Via-in-Pad
Возможности печатных плат
Технология Via-in-pad очень важна для поддержки современного дизайна печатных плат высокой плотности, учитывая растущую компактность и сложность электронных устройств. Тенденция к миниатюризации заставила производителей микросхем разрабатывать компоненты с более мелким шагом, такие как BGA, QFN и флип-чипы, которые требуют более совершенных возможностей трассировки. Чтобы решить эти проблемы без ущерба для целостности сигнала, разработчики печатных плат сочетают структуры Via-in-Pad Plated Over (VIPPO) с традиционными подходами к проектированию. Такая интеграция обеспечивает хорошую трассируемость и позволяет создавать надежные и высокопроизводительные печатные платы.
Что такое Via-in-Pad?
Via-in-pad — это техника проектирования печатных плат, при которой переходная пластина размещается непосредственно на площадке для поверхностного монтажа (SMD), в то время как традиционные переходные пластины обычно располагаются в зоне, не занятой компонентами. Этот метод обычно используется в конструкциях с высокой плотностью, чтобы сэкономить место и упростить трассировку, поскольку пути прохождения сигнала сокращаются. Кроме того, электрические характеристики печатных плат также могут быть улучшены за счет использования Via-in-pad. Ниже приведена сравнительная таблица via-in-pad и традиционных переходных отверстий по различным аспектам:
Via-in-Pad vs. Традиционные переходные отверстия
Ниже приведена сравнительная таблица via-in-pad и традиционных переходных отверстий по различным аспектам:
| Аспект | Традиционные переходные отверстия | Отверстия в площадке (Via-in-Pad) |
|---|---|---|
| Расположение | Области платы без компонентов | Непосредственно на SMD-площадках |
| Метод соединения | Требуются отдельные дорожки для подключения площадок | Прямое соединение между площадкой и отверстием |
| Подход к трассировке | Проходит через области без компонентов и подключается к дорожкам с другой стороны | Позволяет выполнять прямые соединения с внутренними или нижними слоями |
| Использование пространства | Занимает дополнительное место на плате для размещения отверстий и трассировки | Оптимизирует пространство за счёт устранения ограничений для отверстий |
| Требования к производству | Стандартная технология сквозных отверстий, хорошо отработанная | Требует специальных процессов заполнения и металлизации |
Процесс заполнения сквозных отверстий в контактных площадках
Для заполнения сквозных отверстий в контактных площадках обычно используется непроводящая эпоксидная смола, а после заполнения отверстия закрываются и покрываются гальваническим покрытием. Это предотвращает попадание припоя в отверстие во время пайки, что может привести к ненадежным паяным соединениям или даже к короткому замыканию. Полное заполнение отверстия помогает предотвратить появление пустот, а также улучшить равномерность гальванического покрытия.
Следует отметить, что этот процесс отличается от процесса via tenting, при котором слой паяльной маски просто покрывает переход, не заполняя его. Tenting может в некоторой степени предотвратить поток припоя, но не обеспечивает такую же структурную надежность и качество пайки, как заполненные и закрытые переходы.
В некоторых конструкциях via-in-pad для заполнения переходного отверстия может использоваться проводящий материал, такой как медь, чтобы обеспечить прямое электрическое соединение между переходным отверстием и контактной площадкой. Это не требует дополнительной трассировки дорожек, а общий размер печатной платы уменьшается, что сокращает пути прохождения сигнала и улучшает целостность сигнала.
Преимущества и недостатки Via-in-Pad
Via-in-pad имеет значительные преимущества при проектировании печатных плат высокой плотности и высокой производительности, но сопряжено с некоторыми трудностями при изготовлении. Ниже приведен список его преимуществ и недостатков:
Преимущества
- Максимальное использование пространства печатной платы: при этом методе переходные отверстия могут быть размещены непосредственно под контактными площадками SMD, так что пространство поверхности платы используется в максимальной степени.
- Лучшие тепловые характеристики: Via-in-pad помогает улучшить теплоотвод и поддерживать температуру компонентов в ограниченном диапазоне. Это очень важно для печатных плат высокой мощности.
- Улучшенная производительность печатной платы: Каждый переход вызывает индуктивность и сопротивление, которые замедляют протекание тока. Эти электрические импедансы негативно влияют на функциональность печатной платы. При использовании технологии via in pad путь подачи питания сокращается, что значительно улучшает ее производительность.
Недостатки
- Сложность процесса: процесс покрытия Via-and-pad может привести к неровной поверхности, которая требует дополнительных корректирующих операций.
- Увеличение времени производства: после сверления Via-in-pad необходимо заполнить эпоксидной смолой, а затем покрыть гальваническим покрытием, что увеличивает общее время производства.
- Увеличение производственных затрат: структуры Via-in-pad сложны и имеют несколько этапов обработки, поэтому их производство относительно дорого.
Когда использовать Via-in-Pad?
Чтобы принять оптимальные решения по проектированию печатных плат, необходимо понимать, когда необходимо использовать Via-in-Pad, а когда подойдет простой подход к трассировке.
Via-in-Pad требуется в следующих случаях:
- Малое расстояние между контактами: в BGA, где шаг контактов меньше 0,35 мм, расстояние между контактными площадками слишком мало, чтобы разместить переходные отверстия и трассы с использованием стандартной техники разветвления.
- Высокая плотность выводов: компоненты с большим количеством выводов создают много трассировок с разветвлением, что занимает много места для трассировки. Конструкция Via-in-pad экономит ценное место для трассировки, поскольку нет необходимости использовать дополнительное пространство вокруг каждого переходного отверстия.
- Ограничения трассировки слоев: когда ограничения трассировки слоев возникают на одном и том же слое, Via-in-pad служит способом подключения к внутренним слоям трассировки или нижнему слою, который имеет больше места для трассировки.
Via-in-Pad НЕ требуется в следующих случаях:
- Для компонентов BGA с низкой плотностью выводов и шагом выводов более 0,35 мм возможна стандартная трассировка с распределением с помощью переходных отверстий между паяльными площадками. Нет необходимости использовать via-in-pad.
- Технические характеристики стандартной разводки BGA:
- Диаметр переходного отверстия: 0,15-0,2 мм
- Ширина дорожки: 3-4 мил
- Ширина кольцевых колец составляет от 0,3 до 0,4 мм.
- Такие параметры можно использовать для обычной разводки без необходимости использования технологии via-in-pad.
Рекомендации по трассировке с переходными отверстиями в контактных площадках
Чтобы минимизировать производственные трудности, ограничить затраты и обеспечить долгосрочную надежность, при использовании переходных отверстий в контактных площадках в конструкции печатной платы, особенно в устройствах для поверхностного монтажа, следует соблюдать определенные правила:
- Размещайте, закрывайте и заполняйте эти компоненты в соответствии с рекомендациями производителя, чтобы обеспечить совместимость и стабильное качество пайки.
- При использовании микропереходных отверстий их следует размещать только на одном слое печатной платы, чтобы обеспечить структурную целостность и простоту изготовления.
- Никогда не оставляйте сторону переходного отверстия, не связанную с компонентами, без паяльной маски, так как это подвергнет их воздействию окружающей среды.
- Не оставляйте переходные отверстия открытыми, если нет другого выбора, потому что голая медь может окисляться, что снижает надежность печатной платы и сокращает срок ее службы.
- Размер контактной площадки следует проектировать в соответствии с диаметром переходного отверстия и требованиями IPC класса 2 или 3 к кольцевому кольцу, чтобы обеспечить надлежащее создание паяного соединения и электрическую изоляцию.
- Полностью заполните и выровняйте переходные отверстия (заполненные эпоксидной смолой или медью), чтобы получить ровную поверхность, которая имеет решающее значение для надежной установки BGA.
- При использовании конструкций с переходными отверстиями в контактных площадках иногда можно пропустить заглушку переходного отверстия под компонентами, поскольку сам компонент может предотвратить просачивание припоя.
Свяжитесь с нами
Есть вопросы или запросы? Заполните форму, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
