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Via-en-Rebaje es una tecnología de vanguardia de tipo through-hole utilizada en diseños de PCB de alta densidad. Su característica principal es integrar el orificio metalizado (PTH) directamente en el rebaje del componente SMD, logrando la conexión eléctrica mediante el depósito de materiales conductores como el cobre en el orificio, y cubriendo posteriormente el orificio con máscara de soldadura para garantizar la confiabilidad en el proceso de soldadura.
A diferencia de los orificios tradicionales pasantes, los PTH tradicionales suelen colocarse en áreas no soldables fuera de las pistas de los componentes y deben conectarse a dichas pistas mediante trazas adicionales; mientras que Via-in-Pad omite esta estructura de transición, permitiendo que el orificio pasante y la pista se integren directamente. Este diseño es como abrir un "canal directo" en el centro de la pista, lo cual puede acortar significativamente la ruta de transmisión de la señal, reduciendo así el retardo y la pérdida de señal. Desde el punto de vista del valor práctico, las ventajas del via-in-pad se centran en dos aspectos: la utilización del espacio y la mejora del rendimiento: al integrar el orificio pasante dentro de la pista, se reduce el espacio necesario para el enrutamiento en la PCB, lo que facilita la miniaturización del producto; al mismo tiempo, la ruta de señal más corta disminuye el riesgo de cambios bruscos de impedancia y mejora la integridad de la señal.
Sin embargo, esta tecnología exige mayores requisitos en el proceso de fabricación: es necesario controlar con precisión la exactitud del taladrado (el diámetro del orificio suele ser ≤0,3 mm) y la uniformidad del recubrimiento electrolítico para garantizar una conexión confiable entre la capa de cobre de la pared del orificio y la pista; algunos diseños también requieren que los orificios sean rellenados con resina y nivelados para evitar la formación de burbujas o uniones de soldadura frías durante el proceso de soldadura. Por lo tanto, su costo de fabricación es mayor que el de los orificios pasantes tradicionales (PTH), y generalmente se prefiere en escenarios que requieren alta densidad y alto rendimiento.
La aplicación de vías en pista debe evaluarse de manera integral en combinación con la densidad del diseño del PCB y las características de los componentes. A continuación se presentan recomendaciones de diseño para escenarios específicos:
Tras completar el diseño de fan-out en la etapa inicial del enrutamiento de PCB, si el enrutamiento de capa interna puede realizarse mediante vias convencionales, no es necesario utilizar via-in-pad. Tomando como ejemplo dispositivos con encapsulado BGA, cuando la ruta de fan-out se encuentra en el área central entre pads, se puede lograr un enrutamiento eficiente optimizando los parámetros de via y enrutamiento. Los estándares típicos de diseño son los siguientes:
Con base en los parámetros anteriores, cuando el espaciado entre pines BGA es mayor a 0,35 mm, el espacio entre pads es suficiente para alojar vias y enrutamientos convencionales, y el fan-out puede completarse sin depender de via-in-pad. En este caso, elegir un diseño tradicional puede equilibrar mejor el costo y la confiabilidad del proceso.
Cuando el espaciado entre los pines del componente es demasiado pequeño, dificultando la realización de un fan-out convencional, el uso de vías en la almohadilla (via-in-pad) se convierte en una opción necesaria. Por ejemplo, el espacio entre las almohadillas de paquetes BGA de alta densidad es reducido, y no es posible disponer de vías y trazas convencionales debido a las limitaciones de tamaño. En este caso, las vías deben integrarse directamente en las almohadillas, y se utilizan vías internas o en capas inferiores para crear canales de conexión, evitando retrasos en las señales o fallos en el diseño causados por congestión en el enrutamiento.
En resumen, la aplicación principal del via-in-pad es resolver el "cuello de botella en el enrutamiento bajo una disposición de alta densidad". Durante el diseño, es necesario evaluar primero la viabilidad a través del espaciado entre pines y los parámetros de fan-out, para decidir si se debe implementar con el fin de lograr el equilibrio óptimo entre rendimiento, costo y capacidad de fabricación.
Para dispositivos BGA con bajo número de pines, el diseño convencional de abanico puede satisfacer los requisitos de enrutamiento sin necesidad de recurrir a vias en pad (Via-in-Pad). Sin embargo, cuando el BGA tiene una gran cantidad de pines, un gran número de vias de abanico ocupará rápidamente el espacio limitado de enrutamiento, causando congestión en las rutas de señal. En este caso, integrar las vias en el pad mediante la tecnología Via-in-Pad permite combinar en una sola unidad lo que originalmente eran elementos independientes "pads + vias", liberando significativamente espacio en la superficie del PCB y creando condiciones favorables para un enrutamiento de alta densidad.
Especialmente cuando el paso entre pines del BGA se reduce a menos de 0.3mm, no hay suficiente espacio entre los pads para alojar vias y trazas convencionales, y la tecnología Via-in-Pad se convierte en un medio clave para superar el cuello de botella del enrutamiento. Al incrustar las vias dentro de los pads, la señal puede dirigirse directamente a las capas internas o inferiores, evitando retrasos en la señal o interferencias cruzadas causadas por el enrutamiento congestionado en la misma capa.
En el diseño de circuitos de alta velocidad, los condensadores de filtro suelen colocarse cerca de los dispositivos BGA para suprimir el ruido de alimentación y garantizar la integridad de las señales. Sin embargo, si se utilizan una gran cantidad de orificios pasantes convencionales en el interior del BGA, el área de los orificios en la parte trasera "competirá por espacio" con los pads de los condensadores, lo que resulta en la imposibilidad de colocar los condensadores cerca de los pines del chip.
Via-in-Pad puede evitar por completo los conflictos espaciales con los condensadores en la parte trasera al integrar los orificios pasantes en los pads del BGA, asegurando que los condensadores de filtro puedan colocarse "cerca" debajo o en el borde del BGA, acortando la ruta de alimentación y mejorando la eficiencia del filtrado. Esto es crucial para la estabilidad de circuitos de alta frecuencia y alta velocidad.
1. Liberar finalmente el espacio de cableado de la PCB: El diseño integrado de orificios pasantes y pads puede reducir en más del 30% la ocupación del espacio superficial, lo cual es especialmente adecuado para diseños de alta densidad y miniaturizados, como las placas base de teléfonos inteligentes y módulos de control industrial.
2. Mejorar la disipación térmica y el rendimiento eléctrico: Para dispositivos de alta potencia como procesadores y chips de alimentación, el Via-in-Pad puede reducir la resistencia térmica, acelerar la conducción del calor hacia la capa interior o la capa de disipación térmica y evitar sobrecalentamiento local; al mismo tiempo, el camino de alimentación/señal acortado puede reducir la inductancia y resistencia parásitas, disminuyendo la atenuación de la señal y la caída de tensión.
3. Mejorar la flexibilidad del diseño: Resolver el problema de "insuficientes canales de cableado" bajo encapsulados de alta densidad, permitiendo un diseño más flexible de circuitos complejos como módulos RF multicanal.
1. Mayor complejidad del proceso: Se requieren procesos especiales como el rellenado de agujeros y el aplanado de superficies, lo que exige una mayor precisión en el taladrado y uniformidad en la electro deposición, y es propenso a defectos como burbujas en los agujeros y depresiones en la superficie.
2. Aumento de los costos de fabricación: Los procesos especiales incrementarán los costos de PCB en un 15%-30%, y el ciclo de producción se prolongará debido a inspecciones de calidad adicionales y trabajos de corrección.
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