong Cấu trúc Cứng-Linh hoạt

Điều đó không có nghĩa là bạn không thể hoặc không nên sử dụng VIP trong cấu trúc cứng-linh hoạt. Điều đó chỉ có nghĩa là bạn cần phải cân nhắc kỹ lưỡng về nó.

Dưới đây là một số trường hợp đáng để xem xét:

• Việc đặt BGA mật độ cao trong phần cứng của lớp xếp chồng của bạn, nơi mà việc phân phối truyền thống không khả thi do hạn chế về không gian hoặc tính toàn vẹn tín hiệu
• Đường dẫn ngắn hơn cho các tín hiệu nhạy cảm được lợi từ việc có ít đuôi hơn
• Khu vực linh kiện gần các cạnh của bảng mạch, nơi không gian hạn chế và việc thoát đường dẫn khó khăn

Nếu VIP của bạn nằm trong khu vực cứng không trực tiếp tiếp xúc với áp lực cơ học hoặc uốn cong, và nếu khu vực được hỗ trợ tốt, thì có lẽ đó là một lựa chọn tốt và an toàn.

Điều Cần Lưu Ý

Ngay cả khi VIP là lựa chọn chức năng đúng đắn, vẫn có một số xem xét về thiết kế và sản xuất có thể quyết định thành công của bạn.

1. Điền Via và Độ Bằng Phẳng Bề Mặt

VIP cần được điền và làm phẳng để cho phép gắn linh kiện. Điền epoxy không dẫn điện là phương pháp phổ biến nhất trong thiết kế cứng-linh hoạt. Sau đó, một nắp đồng được đặt lên và làm phẳng sau khi điền để giữ cho bề mặt cùng mức với pad.

Nếu việc này không được thực hiện, hàn sẽ thấm vào via trong quá trình lắp ráp và tạo ra mối hàn kém hoặc lỗ rỗng dưới linh kiện.

2. Phối Hợp Lớp Xếp Chồng

Hãy đảm bảo rằng nhà sản xuất của bạn biết các lớp mà VIP cần kết nối tới. Trong cấu trúc cứng-linh hoạt, giao diện giữa các lớp có thể là keo dính linh hoạt hoặc phim kết dính, khác biệt so với các prepreg tiêu chuẩn. Độ sâu khoan, tỷ lệ khía mặt cắt của via và cân bằng đồng phải được xem xét cùng nhau. Một cái gì đó trông tuyệt vời trong công cụ thiết kế của bạn không nhất thiết dịch được thành hiệu suất tái sản xuất mà không có một bố cục chồng lớp hoàn hảo.

3. Áp lực Trục Z và Củng cố

Tránh đặt VIP gần các khu vực chuyển tiếp từ cứng sang linh hoạt hoặc những khu vực mà bo mạch sẽ chịu lực uốn cơ học. Ngay cả sự chuyển động nhẹ theo thời gian, như sự giãn nở nhiệt hay rung động, cũng sẽ dẫn đến nứt thân via hoặc bong pad.

Nếu VIP cần phải ở gần một khu vực chuyển tiếp, việc bổ sung các bộ cứng hoặc hỗ trợ cơ khí bên dưới chúng sẽ giảm bớt sự chuyển động.

4. Ảnh hưởng của Chu kỳ Nhiệt

Khả năng via-in-pad có thể tập trung nhiệt trong quá trình reflow. Khối lượng nhiệt thường không đồng đều trong các thiết kế cứng-linh hoạt mỏng, và điều này có thể làm tăng áp lực lên các via mạ và các lớp lân cận. Thực hiện một hồ sơ nhiệt và giao tiếp kỳ vọng reflow với nhà sản xuất của bạn có thể tránh được các vấn đề trong quá trình lắp ráp.

Sự Hợp tác Là Chìa khóa

Một trong những bước quan trọng nhất khi làm việc với VIP trong thiết kế cứng-linh hoạt là nói chuyện với nhà sản xuất của bạn sớm. Và tôi muốn nói là thực sự sớm.

Rõ ràng xác định VIP trong các tệp thiết kế của bạn. Bao gồm toàn bộ cấu trúc chồng và chỉ ra nơi chuyển tiếp giữa cứng và linh hoạt. Nếu bạn có bản vẽ kỹ thuật, hãy bao gồm chúng nữa. Càng đầy đủ hình ảnh, nhà sản xuất của bạn càng có thể lên kế hoạch cho các quy trình như lấp đầy, mạ và ép nhiệt tốt hơn.

Sản xuất cứng-linh hoạt đã yêu cầu kiểm soát quy trình chặt chẽ. Thêm VIP chỉ làm tăng thêm rủi ro. Nếu VIP được coi là rủi ro hoặc không được hỗ trợ bởi quy trình của nhà sản xuất, các phương án thay thế có thể được khám phá:

• Microvias lệch tâm (staggered) có thể được sử dụng để định tuyến ra khỏi các dấu chân BGA mật độ cao mà không cần đặt vias trực tiếp dưới các pad.
• Cấu trúc via lệch tâm có thể cung cấp độ tin cậy cao hơn cho nhiều lớp mà không tạo ra tập trung ứng suất.
• Thiết kế via-in-land ít dày đặc hơn nhưng giảm ứng suất trong quá trình lắp ráp và chu kỳ nhiệt.

Mỗi lựa chọn này đều có những sự đánh đổi, nhưng tất cả đều đáng xem xét nếu VIP không phải là lựa chọn phù hợp cho cấu trúc chồng hoặc quy trình lắp ráp của bạn.

Suy nghĩ cuối cùng

Việc sử dụng via-in-pad trong thiết kế cứng-linh hoạt là một kỹ thuật bố trí cực kỳ hữu ích, nhưng đi kèm với nó là trách nhiệm lớn. Từ việc lên kế hoạch xếp chồng, đến việc lấp đầy via và thiết kế pad, mọi chi tiết đều quan trọng.

Kết quả thành công nhất đến từ việc thiết kế trước. Đừng coi VIP như một điều khoản thoát hiểm vào phút chót. Thay vào đó, hãy làm việc với nhà sản xuất của bạn, mô hình hóa rủi ro cơ khí và nhiệt, và chỉ thêm VIP ở những nơi chúng phù hợp và có thể được hỗ trợ đúng cách.

Với sự lên kế hoạch cẩn thận, VIP sẽ giúp bạn đạt được hiệu suất cao hơn trong không gian nhỏ hơn, mà không phải hy sinh độ tin cậy. Và trên cấu trúc cứng-linh hoạt, đó thường xuyên là mục tiêu: gọn gàng, đáng tin cậy và sẵn sàng cho thế giới thực.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, Altium Develop kết hợp mọi lĩnh vực thành một lực lượng hợp tác. Không có sự phân chia. Không có giới hạn. Đó là nơi mà kỹ sư, nhà thiết kế và nhà đổi mới làm việc cùng nhau để sáng tạo mà không bị ràng buộc.Trải nghiệm Altium Develop ngày hôm nay!