विया-इन-पैड

वाया-इन-पैड क्या है?

वाया-इन-पैड उच्च-घनत्व वाले पीसीबी डिज़ाइन में उपयोग की जाने वाली एक उन्नत थ्रू-होल तकनीक है। इसकी मुख्य विशेषता सरफेस माउंट कॉम्पोनेंट के पैड में सीधे प्लेटेड थ्रू-होल (पीटीएच) को एकीकृत करना है, थ्रू-होल में तांबे जैसी चालक सामग्री को जमा करके विद्युत संपर्क स्थापित करना और वेल्डिंग विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए छेद को सोल्डर मास्क से ढक देना।

पारंपरिक थ्रू-होल के विपरीत, पारंपरिक पीटीएच को आमतौर पर कॉम्पोनेंट पैड के बाहर के गैर-वेल्डिंग क्षेत्रों में व्यवस्थित किया जाता है और उन्हें पैड से जोड़ने के लिए अतिरिक्त ट्रेस की आवश्यकता होती है; जबकि विया-इन-पैड इस संक्रमण संरचना के इस भाग को छोड़ देता है, जिससे थ्रू-होल और पैड को सीधे एकीकृत किया जा सके। यह डिज़ाइन पैड के केंद्र में "डायरेक्ट चैनल" खोलने की तरह है, जो संकेत स्थानांतरण पथ को काफी कम कर सकता है और संकेत देरी और हानि को कम करता है। व्यावहारिक मूल्य के दृष्टिकोण से, विया-इन-पैड के लाभ दो पहलुओं पर केंद्रित होते हैं: स्थान उपयोग और प्रदर्शन में सुधार: पैड में थ्रू-होल को एम्बेड करके, पीसीबी पर वायरिंग स्थान कम किया जा सकता है, जो उत्पाद के मिनिएचराइज़ेशन में मदद करता है; इसके अलावा, संक्षिप्त संकेत पथ से प्रतिबाधा परिवर्तन का खतरा कम होता है और संकेत अखंडता में सुधार होता है।

हालांकि, यह तकनीक निर्माण प्रक्रिया पर अधिक मांग रखती है: ड्रिलिंग सटीकता (छेद का व्यास आमतौर पर ≤0.3मिमी होता है) और इलेक्ट्रोप्लेटिंग की एकरूपता को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है, ताकि छेद की दीवार की तांबे की परत और पैड के बीच विश्वसनीय कनेक्शन सुनिश्चित किया जा सके; कुछ डिज़ाइनों में छेदों को राल से भरने और चपटा करने की आवश्यकता भी होती है, ताकि वेल्डिंग के दौरान बुलबुले या ठंडे सोल्डर जॉइंट्स से बचा जा सके। इसलिए, इसकी निर्माण लागत पारंपरिक PTH की तुलना में अधिक होती है, और इसे आमतौर पर उच्च घनत्व और उच्च प्रदर्शन आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों में प्राथमिकता दी जाती है।

विया-इन-पैड के लिए डिज़ाइन दिशानिर्देश

पीसीबी लेआउट घनत्व और घटक विशेषताओं के संयोजन में विया-इन-पैड के अनुप्रयोग का व्यापक रूप से मूल्यांकन करने की आवश्यकता होती है। निम्नलिखित विशिष्ट परिदृश्यों के लिए डिज़ाइन सिफारिशें हैं:

1. परिदृश्य जहां विया-इन-पैड की आवश्यकता नहीं होती है

पीसीबी रूटिंग के शुरुआती चरण में फैन-आउट डिज़ाइन पूरा करने के बाद, यदि इंटर लेयर रूटिंग को पारंपरिक विया के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, तो विया-इन-पैड का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है। बीजीए पैकेज वाले उपकरणों के उदाहरण के रूप में, जब फैन-आउट पथ पैड के बीच के क्षेत्र में स्थित होता है, तो विया और रूटिंग पैरामीटर को अनुकूलित करके कुशल रूटिंग प्राप्त की जा सकती है। विशिष्ट डिज़ाइन मानक निम्नलिखित हैं:

• विया व्यास: 0.15–0.2 मिमी
  
• रूटिंग चौड़ाई: 3–4 मिल (लगभग 0.076–0.102 मिमी)
  
• रिंग चौड़ाई: 0.3–0.4 मिमी
  

उपरोक्त पैरामीटर के आधार पर, जब बीजीए पिन के बीच की दूरी 0.35 मिमी से अधिक होती है, तो पैड के बीच की जगह पारंपरिक विया और रूटिंग को समायोजित करने के लिए पर्याप्त होती है, और फैन-आउट को विया-इन-पैड पर निर्भर किए बिना पूरा किया जा सकता है। इस समय, पारंपरिक डिज़ाइन का चयन करने से लागत और प्रक्रिया विश्वसनीयता के बीच बेहतर संतुलन बनाए रखा जा सकता है।

2. स्थितियाँ जहाँ विया-इन-पैड की अनुशंसा की जाती है

जब कॉम्पोनेंट पिन स्पेसिंग बहुत छोटी होती है, तो पारंपरिक फैन-आउट करना मुश्किल हो जाता है, और पैड में विया का उपयोग आवश्यक विकल्प बन जाता है। उदाहरण के लिए, उच्च घनत्व वाले BGA पैकेजों के पैड के बीच का स्थान संकरा होता है, और आकार की सीमाओं के कारण पारंपरिक विया और ट्रेस व्यवस्थित नहीं किए जा सकते। इस स्थिति में, विया को सीधे पैड में एकीकृत करने की आवश्यकता होती है, और विया-इन-पैड के माध्यम से आंतरिक या निचली परत के वायरिंग चैनल खोले जाते हैं, ताकि वायरिंग की भीड़ के कारण सिग्नल देरी या लेआउट विफलता से बचा जा सके।

संक्षेप में, विया-इन-पैड का मुख्य उपयोग "उच्च घनत्व वाले लेआउट के तहत वायरिंग बोटलनेक" को हल करना है। डिज़ाइन करते समय, सबसे पहले पिन स्पेसिंग और फैन-आउट पैरामीटर के माध्यम से कार्यान्वयन की संभावना का मूल्यांकन करना आवश्यक है, और फिर यह निर्णय लेना है कि क्या इसको अपनाया जाए ताकि प्रदर्शन, लागत और निर्माण क्षमता के बीच इष्टतम संतुलन प्राप्त किया जा सके।

BGA पैकेजिंग में विया-इन-पैड का मूल महत्व

कम पिन वाले BGA उपकरणों के लिए, पारंपरिक फैन-आउट डिज़ाइन Via-in-Pad पर निर्भर किए बिना वायरिंग आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। हालाँकि, जब BGA में पिनों की संख्या अधिक होती है, तो फैन-आउट वाया की एक बड़ी संख्या सीमित वायरिंग स्थान को जल्दी से भर देती है, जिसके परिणामस्वरूप सिग्नल पथ में भीड़ हो जाती है। इस स्थिति में, वाया को Via-in-Pad में एकीकृत करके पहले स्वतंत्र "पैड + वाया" को एक में जोड़ा जा सकता है, जिससे PCB सतह का स्थान काफी हद तक मुक्त हो जाता है और उच्च घनत्व वायरिंग के लिए स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं।

विशेष रूप से जब BGA पिन पिच को 0.3 मिमी से कम कर दिया जाता है, तो पैड के बीच आम वाया और ट्रेस के लिए पर्याप्त स्थान नहीं होता है, और वायरिंग की बाधा को दूर करने के लिए Via-in-Pad एक महत्वपूर्ण साधन बन जाता है। पैड के भीतर वाया को एम्बेड करके, सिग्नल को सीधे आंतरिक या निचली परतों में भेजा जा सकता है, जिससे एक ही परत पर भीड़-भाड़ वाली वायरिंग के कारण सिग्नल देरी या क्रॉस-हस्तक्षेप से बचा जा सके।

फ़िल्टर संधारित्रों के लेआउट में Via-in-Pad की मुख्य भूमिका

उच्च-गति परिपथ डिज़ाइन में, विद्युत शोर को दबाने और संकेत अखंडता सुनिश्चित करने के लिए आमतौर पर फ़िल्टर संधारित्रों को BGA उपकरणों के निकट रखा जाता है। हालाँकि, यदि BGA के अंदर पारंपरिक थ्रू-होल्स की एक बड़ी संख्या का उपयोग किया जाता है, तो पीछे की ओर थ्रू-होल क्षेत्र संधारित्र पैड के साथ "क्षेत्र के लिए प्रतिस्पर्धा" करेगा, जिसके परिणामस्वरूप चिप पिन के निकट संधारित्र को स्थापित करना संभव नहीं होगा।

विया-इन-पैड BGA पैड में थ्रू-होल्स को एकीकृत करके पीछे के संधारित्रों के साथ स्थानिक संघर्ष को पूरी तरह से रोक सकता है, जिससे फ़िल्टर संधारित्रों को BGA के नीचे या किनारे पर "निकटता से" रखा जा सके, विद्युत पथ को छोटा किया जा सके और फ़िल्टरिंग दक्षता में सुधार हो। यह उच्च-आवृत्ति और उच्च-गति परिपथों की स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण है।

विया-इन-पैड के काफी लाभ:

1. अंततः पीसीबी वायरिंग स्थान को मुक्त करना: छिद्रों और पैड के एकीकृत डिज़ाइन से सतह के स्थान का उपयोग 30% से अधिक कम हो जाता है, जो स्मार्टफोन मदरबोर्ड और औद्योगिक नियंत्रण मॉड्यूल जैसे उच्च-घनत्व और लघुकृत डिज़ाइन के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
2. ऊष्मा निष्कासन और विद्युत प्रदर्शन में सुधार: प्रोसेसर और पावर चिप्स जैसे उच्च-शक्ति वाले उपकरणों के लिए, पैड में विया थर्मल प्रतिरोध को कम कर सकता है, भीतरी परत या ऊष्मा निष्कासन परत तक ऊष्मा संचालन को तेज कर सकता है और स्थानीय अत्यधिक गर्मी से बचा जा सकता है; इसके साथ ही, संक्षिप्त शक्ति/सिग्नल पथ से पार्श्व प्रेरकत्व और प्रतिरोध को कम किया जा सकता है, सिग्नल क्षय और वोल्टेज ड्रॉप को कम कर सकता है।
3. लेआउट लचीलेपन में सुधार: उच्च-घनत्व पैकेजिंग के तहत "वायरिंग चैनलों की कमी" की समस्या को हल करना, बहु-चैनल आरएफ मॉड्यूल जैसे जटिल सर्किट के लेआउट को अधिक सुगम बनाना।

पैड में विया की संभावित सीमाएं:

1. प्रक्रिया जटिलता में वृद्धि: छिद्र भरने और सतह समतलीकरण जैसी विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, जिसके लिए अधिक सटीक ड्रिलिंग और इलेक्ट्रोप्लेटिंग एकरूपता की आवश्यकता होती है, और छिद्रों में बुलबुले और सतह के धंसाव जैसे दोष होने की प्रवृत्ति होती है।
2. निर्माण लागत में वृद्धि: विशेष प्रक्रियाओं से पीसीबी की लागत में 15%-30% की वृद्धि होगी, और अतिरिक्त गुणवत्ता निरीक्षण और पुनर्कार्यकन के कारण उत्पादन चक्र भी बढ़ जाएगा।

अनुप्रयोग नोट्स

• BGA के लिए उपयोग किए जाने वाले विया-इन-पैड के लिए यह स्पष्ट रूप से आवश्यक है कि थ्रू-होल के अंदर राल से भरा जाए और सतह पर इलेक्ट्रोप्लेटिंग उपचार किया जाए ताकि पैड की सतह समतल रहे और BGA वेल्डिंग की समतलता आवश्यकताओं को पूरा करे, अन्यथा ठंडे सोल्डरिंग की समस्या होना आसान है।
  
• यदि डिज़ाइन में सभी थ्रू-होल्स को राल से भरने की आवश्यकता हो, तो सरफेस माउंट डिवाइस के थ्रू-होल्स को Via-in-Pad मानक के अनुसार प्रसंस्कृत किया जाना चाहिए ताकि भरे नहीं गए थ्रू-होल्स वेल्डिंग या विश्वसनीयता को प्रभावित न करें।