Introduire

L’évolution de la technologie des circuits imprimés (PCB) a toujours visé à répondre à la demande toujours croissante d’appareils électroniques plus petits, plus rapides et plus efficaces. Traditionnellement, la conception des circuits imprimés séparait les vias et les plots de composants pour éviter d’éventuels problèmes d’assemblage. Cependant, la technologie via-in-pad intègre les vias directement dans les plots des dispositifs à montage en surface (CMS), offrant une myriade d’avantages mais aussi des idées fausses.

Comprendre Via-In-Pad dans les PCB

Via-in-pad est une technique de conception de PCB dans laquelle les vias sont placés directement sous les plots de composants, en particulier pour les Ball Grid Array (BGA) et d’autres composants montés en surface à pas fin. Les vias sont essentiellement des conduits permettant la connectivité électrique et thermique entre les différentes couches d’une carte. Traditionnellement, les vias sont placés à proximité des plots mais pas à l’intérieur de ceux-ci, principalement pour éviter les problèmes d’écoulement de la soudure lors de l’assemblage. Cependant, à mesure que les appareils diminuent et que la demande d’électronique plus compacte et plus efficace augmente, l’intégration de la technologie via in pad est devenue de plus en plus répandue.

Les différents types de vias

1. Vias traversants : ce sont les types de vias les plus courants et les plus traditionnels. Des vias traversants traversent l’ensemble du PCB, reliant la couche supérieure à la couche inférieure. Ils sont polyvalents et peuvent être utilisés dans un large éventail d’applications, mais peuvent ne pas convenir aux panneaux à très haute densité où l’espace est limité.
2. Vias aveugles : les vias aveugles connectent une couche externe du PCB à une ou plusieurs couches internes sans traverser toute la carte. Ce type de via n’est visible que d’un seul côté du PCB. Les vias aveugles sont utiles pour économiser de l’espace sur les cartes haute densité, permettant d’ajouter plus de composants ou de traces en n’occupant pas de couches là où ils ne sont pas nécessaires.
3. Vias enterrés : contrairement aux vias aveugles, les vias enterrés connectent les couches internes du PCB sans atteindre les couches externes. Ils sont complètement cachés à l’intérieur de la carte, ce qui les rend idéaux pour augmenter la densité de routage sur le PCB sans affecter la disposition des couches externes. Les vias enterrés sont généralement utilisés dans les PCB multicouches complexes où l’optimisation de l’espace est cruciale.
4. Microvias ： Les microvias sont des vias de petit diamètre (généralement autour ou moins de 150 microns de diamètre) qui peuvent être aveugles ou enterrés. Ils sont créés à l’aide d’un perçage laser, ce qui permet un placement très précis et des vias de plus petite taille par rapport aux méthodes de perçage traditionnelles.
5. Vias empilés ： Les vias empilés sont une série de vias aveugles ou microvias percés les uns sur les autres, reliant plusieurs couches. Cette configuration est souvent utilisée dans les PCB multicouches pour économiser de l’espace et obtenir une conception plus compacte. Les vias empilés nécessitent des processus de fabrication précis pour garantir l’alignement et la fiabilité.
6. Vias décalés : les vias décalés sont similaires aux vias empilés mais, au lieu d’être directement les uns sur les autres, ils sont décalés ou décalés.
7. Via-In-Pad ： La technologie Via-in-pad consiste à placer des vias directement sous les plots des composants. Via-in-pad aide à améliorer la gestion thermique et à réduire l’inductance, mais nécessite un processus de conception et de fabrication minutieux pour éviter les problèmes de soudure.

Comparaison de Via-In-Pad avec les méthodes Via traditionnelles

1. Processus de fabrication avancés : La technique du via in pad nécessite des processus de fabrication plus sophistiqués et précis. Le remplissage des vias avec un matériau conducteur ou non conducteur, par exemple, ajoute des étapes supplémentaires par rapport au simple perçage et placage des vias à l’extérieur des plots.
2. Matériaux : Les matériaux utilisés pour boucher ou remplir les vias dans la méthode du tampon peuvent augmenter le coût. Qu’il s’agisse de remplissages époxy conducteurs ou non conducteurs, ces matériaux, ainsi que les processus pour les appliquer, augmentent les dépenses globales.
3. Temps de traitement accru : chaque via in pad doit être traité individuellement pour empêcher la soudure de s’évacuer, soit en le bouchant, en le bouchant ou en le tentant.
4. Exigences de contrôle de qualité plus élevées : les conceptions de via in pad nécessitent souvent des tolérances plus strictes et des mesures de contrôle de qualité plus rigoureuses pour garantir la fiabilité et les performances, en particulier dans les PCB d’interconnexion haute densité (HDI).
5. Complexité de retouche et de réparation : Si un PCB via in pad nécessite une retouche ou une réparation, le processus est généralement plus complexe et coûteux que celui d’un via PCB traditionnel. L’accès et la correction des problèmes liés aux vias remplis ou bouchés peuvent s’avérer difficiles, nécessitant potentiellement des équipements ou des processus spécialisés.

Malgré ces coûts plus élevés, les avantages du via in pad, tels qu’une meilleure intégrité du signal, une plus grande densité et une gestion thermique améliorée, justifient souvent l’investissement, en particulier dans les appareils électroniques compacts et hautes performances. Les concepteurs et les ingénieurs mettent en balance ces avantages avec l’augmentation des dépenses afin de déterminer l’approche de conception de PCB la plus rentable et la plus performante pour leurs applications spécifiques.

Les avantages du routage Via-In-Pad

Le routage via-in-pad offre plusieurs avantages, cruciaux pour les conceptions de circuits imprimés modernes :

1. Intégrité du signal améliorée : en minimisant la distance que les signaux doivent parcourir à travers les vias, le via-in-pad réduit l’inductance et la capacité du signal, améliorant ainsi l’intégrité du signal, en particulier dans les applications à grande vitesse.
2. Gestion thermique améliorée : les vias directement sous les coussinets des composants peuvent transférer efficacement la chaleur des composants générateurs de chaleur, facilitant ainsi la gestion thermique.
3. Optimisation de l’espace : cette méthode permet une conception plus compacte, cruciale dans les appareils où l’espace est limité.
4. Meilleure esthétique et fiabilité : les vias remplis et bouchés donnent lieu à une surface plane et uniforme qui peut être bénéfique à la fois pour l’esthétique et la soudabilité des composants, conduisant à des joints de soudure plus fiables.

L’inconvénient de la technologie Capped Via

1. Implications en termes de coûts : l’un des principaux inconvénients de l’utilisation de la technologie des vias coiffés ou des via-in-pad est l’augmentation des coûts associée au processus de fabrication des PCB.
2. Complexités de fabrication : les étapes impliquées dans le branchement, le bouchage et la finition des vias pour garantir qu’ils conviennent au soudage de composants CMS nécessitent des mesures de contrôle et d’assurance qualité précises. Cela peut entraîner des délais de production plus longs et augmenter le risque de défauts s’il n’est pas géré correctement.
3. Problèmes de fiabilité : le processus de bouchage et de bouchage des vias doit être effectué avec des matériaux qui correspondent aux propriétés de dilatation thermique du substrat PCB pour éviter des problèmes tels que la fissuration ou le soulèvement des tampons pendant le cycle thermique. Un remplissage ou un bouchage inadéquat peut également entraîner une pénétration de la soudure dans le via pendant l’assemblage, ce qui peut créer des joints de soudure faibles ou des circuits ouverts, en particulier dans les applications BGA à pas fin.

Le choix des bons matériaux pour les processus de remplissage et de bouchage des vias est essentiel pour correspondre aux propriétés de dilatation thermique du PCB et garantir la fiabilité. Bien que la technologie via ou via-in-pad puisse bénéficier de manière significative à la conception de circuits imprimés en permettant des densités de composants plus élevées et en améliorant la gestion thermique, les concepteurs doivent soigneusement prendre en compte l’augmentation des coûts, les complexités de fabrication et les problèmes potentiels de fiabilité.

Conclusion

Le voyage à travers les subtilités de la technologie via-in-pad dans la conception de circuits imprimés met en lumière son rôle central dans le repoussement des limites de la miniaturisation et de l’efficacité des dispositifs électroniques. Bien qu’il présente des défis, notamment une augmentation des coûts et des complexités de fabrication, ses avantages en matière d’intégrité du signal, de gestion thermique et d’optimisation de l’espace ne peuvent être surestimés. Dans le domaine de l’électronique avancée, où performances et compacité sont essentielles, les avantages de la technologie via-in-pad dépassent de loin ses limites.