Via's עיוורים וקבורים בעיצוב PCB: מדריך ליצרן

מבוא ל-Via's עיוורים וקבורים

בעולם המהיר של האלקטרוניקה, עם הביקוש השוקטי למוצרי חומרה מתקדמים, הצריכה למזער את הגודל, לשפר את הביצועים ולהוסיף פונקציות מורכבות יותר על לוחות מעגלים קטנים אף לא הייתה גדולה יותר. מעצבים וייצרני PCB גם מתמודדים עם אתגרים חדשים, כששואפים לדחוס את מקסימום האפשרי של פונקציונליות בתוך כל מילימטר רבוע. אתגר זה הוביל לשימוש בחורים פתוחים וחבויים בלוחות HDI PCB ובעיצובי PCB רב-שכביים. חורים חבויים אלו מאפשרים אופטימיזציה חסרת תקדים של שטח, סידור צפוף יותר של המעגלים ושיפור שלמות האות. כיצרן מנוסה של לוחות מעגלים, LHD TECH עברה התפתחות ביכולות העיבוד והייצור שלה יחד עם עדכוני המוצר בשוק במהלך 20 השנים האחרונות. החל מאופטימיזציה של המערכת וכלה ביכולת ייצור מדויקת של הציוד, וכן בניהול יעיל של צוות הייצור, הכל מתקדם בקצב עם דרישות הזמנית.

בואו נחזור אל הנושא עצמו של הטכנולוגיה, אבל מה בדיוק הם חורים (vias) בעיצוב PCB? כיצד נוצרים חורי blind ו-choli buried, בהשוואה לתהליך החור המסורתי, באילו תחומים הוא חזק יותר ולמי מיועד? במדריך מקיף זה, נעמיק בטכנולוגיה ונחשוף את סודות החורים הנסתרים והעומקים, נחקור כיצד יצרני PCB מנוסים משתמשים בהם, ונראה איך הם מציעים יתרונות משמעותיים לעיצוב PCB המורכב הבא שלך.

התפקיד של חורים (vias) בעיצוב PCB

בואו נבחן ראשית את תהליך החורים ב-PCB, מנקודת מבט של עקרונות בסיסיים, חורים ב-PCB הם החיבורים החשמליים שמחברים בין שכבות שונות של ה-PCB. כל לוח PCB רב-שכבות — החל מלוחות פשוטים בני 4 שכבות ועד ערימות מורכבות של 30+ שכבות — מסתמכים על חורים כדי להעביר אותות, זרם ואדמה בין השכבה החיצונית של ה-PCB לשכבות הפנימיות שלו.

למה משתמשים בחורים?

• החורים מחברים בין השכבה החיצונית לשכבות הפנימיות לצורך ניתוב גמיש.
• החורים ממויישים במדור, מה שמייצר מסלול מוליך חשמלית בין שכבות של לוח מעגל מודפס (PCB).
• חורים נמצאים בשימוש נרחב לצמצום אורך מסלול האות, שיפור שלמות האות, ואופטימיזציה של שטח הלוח.
• השימוש בחורים עיוורים וחורים טמונים מאפשר להנדסנים לצמצם בצורה דרמטית את הגודל הכולל של הלוח ואת מספר החורים העומקים הנדרשים.

בהתבסס על ההבנה של מעגלים מודרניים של HDI ו-PCB רב-שכבות, חורים נלחצים יחד בתצורות סטקה שתוכננו בקפידה כדי לאזן בין ביצועים, אמינות וייצור.

היסודות: סוגי חורים בלוחות PCB

כמה סוגים של חורים קיימים, которых אנו רואים בדרך כלל? הבנת השוני בין סוגי החורים היא יסודית לשליטה בעיצוב PCB ולשיוף ביצועי הלוח.

הטבלה הזו יוצרת הבחנה ברורה:

מה הם ויאים עיוורים?

היום אנו דנים בחורים עיוורים וחורים טמונים. אז מהו בדיוק המבנה והעקרון של חורים עיוורים. ויא עיוור הוא ויא המחבר שכבת פנים אחת או יותר לשכבת פני השטח של לוח PCB, מבלי לעבור לשכבת הפנים הנגדית. הוא נקרא 'עיוור' מכיוון שהוא גלוי ונגיש רק מאחד המשטחים, ולכן ויאים עיוורים משמשים לעתים קרובות לצמצום מספר השכבות בלוח PCB.

פרטים מרכזיים והטבות

• ויאים עיוורים מחברים את שכבת הפנים העליונה או התחתונה לשכבות פנימיות מסוימות, כדי להשיג את האופטימיזציה הטובה ביותר של שכבת הניתוב הזמינה.
• ויאים עיוורים אינם חודרים דרך כל עובי הלוח PCB, מה שמחסך לא רק מקום יקר על הלוח, אלא משחרר גם את שאר המשטחים לצורך תיוקים או רכיבים אחרים.
• מכיוון שעממיים עיוורים נקובים רק חלקית דרך הלוח, הם מאפשרים שילוב צפוף יותר של המעגל ומשמשים בדרך כלל ב-PCB של HDI ודפוסי יציאה של BGA, מה שverbש את שיעור הניצול של התחבורה.
• עממיים עיוורים הם בדרך כלל קטנים (קטנים מ-0.15 מ"מ בקוטר) ויש דרישות גבוהות ביותר למכונות וכלי הקיבוע לקיבוע, ולכן יש צורך בקרני לייזר מדויקות או בקיבוע מכני מדויק עוד יותר.
• השימוש בעממיים עיוורים יכול להפחית את עובי ה-PCB והמטרה שלו היא לעזור להשיג צפיפות רכיבים גבוהה למוצרים מודרניים.

איך נקובים ונעשים עממיים עיוורים

עממיים עיוורים נקובים במהלך שלבי ריפוד וקידוד מסוימים. כמותם, מיקומם ועומקם חייבים להיות בשליטה כדי למנוע פירוק שכבות לא אמורות. לאחר מכן הם מצפים במדרגה כדי ליצור מסלולים מוליכים. יצירת עממיים עיוורים מעורבת הכנה זהירה כדי למנוע לכידת אוויר ב-PCB או ציפוי לא מלא, תוך הבטחת אמינות חזקה.

מה הם עממיים טמונים?

בניגוד לחורים עיוורים, חורים טמונים אינן חודרים לשכבה החיצונית של הלוח. חור טמון הוא חור המחבר שתי שכבות פנימיות או יותר של PCB, ולא נראה או נגיש מאף אחת מהשכבות החיצוניות. הם נקראים גם חורים חבויים, כיוון שהם 'טמונים' בין שכבת הפנים של ה-PCB. בואו נלמד עוד על חורים טמונים יחד.

פרטים מרכזיים והטבות

• בתהליך הייצור, חורים טמונים נחרטים ומוצפים במהלך ייצור תת-ההרכבות הפנימיים, לפני שהשכבות החיצוניות מחומצות.
• מנקודת מבט של מבנה של לוחות רב-שכביים, חור טמון מחבר שתי שכבות פנימיות – למשל, שכבות 3 ו-4 ב-PCB בעל 8 שכבות – ומספק אפשרויות ת_ROUTING מבלי להשתמש בשטח השכבה החיצונית.
• ההבדל הוא שחורים טמונים בעיצוב PCB מאפשרים לעצבי המעגל להפריד מסלולי אות, קרקע או הפצת מתח, מה שמועיל מאוד בעיצובים מורכבים או מעורבים.
• מכיוון שVia's טמונים אינם נראים לאחר הלמינציה הסופית, זהו יתרון משמעותי בכך שהם יכולים למקסם את ניצול שכבות ה-PCB ולצמצם הפרעות חוצות.
• Via's טמונים משמשים בדרך כלל ב-PCB רב-שכבי מתקדם בתחומי תקשורת, תעופה וفضاء, והאלקטרוניקה בעלת הצפיפות הגבוהה.

סוגים אחרים של Via's ב-PCB

חורים עומקים

בלוחות מעגלים מודפסים, Through-hole הוא מבנה של חור המחבר מעגלים בין שכבות שונות של ה-PCB. Through-holes מאפשרים העברת אותות חשמליים בין שכבות הלוח, ויחודיים כאחד מסוגי החורים הבסיסיים והנפוצים ביותר בעיצוב PCB קלאסי. יש להם את התכונות הבאות:

• מחברים את כל ערימת ה-PCB, מהעליון ועד התחתון.
• משומשים ב-PCB רב-שכבי סטנדרטי, לרגלי רכיבים ולאתחולים.
• צורך יותר מקום ויוכל להגביל מסלולים בצפיפות גבוהה.

מיקרו ויאים

מיקרו-ויה מתייחס לחור עוקף בקוטר קטן מאוד, בדרך כלל 0.1 מ"מ או פחות, ומשמש לעתים קרובות בשכבות עיצוב שונות של לוחות מעגלים מודפסים בעלי חיבור צפוף (HDI). יש לו את התכונות הבאות:

• חורים קטנים במיוחד המחברין רק שכבות סמוכות, שנוצרים באמצעות אבליית לייזר עבור HDI PCB.
• ניתן להרכיבן בצורה מחוברת או משולבת, וغالבfois משתמשים בהן בעיצובים צפופים של טלפונים חכמים, מכשירי לבוש או מכשירים רפואיים.
• דורש ייצור ובקרת איכות מתקדמים על ידי יצרני PCB בעלי ניסיון.

테בלת השוואה: ויה עיוורת לעומת ויה טמונה לעומת ויה חור עוקף

למה להשתמש בחורים עיוורים ומוקברים? יתרונות וחסרונות

בפרק זה נתמקד בחורים עיוורים וחורים מוקברים. בהיבטי העיצוב של דרישות המוצר, כשאנחנו משתמשים בחורים עיוורים ומוקברים – מהם היתרונות והחסרונות שלהם? בואו נעשה סיכום והבחנה משותפים.

יתרונות של חורים עיוורים ומוקברים

• אופטימיזציה של שטח: בהשוואה לעיצוב עם חורים חודרים, זה מפחית את גודל הלוח ועובייו, ומאפשר לשבץ יותר רכיבים ועקולים בפחות מקום.
• פרידת אותות: ניתן להשתמש בו לא רק להפרדת אותות קריטיים או מישורי מתח, אלא גםلحסינם מפני EMI/השראות.
• נתיב שיפור: החורים מחברים בין השכבות החיצוניות והפנימיות של ה-PCB, לצורך תכנון לAYOUT גמיש ויעיל יותר.
• עיצוב PCB מורכב: מאפשר את השימוש ב-BGA צפוף, FPGA, ורכיבי IC בעלי פITCH קטן במיוחד, מבלי להגביר באופן דרמטי את מספר שכבת ה-PCB או את שטח הלוח.
• ה wyutilization של שכבת ה-PCB: חורים טמונים מספקים חיבורים בתוך השכבות הפנימיות של לוח PCB מבלי לפגוע בשטח השכבות החיצוניות, מפחיתים התנגשויות ומאפשרים הפרדה בין שכבת אותות או מישורי מתח. תרם במיוחד לקפיצות טכנולוגיות בתעשיית התעופה/תקשורת/ציוד רפואי.
• שיפור שלמות האות: שימוש בוויאים עיוורים ונטושים בעיצוב PCB מפחית את היווצרות ה- stubs של אותות, וממזער השראות, איבוד ותעתועים אלקטרומגנטיים, מה שחיוני לدوائر מהירות גבוהה ו-RF.
• אופטימיזציה תרמית: מיקום וויאים יעיל יכול לעזור בהפצת חום ובפיזורו, לצמצם את הסיכון להופעת נקודות חמות ולשפר את האמינות ארוכת הטווח בMontages PCB מורכבים.

מגבלות של חיבורים עיוורים וטבולים

• ה услפת ייצור מוגברת: ייצור של וויאים עיוורים ונטושים כולל שלבי קידור ולamination נוספים, שהם מעשיים רק עם יצרני PCB בעלי ניסיון ובקרת איכות מדויקת, וכן בדיקה של כושר הייצור של היצרן.
• עלות ייצור גבוהה יותר: כל מחזור לamination נוסף, שלב ריפוי או וויא נוסף משמעותם עלות ייצור PCB וצריכת חומר מוגדרת – במיוחד במוצרים של PCB רב-שכבות ו-HDI PCB. לכן גם מחיר מוצרים של PCB הוא יקר יחסית.
• בדיקת ובדיקה: קווים עיוורים וקווים טמונים הם לעיתים קרובות קשים לבדיקה למציאת פגמים, ודורשים טכניקות מתקדמות כמו X-RAY הדמייה כדי להבטיח איכות.
• סיכוני אמינות פוטנציאליים: אם בקרת התהליך אינה מושלמת, עלולים להתרחש סיכונים כגון לכידת אויר בלוח המעגלים, ציפוי נחושת לא שלם או התנתקות שכבות.

תהליך ייצור: יצירה של וויאים עיוורים ומוטמנים

סקירה

ה ייצור PCB תהליך של וויאים עיוורים ווויאים טמונים ב-PCB הוא מורכב ומדויק. עם זאת, תהליך הייצור של הוויאים זה חשוב במיוחד לשיפור הביצועים של ה-PCB, להפחתת מספר שכבות הלוח ולחיזוק ניצול החלל.

1. עיצוב סטאק-אפ: העיצוב הלaminaטי הוא הבסיס המבני של חורים עיוורים וטמונים. העיצוב מתחיל באמצעות מיפוי השכבות של לוח PCB ובאיזו נקודה יש לחבר את הוויאים – וויאים עיוורים מחברים שכבת חוץ לאחת או יותר משכבות הפנימיות; וויאים טמונים מחברים שתי שכבות פנימיות מבלי להגיע לשטח החיצוני.
2. קידוח:

• הוויאים העיוורים נקובים רק חלקית דרך הסטאק (משכבה חיצונית לפנימית), בדרך כלל באמצעות קידוד מכני או לייזר בעל דיוק גבוה.
• ייצור של וויאים טמונים דורש קידוד בשכבות משנה לפני איחוד השכבות המלא בתהליך הלמינציה, בניגוד לוויאים עיוורים.

3.למיינג': הטיפולים הלמינציה של השניים שונים גם כן. עבור וויאים טמונים, שכבות נלחצות יחד, ושכבות נוספות מוספות לאחר מכן. ייצור של פסיבי עם וויאים עיוורים וטמונים דורש רישום ויישור מושלמים.

4.טיפוח: כל הוויאים, כולל וויאים חודרים, עיוורים וטמונים, מצופים בברזל באמצעות ציפוי כימי ואלקטרוכימי כדי להבטיח מוליכות.

5. בדיקה: בדיקות מתקדמות – במיוחד לוויאים טמונים בפסיבי – כגון ניתוח בקרני X או ניתוח מיקרו-חתך מבטיחים שוויאים נוצרים נכון ואמינים.

יישומים ומקרי שימוש

וויאים עיוורים וטמונים הפכו לסטנדרט בעיצוב פסיבי מתקדם. הם יכולים לשפר באופן משמעותי את שיעור ניצול החלל, להפחית את שטח הלוח, להקטין את מספר השכבות ולגרום לעיצוב להיות יותר דחוס, ובכך לכסות כמעט כל תחום תעשייה שבו נדרשת ביצועים גבוהים, צפיפות או הקטנת גודל.

דוגמאות לתעשיות המשתמשות בוויאים עיוורים וטמונים

• HDI PCB לסמארטפונים: קווים עיוורים מחברים פדים חיצוניים לנתיבי ריתוך פנימיים, ובמקביל הקווים הטמונים ב-PCB מפחיתים הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) ומאפשרים ניתוב מדויק של אותות מהירים, ובמקביל הביקוש השוקתי לסמרטפונים גדל באופן נרחב.
• ציוד רשת: קו טמון מחבר שתי שטחים מבודדים ב-PCB רב-שכבות, לשם שמירה על שלמות האות במתגים וмарשראות תקשורת.
• מכשירים רפואיים נטענים: קווים עיוורים וטמונים מספקים בידוד אותות בהתקנים זעירים ואמינים במיוחד המיועדים השתלה, ומספקים שטח רחב לקליטה ולשיפור עבור ציוד רפואי קיים.
• אלקטרוניקה לרכב: בסביבת השוק של שדרוג מקיף בתעשיית ייצור כלי רכב, מודולי ADAS ומודולי ערכות הנחיתה משתמשים בחורים עיוורים ומוחבאים כדי לצמצם את גודל הלוח, תוך הבטחת ביצועים בתנאי סביבה קיצוניים.
• יישומים אווירונאוטיים: חורים מוחבאים מספקים העברה מחוסמת חזקה לנתוני חיישן או בקרה, עם אמינות גבוהה גם תחת רעידה או טמפרטורות קיצוניות.

עלות גורמים ואמינות
גורמים כלכליים

בגלל שטכנולוגיית חורים עיוורים וטמוניים דורשת תהליכים מיוחדים כגון קידור, ציפוי נחושת וטיפול בקיטור, היא בדרך כלל מגדילה את עלות הייצור. במיוחד במוצרים ממוצעים ונמוכים, ייתכן שיהיה קשה להשתמש בטכנולוגיה זו. לכן, העלייה בעלויות היא גורם חשוב בתנאי התהליך של תעשיות מסוימות.

• שלבי ייצור מתקדמים: השימוש בחור עיוור וחור מוחבא דורש שלבים נוספים בייצור בהשוואה לחורים דרכיים מסורתיים, מה שמגדיל הן את עלות ההקמה והן את עלות כל לוח.
• בחירת חומרים ומספר שכבות: ככל שיש יותר שכבות ב-PCB, כך נדרשת התפוקה של חורים עיוורים ומוחבאים לעיתים תכופות יותר. חומרי Pre-preg בעלי Tg גבוה ופוליסות מיוחדות מגדילים עוד יותר את העלות.
• עלויות בדיקה ובדיקה ממוחשבת: בדיקת חורים נסתרים—בעיקר מבני חורים מוחבאים—частית כוללת צילום רנטגן/CT נוסף או חתך מיקרוסקופי הורסי.

שקולים של אמינות

למרות העלויות הגוברות, למוצרים מסוימים בתחום החומרה הטכנולוגית יש דרישות גבוהות לאפקט פיזור חום ולחוזק מכאני של לוחות בקרה. בחירת דרישות ייצור של חורים עיוורים ומוטמונים היא גם כן דרך בלתי נמנעת לשדרוג המוצר.

• שיזוף ומילוי מתאימים: הבטחת ציפוי תקן של וויאים בקרם באופן אחיד, ובמידת הצורך מילוי, היא קריטית לאמינות חשמלית ולמניעת כשל בלחמה/תרמי.
• מתח מחזור תרמי: וויאים, במיוחד וויאים חבויים, הם פגיעים לתשדוף או התנתקות אם לא נבנו בתהליך ובחומרים הנכונים.
• אוויר לכוד בלוח PCB: פגמים הנובעים מאוויר או חללים יכולים להוביל לכשלים בשטח בשלב מוקדם.
• להשתתף יצרני PCB בעלי ניסיון: יש לסמוך על שותפים שמבינים כיצד לייצר, לבדוק ולבחון נכון עיצובי PCB עם וויאים עיוורים ומוטמנים לחיים ארוכים בשירות.

טיפים לעיצוב באמצעות חורים עיוורים ומוטמינים

דרישות הייצור לחורים עיוורים וטבוריים הן כה גבוהות והפונקציות שלהם כה חשובות, כך שיש גם דרישות גבוהות על מבנה העיצוב. מההבנה של הלקוח לגבי צורכי המוצר, עד לבחירת החומרים, ולאחר מכן לעניין העלות והיכולת הייצור של הספק, יש ליצור עיצוב סביר על ידי שיקול מקיף של כל הגורמים הללו. יש לשים דגש מוקדם על הגורמים הבאים:

• תייעצות מוקדמת עם יצרני PCB: השתמשו בייצרני PCB בעלי ניסיון ובדקו את המגבלות הטכניות שלהם בנוגע לעומק ויאים עיוורים, יחס היבטים וגודל מקבע מינימלי.
• תכנון סטאק-אפ: בעיצוב PCB רב-שכבות, יש להבחין בבירור בין האותות או הכוח שחייבים להישאר מבודדים לבין המקומות שבהם מוספים וויאים טמונים לצורך יעילות מרבית של השכבות.
• הימנעות משימוש מוגזם: יש להשתמש בוויאים עיוורים ובטמונים רק כאשר זה הכרחי. שימוש מוגזם מגדיל את העלות ומקטין את התפוקה.
• מילוי וויאים: עבור וויאים בתוך פד ובמיקרו-וויאים, יש תמיד לציין האם הווייה צריך להיות ממולא או מכוסה.
• שחרור חום: יש לחבר וויאי אספקת חשמל/אדמה למישורים באמצעות עיצובי פד מסוג "שחרור תרמי", כדי לשפר את היכולת ללחם ולהפחית סיכוני מתח.
• Coupons לבדיקה: יש לבקש coupons לאפשרת חתך הרסני במהלך ייצור וויאים טמונים על מנת לאשר את איכות הייצור.
• טיפול בוויאים מחוברים (Stacked) ומדורגים (Staggered): כאשר נדרש, יש לדרג מיקרו-וויאים או להגביל את הצטברות קבוצות הוויאים העיוורים והטמונים, כדי לשפר את האמינות.

שאלות נפוצות

שאלה: מה ההבדל בין חיבורים עיוורים וטמונים לבין חיבורים תקניים xuyên לוח?
א: ויות עיוורות מחברות שכבה חיצונית לשכבה פנימית אחת או יותר, אך לא לחלוטין דרך הלוח. ויות קבורות מחברות שתי שכבות פנימיות, "מוסתרות" לאחר הלמינציה. ויות חור-עובר מחברות משטח למשטח ישר דרך המעגל המודפס.
שאלה: מתי כדאי להשתמש בחיבורים עיוורים וטמונים בייצור PCB?
תשובה: השתמשו בחורים עיוורים וטבוריים בעריכות PCB צפופות של HDI, BGAs בפס רזה, אותות מהירים, או כאשר מינימיזציה של גודל הלוח היא חיונית.
שאלה: האם חורים עיוורים וטבוריים אמינים?
תשובה: כן, עם שותפי ייצור מנוסים של PCB ובקרות תהליך מתאימות לניקור, ציפוי ומילוי. קיימים אתגרים בהבטחת ייצור נכון של כל חור ובהשגחת בדיקה.
שאלה: האם ניתן לערבב סוגי חורים בלוח אחד?
תשובה: בהחלט! רוב התכנונים המודרניים והמורכבים של PCB משתמשים בשילוב של חורים דרכיים מסורתיים, חורים עיוורים, חורים טבוריים ואפילו מיקרו-חורים בהתאם לצורך במעגל.
שאלה: כיצד משפיע ייצור של חורים טבוריים על זמן המוביל?
תשובה: הוספת חורים טבוריים ל-PCB מאריכה את זמן המוביל עקב לamination נוסף, ניקור נוסף ובדיקה מקיפה יותר. יש לתכנן בהתאם.

סיכום: האם כדאי להשתמש בחורים עיוורים וטבוריים?

אם אתה עובד על עיצוב PCB צפוף, מורכב או מתקדם טכנולוגית, חורים מיוחדים אלו הם כמעט חיוניים. הם עוזרים לצמצם את גודל הלוח, לשמור על האותות נקיים, ומאפשרים ניתוב של כל החיבורים המורכבים הללו במכשירים המודרניים. אבל הנה הבעיה – הם יקרים יותר בייצור, ותצטרך יצרן שמבין באמת במה שהוא עושה. בגלל זה חשוב לכלול את שותף הייצור שלך בשלב מוקדם, להשתמש בחורים עיוורים ומוטמנים רק כשאתה באמת צריך אותם, ולבדוק שוב ושוב שהם מסוגלים להתמודד עם העיצוב שלך לפני שליחת הקבצים.
למסקנה: אם אתה מתמודד עם לוחות HDI, מנסה לצמצם את השימוש בחורים רגילים xuyên-לוח, או שואף לביצועים מרשימים בלוח PCB רב-שכבות, לא כדאי להתעלם מהיכולות של חורים עיוורים ומוטמנים.