Vijak u kontaktu

Šta je Via-in-Pad?

Via-in-Pad je napredna tehnologija provrtanja koja se koristi u dizajnu visokog gustoće PCB-a. Njegova osnovna karakteristika je integracija metaliziranog provrta (PTH) direktno u pad površinske montažne komponente, ostvaruje električnu vezu taloženjem vodljivih materijala poput bakra u provrtu i pokriva provrt solder maskom kako bi se osigurala pouzdanost lemljenja.

Za razliku od tradicionalnih provrta, tradicionalni PTH-ovi su obično smješteni u ne-zavarivačkim zonama izvan završetaka komponenti i potrebno ih je povezati sa završecima putem dodatnih traga; dok Via-in-Pad izbjegava ovu prelaznu strukturu, omogućavajući da provrt i završetak budu direktno integrirani. Ova konstrukcija djeluje kao da se u sredini završetka otvori "direktni kanal", što može znatno skratiti put signalne prijenosne linije i smanjiti kašnjenje i gubitak signala. S praktičnog aspekta, prednosti via-in-pad tehnologije fokusirane su na dva ključna aspekta: iskorištenje prostora i poboljšanje performansi: ugradnjom provrta unutar završetka, smanjuje se potreban prostor za vođenje traga na ploči, što doprinosi miniaturizaciji proizvoda; istovremeno, skraćeni put signala smanjuje rizik od naglog promjenjivanja impedancije i poboljšava integritet signala.

Međutim, ova tehnologija postavlja veće zahtjeve na proces proizvodnje: neophodno je tačno kontrolisati tačnost bušenja (prečnik rupe je obično ≤0,3 mm) i jednoličnost galvanskih slojeva kako bi se osigurala pouzdana veza između bakarnog sloja zida rupe i pločice; neki dizajni takođe zahtijevaju da rupe budu ispunjene smolom i izravnane kako bi se izbjegle mjehurići ili hladni lemljeni spojevi tokom lemljenja. Stoga, njegova proizvodna cijena je viša u odnosu na tradicionalnu PTH tehnologiju, i obično se koristi u scenarijima sa visokom gustinom i zahtjevima za visok učinak.

Smjernice za dizajn provoda u pločici (Via-in-Pad)

Primjena provoda u pločici (via-in-pad) treba da se sveobuhvatno procijeni u kombinaciji sa gustinom rasporeda PCB-a i karakteristikama komponenti. U nastavku su date preporuke za dizajn za određene scenarije:

1. Scenariji u kojima nije potreban provod u pločici (via-in-pad)

Nakon završetka dizajna ventilatora u ranom stupnju usmjeravanja PCB-a, ako se usmjeravanje unutrašnjeg sloja može ostvariti putem konvencionalnih vijaka, nije potrebno koristiti via-in-pad. Uzimajući BGA uređaje u kućištu kao primjer, kada je ruta ventilatora smještena u središnji dio između pločica, efikasno usmjeravanje se može postići optimizacijom parametara vijaka i usmjeravanja. Tipični standardi dizajna su sljedeći:

• Prečnik vijka: 0,15–0,2 mm
  
• Širina trase: 3–4 mila (oko 0,076–0,102 mm)
  
• Širina prstena: 0,3–0,4 mm
  

Na osnovu gore navedenih parametara, kada je razmak između BGA pinova veći od 0,35 mm, prostor između pločica je dovoljan za smještanje konvencionalnih vijaka i trase, a fan-out se može izvršiti bez oslanjanja na via-in-pad. U ovom slučaju, biranje tradicionalnog dizajna može bolje izbalansirati troškove i pouzdanost procesa.

2. Scenariji u kojima se preporučuje Via-in-Pad

Kada je razmak između pina komponente prema mal, što otežava postizanje konvencionalnog ventilatora, korištenje otvora u kontakt pločici postaje nužna opcija. Na primjer, prostor između pločica paketa BGA visoke gustoće je uski, pa zbog ograničenja veličine nije moguće rasporediti konvencionalne otvore i trake. U tom slučaju, otvori moraju biti direktno integrirani u pločice, a kanali za žice unutrašnjih ili donjih slojeva se otvaraju putem otvora u kontakt pločici kako bi se izbjegli kašnjenja signala ili neuspjeh u rasporedu uzrokovani gužvom u žicama.

Nakon svega, osnovna upotreba otvora u kontakt pločici je rješavanje 'bottleneck-a' u povezivanju pod visokim nivoima gustoće. Tokom projektovanja, prvo je potrebno procijeniti izvodljivost kroz razmak pina i parametre za proširenje, a zatim odlučiti da li će se primijeniti radi postizanja optimalne ravnoteže između performansi, troškova i mogućnosti proizvodnje.

Osnovna vrijednost otvora u kontakt pločici u BGA pakovanju

Za BGA uređaje sa malim brojem pina, konvencionalni dizajn s otvorenim krajevima može zadovoljiti zahtjeve za rutiranje bez korištenja Vijaka u Padu. Međutim, kada BGA ima veliki broj pina, veliki broj vijaka za otvaranje brzo će zauzeti ograničeni prostor za rutiranje, što dovodi do gužvi na signalnim putovima. U tom slučaju, ugradnja vijaka u Vijak u Padu može kombinirati ranije neovisne „pločice + vijci“ u jednu cjelinu, znatno oslobađajući prostor na PCB ploči i stvarajući uvjete za visokogustoćno povezivanje.

Posebno kada je razmak između pina BGA smanjen na manje od 0,3 mm, ne postoji dovoljno prostora između pločica za smještanje konvencionalnih vijaka i traga, pa Vijak u Padu postaje ključan za rješavanje zastoja u rutiranju. Ugradnjom vijaka unutar pločica signali se mogu izravno usmjeriti na unutrašnje ili donje slojeve kako bi se izbjegli kašnjenja signala ili međusobne smetnje uzrokovane gužvom na istom sloju.

Ključna uloga Vijka u Padu u izradi filter kondenzatora

U projektovanju visokofrekventnih kola, filter kondenzatori se obično postavljaju blizu BGA uređaja kako bi se prigušio šum u napajanju i osigurala integritet signala. Međutim, ako se u BGA uređaju koristi veliki broj konvencionalnih provoda (through-holes), provodno područje na stražnjoj strani će se "boriti za prostor" sa pločicama kondenzatora, što rezultira nemogućnošću postavljanja kondenzatora blizu pina čipa.

Via-in-Pad tehnologija može potpuno izbjeći prostorne sukobe sa kondenzatorima na stražnjoj strani time što integrira provode unutar BGA pločica, osiguravajući da se filter kondenzatori mogu postaviti "blizu" ispod ili na rubu BGA uređaja, skraćujući put napajanja i poboljšavajući učinak filtriranja. Ovo je ključno za stabilnost visokofrekventnih i brzih kola.

Značajne prednosti tehnologije Via-in-Pad:

1. Konačno oslobađanje prostora za PCB žice: Integralni dizajn kroz provrte i pločice može smanjiti zauzeće površine za više od 30%, što je posebno prikladno za visoko guste, miniaturizovane dizajne poput matičnih ploča pametnih telefona i industrijskih kontrolnih modula.
2. Poboljšanje hlađenja i električnih performansi: Za visokofrekventne uređaje poput procesora i energetskih čipova, Via-in-Pad može smanjiti termičku otpornost, ubrzati provođenje toplote ka unutrašnjem sloju ili sloju za hlađenje i izbjeći lokalno pregrejavanje; istovremeno, skraćena putanja napajanja/signal može smanjiti parazitsku induktivnost i otpornost, te time i slabljenje signala i pad napona.
3. Poboljšanje fleksibilnosti rasporeda: Rješava problem nedostatka kanala za žice kod visoko gustih pakovanja, čime se olakšava raspored složenih kola, poput RF modula s više kanala.

Potencijalna ograničenja kod Via-in-Pad tehnologije:

1. Povećana kompleksnost procesa: Potrebni su specijalni procesi poput punjenja rupa i izravnavanja površine, što zahtijeva veću tačnost bušenja i jednoličnost galvanizacije, a sklonost greškama poput mjehurića u rupama i udubljenja na površini.
2. Povećani proizvodni troškovi: Specijalni procesi povećavaju troškove PCB-a za 15% do 30%, dok se proizvodni ciklus produžuje zbog dodatnih inspekcija kvaliteta i popravki.

Napomene za primjenu

• Za korištenje Via-in-Pad u BGA aplikacijama, neophodno je jasno zahtijevati da se unutrašnjost provrtne rupe ispuni smolom i da se podvrgne galvanizaciji na površini kako bi se osigurala ravna površina pločice i ispunila zahtjevi planarnosti za BGA lemljenje, u suprotnom je lako doći do hladnog lemljenja.
  
• Ako dizajn zahtijeva da sva provrtanja budu popunjena smolom, provrtanja na površinskom montiranom uređaju moraju biti obrađena prema standardu Via-in-Pad kako bi se izbjegla nepopunjena provrtanja koja mogu uticati na lemljenje ili pouzdanost.