تغطية الثقوب الانتقالية

تغطية الفيا: عملية رئيسية لحماية جودة وصلات اللحام

في تصميم وتصنيع اللوحات الإلكترونية (PCB)، تُستخدم الفيا كـ"جسور" لتوصيل الطبقات المختلفة. إذا كانت مكشوفة، فقد تتحول بسهولة إلى مخاطر خفية تؤثر على جودة التجميع. أثناء عملية اللحام، قد يتساقط عجينة اللحام داخل الثقب، مما يؤدي إلى ضعف وصلات اللحام أو حتى عدم تشكيل وصلات فعالة، تمامًا كما يسبب التشقق في السد تسربًا للماء. بمجرد حدوث مثل هذه المشكلات، فإنها تؤثر مباشرةً على التوصيل الكهربائي وموثوقية الدائرة.

تقنية التغطية عبر الثقوب، وبصيغة بسيطة، تعني لفّ أو ملء الثقوب باستخدام قناع للحام أو مواد خاصة، مما يمكن أن يمنع بشكل فعال تسرّب معجون اللحام ويقلل من خطر حدوث دوائر قصر غير مقصودة. واعتمادًا على متطلبات الوظائف وسيناريوهات التطبيق للثقوب، هناك ثلاث طرق شائعة للتغطية:

تغطية الثقوب (Via Tenting): حماية أساسية ملائمة

تغطية الثقوب (Via Tenting) تغطي الثقوب مباشرة باستخدام حبر قناع اللحام دون خطوات إضافية في العملية، تمامًا كما لو كنت تغطي الثقوب بطبقة من "الشاش الطبي". وهناك شكلان محددان:
1. التدرع من جانب واحد: يتم تغطية جانب واحد من الثقب بحبر قناع اللحام، بينما يظل الجانب الآخر مفتوحًا، وهو مناسب للمواقف التي تتطلب تبديد حرارة طفيف؛

2. التدرع من كلا الجانبين: يتم تغطية كلا الجانبين للثقب بالكامل بحبر قناع اللحام، وهو أكثر حماية، ومناسب للثقوب الإشارات العادية، ويمكنه منع فعّال تدفق معجون اللحام إلى الثقب عن طريق الخطأ.

هذه الطريقة تتميز بكونها منخفضة التكلفة وبسيطة في الإجراء، وهي الطريقة الأساسية الأكثر استخداماً في حماية لوحات الدوائر المطبوعة التقليدية. ملاحظة عند التصميم: يجب أن يُحدد بوضوح في ملف فتحة طبقة الطلاء الضوئي المنطقة التي لا تحتاج إلى تغطية لتجنب التعارض بين عملية الحماية ومتطلبات التصميم.

سد الثقوب: حل موجه لتعبئة جزئية

يعني سد الثقوب "تعبئة جزئية" للثقب بمادة غير موصلة مثل راتنجات الإيبوكسي وحبر الطلاء الضوئي، كأنما يتم سد الثقب بـ"سدادة ناعمة". وهناك طريقتان محددتان:
1. السد من جانب واحد: يتم ملء الثقب جزئياً من جانب واحد بمادة غير موصلة، وتغطية السطح بطلاء ضوئي، مع ترك الجانب الآخر مفتوحاً.

2. السد من الجهتين: يتم ملء كلتا الجهتين من الثقب جزئياً وتغطيتهما بطلاء ضوئي.

تذكير مهم:

• إن عملية السد مناسبة للثقوب ذات القطر الأقل من 0.5 مم. يصعب ضمان تأثير التعبئة إذا كان قطر الثقب كبيراً جداً.
  
• يُوصى باستخدام لوحات الدوائر متعددة الطبقات مع تفضيل التوصيل من جانب واحد. سيؤدي التوصيل من الجانبين إلى تشكيل مساحة مغلقة داخل الثقب. وقد تؤدي درجات الحرارة العالية أثناء اللحام إلى تمدد الغاز الداخلي وتشقق طبقة الحماية من اللحام.
  
• إذا لم يكن هناك حاجة للحام، يمكن أيضًا ملء الثقوب دون تغطية طبقة الحماية، مع إمكانية التعديل حسب الحاجة.

ملء الثقوب: حماية عالية المستوى مع إغلاق كامل

ملء الثقوب هو ملء الثقب تمامًا بمادة غير موصلة، وهو ما يعادل إضافة "نواة صلبة" داخل الثقب. هذه العملية مناسبة بشكل خاص للمناطق ذات التخطيط عالي الكثافة مثل BGA. إذا كانت الثقوب في هذه المناطق مكشوفة، فسوف يتدفق معجون اللحام من الوصلة إلى داخل الثقب أثناء عملية اللحام، مما يؤدي إلى نقص في كمية اللحام وتشكّل مفاصل لحام باردة، أو حتى عدم حدوث لحام على الإطلاق، مما يؤثر بشكل كبير على جودة تجميع لوحة الدوائر الإلكترونية. وتتضمن أشكاله الرئيسية ما يلي:
1. التعبئة الكاملة + التغطية الاختيارية: املأ الثقب تمامًا بمادة غير موصلة، ويمكن تغطية السطح بقناع اللحام (أو عدم تغطيته، حسب متطلبات اللحام).

2. التعبئة + التغطية: هذه عملية أكثر تعقيدًا - أولاً يتم تغطية الثقب بالكهرباء وتنظيفه، ثم يتم ضغط مادة غير موصلة داخله وتجفيفها، وأخيرًا يتم تسوية سطح الثقب و metallize لتكون السطح مستوياً وقابلًا للحام. هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لتصميم "Via-in-Pad"، كما يمكنها دعم تغليف الثقوب الدقيقة المتراصة، مما يفتح الطريق أمام الأسلاك الكثيفة بين مخططات BGA.

يتطلب اختيار طريقة التغطية المناسبة لتوصيلات (Vias) قراراً شاملاً يعتمد على عوامل مثل قطر التوصيلات، عدد طبقات الدائرة المطبوعة (PCB)، ومتطلبات التجميع. سواء كانت الحماية الأساسية أو التعبئة المتقدمة، فإن المبدأ الأساسي هو تقليل مخاطر اللحام وتحسين موثوقية الدائرة المطبوعة. هذا هو أيضًا المبدأ الذي نتمسك به دائمًا في اختيار العمليات، لضمان تحمل كل دائرة مطبوعة لاختبارات التطبيق العملي.