חפיפה ב-Pad

מהו Via-in-Pad?

Via-in-Pad היא טכנולוגיית חור pierced מתקדמת המשמשת בעיצוב PCB בעל צפיפות גבוהה. תכונתו המרכזית היא שילוב החור המمعدן (PTH) ישירות בפאד של רכיב ההרכבה על פני השטח, יצירת חיבור חשמלי על ידי הפקעת חומרים מוליכים כמו נחושת בתוך החור, וסידור מסכת ג‹ש על החור כדי להבטיח אמינות בלחימה.

בניגוד לחורים מסורתיים דרך החור, PTH מסורתיים מותקנים בדרך כלל באזורים ללא לחימה מחוץ לחציחות הרכיבים וצריכים להתחבר לחציחות באמצעות עקבות נוספות; בעוד Via-in-Pad מדלג על המבנה הזה, ומאפשר לחור החיץ והחציחה להשתלב ישירות. העיצוב הזה דומה לפתיחת "канל ישיר" במרכזה של החציחה, מה שמפחית משמעותית את אורך מסלול התקשורת של האות ומקטין את העיכוב והאובדן של האות. מנקודת המבט של הערך המעשי, יתרונותיו של via-in-pad מתמקדים בשתי תחומים: ניצול שטח ושיפור ביצועים: באמצעות שילוב החור החיץ בתוך החציחה, ניתן להפחית את שטח החיווט ב-PCB, מה שמעודד מזעור של המוצר; במקביל, מסלול האות הקצר מקטין את הסיכון לשינוי בזווית ההתנגדות ומשפר את שלמות האות.

עם זאת, טכנולוגיה זו דורשת תהליכי ייצור מתקדמים יותר: יש צורך לשלוט בדיוק בתהליך הלחפור (קוטר החור הוא בדרך כלל ≤0.3 מ"מ) ובאחידות של הרסס הגלפני כדי להבטיח חיבור מהימן בין שכבה הנחושת בجدת החור לפלטפורמה; בחלק מהעיצובים נדרש גם למלא את החורים Harina ולהשיט אותם כדי למנוע היווצרות של בועות או חיבורים לקויים בלחימה. לכן, עלות הייצור שלו גבוהה מזו של PTH מסורתי, והוא לרוב מועדף בסצנות עם דרישות גבוהות של צפיפות וביצועים.

הנחיות לעיצוב Via-in-Pad

יישום של Via-in-Pad מחייב הערכה מקיפה תוך שילוב של צפיפות המעגלים והמאפיינים של הרכיבים. להלן המלצות לעיצוב בסצנות מסוימות:

1. סצנות בהן אין צורך ב-Via-in-Pad

לאחר השלמת עיצוב ה-fan-out בשלב המוקדם של רuting PCB, אם ניתן להשיג רuting בשכבת הבסיס באמצעות via קונבנציונלי, אין צורך להשתמש ב-via-in-pad. למשל, ב_DEVICES המוגדלים בקונפיגורציית BGA, כאשר מסלול ה-fan-out ממוקם באזור המרכזי בין הפדים, ניתן להשיג רוטינג יעיל על ידי אופטימיזציה של פרמטרים של via והרוטינג. סטנדרטים טיפוסיים לעיצוב הם כדלקמן:

• קוטר חור: 0.15–0.2 מ"מ
  
• רוחב ריסום: 3–4mil (בערך 0.076–0.102 מ"מ)
  
• רוחב טבעת: 0.3–0.4 מ"מ
  

בהתבסס על הפרמטרים שלמעלה, כאשר המרווח בין הסופיות של BGA גדול מ-0.35 מ"מ, המרחב בין הפדים מספיק כדי להכיל via ורוטינג קונבנציונליים, וה-fan-out יכול להסתיים מבלי להיעזר ב-via-in-pad. בשלב זה, בחירת עיצוב טרاديיציוני תאפשר איזון טוב יותר בין עלות לאמינות תהליך.

2. תרחישים בהם מומלץ להשתמש בטכנולוגיית חור-pad

כאשר המרחק בין הפינים של הרכיב קטן מדי, והפיכת שטח ההארכה המסורתי לקשה, חור בפינה הופך לאפשרות הכרחית. לדוגמה, המרווח בין הפינות של אריזות BGA בעלת צפיפות גבוהה הוא צר, והחריצים והפסים המסורתיים לא ניתנים להתקנה עקב הגבלות גודל. בנקודה הזו, יש צורך להטמין את החריצים ישירות בתוך הפינות, ולפתוח את תעלת הוווירים בשכבת הפנים או השכבה התחתונה על ידי חור בפינה כדי למנוע עיכובים בסיגנל או כשלון בתכנון עקב צפיפות יתר.

באופן קצר, השימוש העיקרי ב-via-in-pad נועד לפתור את ה-"צוואר בקבוק בת/Layout עם צפיפות גבוהה". בעת תכנון, יש צורך להעריך את היתכנות באמצעות פרמטרים של רווח בין הפינים ופיזור החוצה, ולאחר מכן להחליט האם לאמץ את זה כדי להשיג את האיזון האופטימלי בין ביצועים, עלות ויתכנות ייצור.

הערך המרכזי של חור בפינה באריזת BGA

במקרים של התקני BGA עם מספר קטן של פינים, עיצוב סטנדרטי של פיצול (fan-out) יכול לעמוד בדרישות החיווט מבלי להיעזר בטכנולוגיית Via-in-Pad. עם זאת, כאשר ל-BGA מספר גדול של פינים, מספר גדול של חורים לפיצול יתפס במהרה את שטח החיווט המוגבל, מה שיוביל לפקקים במסלולי האותות. בנקודה זו, שילוב החורים בתוך טכנולוגיית Via-in-Pad מאפשר לאחד את הרכיבים שקודם היו נפרדים – "פסות + חורים" – לתוך אחד, ובכך לשחרר שטח משמעותי על גבי ה-PCB ולייצר תנאים לחיווט בצפיפות גבוהה.

במיוחד כאשר המרווח בין פיני ה-BGA קטן מ-0.3 מ"מ, לא נותר מספיק מקום בין הפסות כדי להכיל חורים ופסי חיווט קונבנציונליים, ובשל כך Via-in-Pad הופך לאמצעי המרכזי להתגבר על הפקקים בחיווט. על ידי שילוב החורים פנימה הפסות, האותות יכולים להישלח ישירות לשכבת הפנים או השכבה התחתונה, וכך למנוע עיכובים או התנגדות הדדיים הנובעים מחיווט צפוף באותה שכבה.

התפקיד המרכזי של Via-in-Pad בפיזור של קבלות סינון

בעיצוב מעגלים בעלי מהירות גבוהה, קבלים מסננים מותקנים לרוב קרוב לרכיבים מסוג BGA כדי לאפס רעש בזונם ולשמור על שלמות האות. עם זאת, אם נעשה שימוש בכמויות גדולות של חורים מסורתיים בתוך ה-BGA, שטח החור בצד האחורי יתמודד על שטח עם פדים של הקבלים, מה שיגרום לכך שלא ניתן יהיה להתקין את הקבל קרוב לדוברי הרכיב.

Via-in-Pad מונעת סתירות מרחביות עם הקבלים האחוריים על ידי שילוב החורים בתוך פדי ה-BGA, ומבטיחה שהקבלים המסננים יוכלו להותקן "ממש צמוד", מתחת או בקצה ה-BGA, ומכאן לקצר את מסלול הזון ולשפר את יעילות הסינון. הגורם הזה קריטי ליציבות מעגלים בעלי תדר גבוה ומעגלים מהירים.

יתרונות בולטים של Via-in-Pad:

1. שחרור מרחב של ת_BOARDת PCB: עיצוב משולב של חורים חודרים ופסיפסים יכול להפחית את נפח השטח הפנים ב-30% ויותר, מה שמתאים במיוחד לעיצובים צפופים ומוקטנים כמו לוחות אם של טלפונים חכמים ומודולים של בקרת תעשייה.
2. שיפור פיזור החום והביצועים החשמליים: במכשירים בעלי הספק גבוה כמו מעבדים shipי כוח, Via-in-Pad יכולה להפחית את ההתנגדות התרמית, להאיץ את העברת החום אל שכבות הפנימיות או שכבות הפיזור ולה prev את חימום מקומי מוגזם; במקביל, קיצור מסלול הכוח/אות מאפשר להפחית השראות ותנגדות זורות, להפחית דעיכת אותות וตกת מתח.
3. שיפור גמישות השטח: פתרון נקודת הכאב של "채널ים לא מספקים לשרטוט" תחת אריזה צפופה, מה שעוזר לשרטוט מעגלים מורכבים כמו מודולי RF רב-ערוצים.

מגבלות פוטנציאליות של Via-in-Pad:

1. עלייה בפיכוך תהליך: נדרשים תהליכים מיוחדים כגון מילוי חורים ושטיחת משטח, מה שדורש דיוק חורצת גבוה יותר ואיזוןメッכאניקה של הכספה, ועשוי להוביל לפגמים כגון בועות בחורים ושקעים במשטח.
2. עלות ייצור גבוהה יותר: תהליכים מיוחדים יגדילו את עלות ה-PCB ב-15%-30%, וכן יוארך מחזור הייצור עקב בדיקות איכות נוספות ועבודות תיקון.

הערות יישום

• במקרה של Via-in-Pad המשמשת ל-BGA, יש לציין בפירוש כי החור העובר חייב להיות ממולא Harin ועובר טיפולメッכאניקה של משטח, כדי להבטיח שהמשטח של הלֶחַם שטוח ומקיים את דרישות השטיחות של החימר BGA, אחרת קל לגרום לחימר קרה.
  
• אם העיצוב דורש שמילוי כל החורים העוקרים יתבצע בערף, חורי העקירה של רכיבי שטח חייבים לעיבוד לפי סטנדרט Via-in-Pad כדי למנוע חורי עקירה לא ממולאים שיפנו להשפעה על הלحام או האמינות.