Когда использовать виа в паде PCB при проектировании

В настоящее время инженеры и дизайнеры часто сталкиваются с необходимостью повышения плотности компонентов, ускорения передачи сигналов и компактности печатных плат. Виа в паде в печатной плате может удовлетворить эти требования. Виа размещается непосредственно под площадкой SMT-компонентов. Это может упростить маршрутизацию, а также обеспечить соединения между компонентами и внутренними слоями. При выборе технологии виа в паде PCB вы можете использовать меньший шаг компонентов, уменьшая общий размер платы. Знаете ли вы, когда следует использовать виа в паде при проектировании печатных плат? И нужно ли это вообще? Прочитав эту статью, вы проясните все недоразумения и получите желаемое.

Когда использовать виа в паде в дизайне печатной платы?

Ниже перечислены основные ситуации, в которых использование виа в паде при проектировании печатных плат особенно полезно:

При работе с макетами высокой плотности

При проектировании печатной платы HDI компоненты должны быть установлены в ограниченном пространстве платы. В то же время требуется высокая плотность разводки. Технология виа в паде PCB позволяет уменьшить количество отверстий на плате, сэкономить место и обеспечить более высокую плотность размещения компонентов. Эта технология особенно важна для миниатюрных электронных устройств, таких как IoT-устройства, смартфоны и носимые устройства.

Когда требуется более эффективное терморегулирование

Виа в паде в печатной плате также действует как тепловой виа, обеспечивая прямой тепловой путь от компонентов к внутренней медной плоскости. Он может эффективно отводить накопленное тепло от чувствительных к температуре или мощных компонентов, таких как усилители мощности, мощные светодиоды и стабилизаторы напряжения. Риск перегрева может быть значительно снижен, что повышает надежность используемых компонентов.

При работе с компонентами с мелким шагом

Виа в паде PCB часто используются в корпусах BGA (Ball Grid Array) и QFN (Quad Flat No-Leads), которые имеют высокую плотность соединений ввода-вывода под микросхемой. Для микросхем BGA характерно большее количество выводов и близкое расстояние между ними, что создает трудности при трассировке. При использовании этого канала можно легко и быстро передать сигналы от компонентов на внутренние слои печатной платы. Для QFN это эффективное решение для оптимизации маршрутизации и терморегулирования.

При оптимизации целостности сигнала

Целостность сигнала важна для высокоскоростных и высокочастотных схем. Виа в паде в печатных платах позволяют передавать сигналы непосредственно от компонентов к внутренним слоям, значительно сокращая путь трассировки печатной платы. Такая конструкция снижает паразитную индуктивность и емкость, а также улучшает стабильность импеданса, что в конечном итоге повышает целостность сигнала.

Когда достаточно стандартных виасов

Если у вас достаточно места на печатной плате, традиционные виасы, размещенные рядом с площадкой, могут удовлетворить требования к конструкции. Эти варианты более просты и часто более экономичны по сравнению с использованием сквозных отверстий при проектировании печатных плат.

Сквозные отверстия – это распространенный тип сквозных отверстий, которые просверливаются сверху вниз, соединяя все слои печатной платы. Имея простую структуру, эти отверстия легко сверлятся и являются экономически эффективными, но занимают больше места на плате.

Слепой проход – он не проходит через всю печатную плату, а только соединяет внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями печатной платы. Вы можете увидеть сквозной канал только с одной стороны печатной платы, поэтому его называют “слепым”. По сравнению со сквозными отверстиями, глухие отверстия сложнее изготовить, но они позволяют сэкономить место на плате.

Buried via – используется для соединения соседних внутренних слоев печатной платы, и его нельзя увидеть за пределами печатной платы. Этот тип используется как минимум для 4-слойных печатных плат. По сравнению с глухими проходами, заглубленные проходы сложнее и дороже в производстве.

Микровиалы – это очень маленькие отверстия, для сверления которых требуется лазер, и они обычно используются в печатных платах HDI. Диаметр их отверстий обычно меньше или равен 6 мил. Микроотверстия могут соединять соседние слои или несколько слоев в стопке.

Ниже приведена простая таблица, которая поможет вам лучше различать эти виа, подчеркивая, когда стандартных виа может быть достаточно, а когда виа в печатной плате становятся необходимыми.

Как видно из таблицы, стандартные виа проще и дешевле в производстве, но занимают больше места. В то время как с помощью сквозных отверстий в печатной плате можно добиться высокой плотности конструкции и лучшей производительности ценой большей сложности.

Почему виа в паде PCB не всегда является лучшим выбором

Несмотря на то что печатные платы с виа в паде очень полезны при проектировании с высокой плотностью, они имеют определенные проблемы. Такие проблемы, если их не решить должным образом, могут повлиять на надежность электронного устройства. Эти проблемы объясняют, почему использовать печатную плату с виа в паде следует только в определенных сценариях.

Повышенная сложность производства

Прокладка печатных плат с использованием виа в паде требует дополнительных шагов, что значительно повышает сложность производства. Производителям необходимо сверлить дополнительные отверстия, покрывать их проводящими материалами, затем заполнять эпоксидной смолой и закрывать медью.

Риск выделения газов

В процессе пайки закрытые отверстия могут выделять газы. Это происходит из-за нагрева, в результате которого жидкость превращается в пар. Пузырьки воздуха поднимаются вверх через проходной канал, и такое газовыделение может привести к образованию пустот в паяном соединении.

Нарушения планарности поверхности

Неровности на поверхности могут быть результатом некачественного заполнения и покрытия отверстий в печатной плате. Эти неровности создают проблемы при пайке компонентов, в основном BGA. Очень важно сохранить поверхность ровной, так как это повлияет на сборку печатной платы.

Ограничения при проектировании

При проектировании сквозных отверстий в печатной плате необходимо помнить об их влиянии на последующую сборку. Если отверстия не заполнены и не закрыты должным образом, существует риск попадания припоя в отверстия в процессе пайки. Наконец, это может привести к образованию слабых паяных соединений.

Влияние на электрические характеристики

Помимо того, что сквозные отверстия в печатных платах способствуют повышению плотности маршрутизации и целостности сигналов, при неправильном использовании они могут привести к более серьезным проблемам. Дефекты паяных соединений могут привести к ухудшению качества сигнала или изменению импеданса. Эти проблемы могут повлиять на электрические характеристики и даже привести к отказу.

Лучшие практики использования Via при проектировании печатных плат

После того как вы определили, что использование Via in Pad PCB является правильным выбором для вашей конструкции, следующие методы помогут вам успешно реализовать его. Следуя проверенным практикам, можно легко снизить риски и избежать дорогостоящих ошибок при сборке печатной платы.

Заранее оцените возможности производителя печатных плат

Прежде чем приступить к проектированию печатной платы, оцените конструктивные и производственные возможности производителя печатных плат, например, минимальный размер кольцевого кольца. Это позволит избежать проблем с DRC и DFM в дальнейшем.

Проверка экспортированных файлов дизайна

При экспорте из программного обеспечения для проектирования печатных плат очень важно проверить все файлы проекта. Это поможет избежать многих ошибок и проблем, которые могут возникнуть при последующем изготовлении. В дополнение к стандартной схеме сверления очень важен отдельный файл, в котором выделены только сквозные площадки. Такие файлы помогут производителям четко отличать их от традиционных отверстий, предотвращая их ошибочное закрытие или заполнение.

Контролируйте материалы и процесс, чтобы избежать неровностей на поверхности

Чтобы обеспечить бесперебойный процесс пайки, вы можете выбрать подходящие материалы и строго контролировать процесс, чтобы предотвратить появление неровностей на поверхности. Он включает в себя тщательно контролируемый этап заполнения и закрытия, чтобы обеспечить гладкую и ровную поверхность для надежного размещения компонентов.

Правила определения размеров отверстий в печатной плате

Для обеспечения надежных соединений размер площадки обычно должен быть немного больше, чем размер отверстия. При проектировании размера отверстия под виа в печатной плате рекомендуется добавить соответствующий допуск для точного сверления. Это необходимо для обеспечения достаточного кольцевого кольца вокруг сквозного отверстия, которое может повлиять на электрические характеристики печатной платы.

Тестируйте и проверяйте перед массовым производством

Прежде чем переходить к крупносерийному производству, необходимо проверить, соответствуют ли сквозные отверстия в конструкции печатной платы требуемым характеристикам и надежности. Вот некоторые ключевые тесты: тест на паяемость, тепловой тест и электрическое тестирование. Все эти тесты могут гарантировать, что конструкция точно соответствует своему назначению и готова к массовому производству.

Последние слова

Изучив этот блог, вы поняли, когда следует использовать vi a при проектировании печатных плат. Это экономит место на плате и увеличивает плотность маршрутизации, что способствует разработке компактных и носимых устройств. Несмотря на то что использование печатных плат с прокладками via создает дополнительные производственные трудности, их можно успешно реализовать при тщательном проектировании и сотрудничестве с опытным производителем. Обладая почти 20-летним опытом работы в отрасли, компания YONGVE предоставляет комплексные услуги по производству печатных плат и PCBA, включая опыт в области решений для печатных плат с проходными контактами. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как мы можем поддержать ваш следующий проект.