Представлять

Эволюция технологии печатных плат (PCB) последовательно направлена на удовлетворение постоянно растущего спроса на меньшие, быстрые и более эффективные электронные устройства. Традиционно в конструкции печатной платы переходные отверстия и площадки для компонентов разделены, чтобы избежать потенциальных проблем при сборке. Однако технология переходных отверстий интегрирует переходные отверстия непосредственно в площадки устройств поверхностного монтажа (SMD), предлагая множество преимуществ, но также и заблуждений.

Понимание Via-In-Pad на печатной плате

Переходное отверстие — это метод проектирования печатных плат, при котором переходные отверстия размещаются непосредственно под контактными площадками компонентов, особенно для Ball Grid Array (BGA) и других компонентов поверхностного монтажа с мелким шагом. Переходные отверстия, по сути, представляют собой каналы, обеспечивающие электрическое и тепловое соединение между различными слоями платы. Традиционно переходные отверстия размещаются рядом с контактными площадками, а не внутри них, в первую очередь, чтобы избежать проблем с растеканием припоя во время сборки. Однако по мере того, как устройства уменьшаются, а спрос на более компактную и эффективную электронику растет, интеграция технологии via in Pad становится все более распространенной.

Различные типы переходных отверстий

1. Сквозные отверстия: это наиболее распространенный и традиционный тип переходных отверстий. Сквозные отверстия проходят через всю печатную плату, соединяя верхний слой с нижним слоем. Они универсальны и могут использоваться в широком спектре приложений, но могут не подходить для плат с очень высокой плотностью размещения, где пространство имеет большое значение.
2. Слепые переходные отверстия: Слепые переходные отверстия соединяют внешний слой печатной платы с одним или несколькими внутренними слоями, не проходя через всю плату. Переходные отверстия этого типа видны только с одной стороны печатной платы. Слепые переходные отверстия полезны для экономии места на платах с высокой плотностью размещения, позволяя разместить больше компонентов или дорожек, не занимая слои там, где они не нужны.
3. Скрытые переходные отверстия: в отличие от слепых переходных отверстий, скрытые переходные отверстия соединяют внутренние слои печатной платы, не достигая внешних слоев. Они полностью скрыты внутри платы, что делает их идеальными для увеличения плотности разводки на печатной плате, не влияя на расположение внешних слоев. Скрытые переходные отверстия обычно используются в сложных многослойных печатных платах, где оптимизация пространства имеет решающее значение.
4. Микроотверстия: Микроотверстия представляют собой отверстия небольшого диаметра (обычно около или менее 150 микрон в диаметре), которые могут быть либо глухими, либо заглубленными. Они создаются с помощью лазерного сверления, что обеспечивает очень точное размещение и меньшие размеры отверстий по сравнению с традиционными методами сверления.
5. Многослойные переходные отверстия: многослойные переходные отверстия представляют собой серию слепых или микроотверстий, которые просверливаются друг над другом и соединяют несколько слоев. Эта конфигурация часто используется в многослойных печатных платах для экономии места и достижения более компактной конструкции. Многослойные переходные отверстия требуют точных производственных процессов для обеспечения соосности и надежности.
6. Ступенчатые переходные отверстия: Ступенчатые переходные отверстия аналогичны расположенным друг над другом, но вместо того, чтобы располагаться непосредственно друг над другом, они смещены или расположены в шахматном порядке.
7. Via-In-Pad: технология Via-in-Pad предполагает размещение переходных отверстий непосредственно под контактными площадками компонентов. Контактная площадка Via-in-pad помогает улучшить терморегулирование и снизить индуктивность, но требует тщательного проектирования и производственного процесса, чтобы избежать проблем с пайкой.

Сравнение переходного отверстия с традиционными методами переходного отверстия

1. Передовые производственные процессы. Технология переходных отверстий требует более сложных и точных производственных процессов. Например, заполнение переходных отверстий проводящим или непроводящим материалом требует дополнительных шагов по сравнению с простым сверлением и покрытием переходных отверстий за пределами площадок.
2. Материалы. Материалы, используемые для закрытия или заполнения переходных отверстий в методе контактной площадки, могут увеличить стоимость. Независимо от того, используются ли проводящие или непроводящие эпоксидные заливки, эти материалы, а также процессы их нанесения увеличивают общие затраты.
3. Увеличенное время обработки: каждую площадку переходного отверстия необходимо обрабатывать индивидуально, чтобы предотвратить затекание припоя — путем закупоривания, закрытия или наложения.
4. Более высокие требования к контролю качества: конструкции переходных площадок часто требуют более жестких допусков и более строгих мер контроля качества для обеспечения надежности и производительности, особенно в печатных платах с высокой плотностью межсоединений (HDI).
5. Сложность доработки и ремонта: если печатная плата с переходными площадками требует доработки или ремонта, этот процесс обычно более сложный и дорогостоящий, чем процесс традиционной платы с переходными отверстиями. Доступ и устранение проблем с заполненными или закрытыми переходными отверстиями может быть сложной задачей, потенциально требующей специального оборудования или процессов.

Несмотря на эти более высокие затраты, преимущества переходной площадки, такие как улучшенная целостность сигнала, большая плотность и улучшенное управление температурным режимом, часто оправдывают инвестиции, особенно в высокопроизводительные и компактные электронные устройства. Проектировщики и инженеры сопоставляют эти преимущества с возросшими затратами, чтобы определить наиболее экономичный и эффективный подход к проектированию печатных плат для своих конкретных приложений.

Преимущества маршрутизации Via-In-Pad

Маршрутизация через контактную площадку дает несколько преимуществ, имеющих решающее значение для современных конструкций печатных плат:

• Улучшенная целостность сигнала: минимизируя расстояние, которое сигналы должны проходить через переходные отверстия, переходное отверстие снижает индуктивность и емкость сигнала, повышая целостность сигнала, особенно в высокоскоростных приложениях.
• Улучшенное управление температурным режимом: переходные отверстия, расположенные непосредственно под контактными площадками компонентов, могут эффективно отводить тепло от тепловыделяющих компонентов, способствуя управлению температурным режимом.
• Оптимизация пространства. Этот метод позволяет создать более компактную конструкцию, что имеет решающее значение для устройств, где пространство имеет большое значение.
• Улучшенная эстетика и надежность. Заполненные и закрытые переходные отверстия образуют плоскую, однородную поверхность, что может быть полезно как для эстетики, так и для паяемости компонентов, что приводит к более надежным паяным соединениям.

Обратная сторона ограничения через технологию

• Финансовые последствия: Одним из основных недостатков использования закрытых переходных отверстий или переходных отверстий в контактных площадках является повышенная стоимость, связанная с процессом производства печатной платы.
• Сложности производства: этапы, связанные с закупоркой, укупоркой и отделкой переходных отверстий, чтобы гарантировать, что они подходят для пайки компонентов SMD, требуют точного контроля и мер по обеспечению качества. Это может привести к увеличению времени производства и увеличить риск возникновения дефектов, если не принять правильное решение.
• Проблемы с надежностью: Процесс закупоривания и закрытия переходных отверстий должен выполняться с использованием материалов, которые соответствуют свойствам теплового расширения подложки печатной платы, чтобы избежать таких проблем, как растрескивание или подъем контактной площадки во время термоциклирования. Недостаточное заполнение или закрытие может также привести к попаданию припоя в переходное отверстие во время сборки, что может привести к слабым паяным соединениям или разрыву цепи, особенно в BGA-приложениях с малым шагом.

Выбор правильных материалов для процессов заполнения и закрытия переходных отверстий имеет решающее значение для обеспечения соответствия свойствам теплового расширения печатной платы и обеспечения надежности. Хотя технология «отверстие-отверстие» или «отверстие-в-площадке» может значительно улучшить проектирование печатных плат, обеспечивая более высокую плотность компонентов и улучшая управление температурным режимом, проектировщики должны тщательно учитывать возросшие затраты, производственные сложности и потенциальные проблемы с надежностью.

Заключение

Изучение тонкостей технологии via-in-pad при проектировании печатных плат подчеркивает ее ключевую роль в расширении границ миниатюризации и эффективности электронных устройств. Несмотря на то, что это создает проблемы, включая увеличение затрат и сложность производства, его преимущества в обеспечении целостности сигнала, управления температурным режимом и оптимизации пространства невозможно переоценить. В сфере современной электроники, где производительность и компактность являются ключевыми факторами, преимущества технологии via-in-pad намного превосходят ее ограничения.