Падтағы виа

Via-in-Pad дегеніміз не?

Via-in-Pad жоғары тығыздықты PCB дизайнында қолданылатын күрделі технология. Негізгі ерекшелігі – беткей орнату компонентінің пайдалану алаңына тікелей пайдалану үшін арнайы дайындалған тесіктерді (PTH) интеграциялау болып табылады. Тесіктерге мыс сияқты өткізгіш материалдарды орналастыру арқылы электрлік байланыс жасалынады, ал тесіктің үсті жалату маскасымен жабылады, бұл дәнекерлеу сенімділігін қамтамасыз етеді.

Әдеттегі өтпелі тесіктерден айырмашылығы, дәстүрлі ПТҚ әдетте компоненттің алаңынан тыс аймақтарда орналасады және алаңмен қосылу үшін қосымша түйіспелер арқылы жүзеге асырылады; ал Падта арқылы өтпенің болуы осы аралық құрылымды болдырмауға мүмкіндік береді, сондықтан өтпелі тесікті алаңмен тікелей біріктіруге болады. Бұл дизайн алаңның ортасында "тікелей арна" ашуға ұқсас, бұл сигналдың тарату жолын қысқартуға, сигнал кешігуі мен жоғалтуын азайтуға мүмкіндік береді. Практикалық маңызы тұрғысынан қарағанда, падта өтпенің артықшылықтары кеңістікті пайдалану мен өнімділікті арттыру екі аспектіде шоғырланған: өтпелі тесікті падқа орналастыру арқылы PCB-дегі сым төсеу кеңістігін азайтып, өнімнің кішірейіп шығуына көмектеседі; сонымен қатар, қысқарған сигнал жолы импеданстың кенет өзгеру қаупін азайтып, сигналдың бүтіндігін жақсартады.

Бірақ, бұл технология өндіріс процесіне жоғары талаптар қояды: дәл ұңғылау дәлдігін (көбінесе ≤0,3 мм) және тесік қабырғасының мырыш қабаты мен қосылатын алаң арасындағы сенімді байланысты қамтамасыз ету үшін электролиттік күміс жабыстырудың біркелкілігін бақылау қажет; кейбір конструкцияларда тесіктерді шайырмен толтырып, жылыту кезінде көпіршіктер мен салқын жаншылуды болдырмау үшін тегістеу қажеттілігі де туындайды. Сондықтан оның өндіру құны дәстүрлі PTH-құннан жоғары және әдетте жоғары тығыздық пен өнімділік талаптары бар жағдайларда қолданылады.

Падтағы виа үшін дизайн нұсқаулықтары

Падтағы вианың қолданылуы PCB орналасу тығыздығы мен компоненттің сипаттамаларымен бірге жалпы бағалау жасау арқылы анықталуы керек. Төменде нақты жағдайлар үшін дизайны ұсыныстар келтірілген:

1. Падтағы вианың қажет емес жағдайлар

ПКБ трассерлеу бастапқы сатысында шағын желдеткіштің дизайндауын аяқтағаннан кейін, егер ішкі қабаттың трассерлеуі қарапайым өтпелер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін болса, онда қосылыстар үшін қажет емес. BGA пакеттелген құрылғыларды мысалға келтірсек, қосылу жолы пиндердің ортасында орналасқан болса, онда өтпелер мен трассерлеу параметрлерін тиімді ету арқылы тиімді трассерлеу алуға болады. Әдеттегі дизайн стандарттары төмендегідей:

• Өтпелер диаметрі: 0,15–0,2 мм
  
• Трассерлеу ені: 3–4mil (шамамен 0,076–0,102 мм)
  
• Сақина ені: 0,3–0,4 мм
  

Жоғарыда көрсетілген параметрлерге сүйене отырып, BGA пин аралығы 0,35 мм-ден үлкен болса, пиндер арасындағы кеңістік қарапайым өтпелер мен трассерлеу үшін жеткілікті болып табылады және қосылыстарға сүйенбей-ақ желдеткішті шығаруға болады. Осындай жағдайда дәстүрлі дизайнды таңдау құны мен үрдістің сенімділігін арасындағы тепе-теңдікті жақсырақ сақтауға мүмкіндік береді.

2. Қосылыстар қажет болатын жағдайлар

Компоненттің шығысындағы аралық тым кіші болса, дәстүрлі таратуды жүзеге асыру қиын болады, сондықтан тесік арқылы қосылу қажымға айналады. Мысалы, жоғары тығыздықты BGA корпусының контактілерінің арасындағы орын тар болып келеді, өлшем шектеулеріне байланысты дәстүрлі тесіктер мен трактілерді орналастыру мүмкін емес. Осындай жағдайда тесіктерді тікелей контактілерге орналастыру қажет, ал ішкі немесе түбіктегі қабаттардағы жолдар Via-in-Pad арқылы ашылады, соның нәтижесінде жолдау кезінде пайда болатын кешігу немесе жолдау қателіктерінен құтылуға болады.

Қысқаша айтсақ, тесік арқылы қосылу негізінен жоғары тығыздықты жолдау кезіндегі "жолдау тар жерін" шешуге бағытталған. Жобалау барысында алдымен шығыстағы аралық пен тарату параметрлері арқылы жүзеге асыру мүмкіндігін бағалап, сосын оңтайлы өнімнің өнімділік, құны мен өндірістілік арасындағы тепе-теңдікті сақтау үшін қолдану керек екенін шешу қажет.

BGA корпусындағы тесік арқылы қосылудың негізгі маңызы

Тұқымдар саны аз BGA құрылғылар үшін дәстүрлі шашыраңқы дизайн сымдардың қажеттілігін Via-in-Pad тәуелсіз орындай алады. Алайда, BGA тұқымдарының саны көп болған жағдайда, шашыраңқы өткелдер шектеулі сым төсеу кеңістігін тез толтырып, сигнал жолындағы тығынға әкеліп соғады. Осындай кезде өткелдерді Via-in-Pad-қа енгізу арқылы бұрынғы тәуелсіз болған «аумақтар + өткелдерді» біріктіріп, PCB бетінің кеңістігін босатып, жоғары тығыздықтағы сым төсеуге жағдай жасайды.

Егер BGA тұқымының қадамы 0,3 мм-ден кем болса, аумақтар арасында дәстүрлі өткелдер мен сымдар орналасу үшін жеткілікті орын болмайды және сым төсеудің тар жерінен шығу үшін Via-in-Pad негізгі құралға айналады. Өткелдерді аумақтардың ішіне орналастыру арқылы сигналды бірден ішкі немесе түбір жағына жіберіп, бір қабаттағы тығыз сым төсеу нәтижесінде пайда болатын сигнал кешігуін немесе өзара бөгетті болдырмауға болады.

Сүзгіш конденсаторлардың орналасуындағы Via-in-Pad-тың негізгі рөлі

Жоғары жылдамдықты шұғыл құрылғыларды жобалау кезінде фильтрлік конденсаторлар әдетте BGA құрылғыларына жақын орналасады, бұл ток көзінің дыбысын басып тұрады және сигналдың бүтіндігін қамтамасыз етеді. Алайда, егер BGA ішінде көптеген дәстүрлі өтпелер қолданылса, онда артқы өтпелер ауданы конденсаторлық алаңдармен «жер үшін күреседі», нәтижесінде конденсаторды чип пиндеріне жақын орналастыру мүмкін болмайды.

Via-in-Pad BGA пішіндеріне өтпелерді енгізу арқылы артқы конденсаторлармен кеңістіктік ұштастыруды толығымен болдырмауға болады, фильтрлік конденсаторларды BGA-ның астында немесе шетінде «тығыз» орналастыруға мүмкіндік береді, электр жолын қысқартады және фильтрация тиімділігін арттырады. Бұл жоғары жиілікті және жоғары жылдамдықты шұғыл құрылғылардың тұрақтылығы үшін маңызды.

Via-in-Pad-тің айтарлықтай артықшылықтары:

1. Соңында PCB сымдарының кеңістігін босату: Өтпелі тесіктер мен алаңдардың интегралдық жобалауы бетінің аумағын 30%-дан астам қысқартып, әсіресе смартфондардың негізгі платасы мен өнеркәсіптік басқару модульдері сияқты тығыз және миниатюрлі жобалауларға сәйкес келеді.
2. Жылу шашу мен электрлік өнімділікті арттыру: Процессорлар мен күштік чиптер сияқты жоғары қуатты құрылғылар үшін Via-in-Pad жылу кедергісін азайтып, жылуды ішкі қабатқа немесе жылу шашу қабатына тез таратып, жергілікті қызуын болдырмауға көмектеседі; сонымен қатар, қысқартылған күш/сигнал жолы паразитті индуктивтілік пен кедергіні азайтып, сигналдың әлсіреуін және кернеу шегін төмендетеді.
3. Компоновка икемділігін жақсарту: Жоғары тығыздықтағы пакеттеу кезінде "жеткіліксіз сым шығару каналдары" деген проблеманы шешіп, көпканалды RF модульдері сияқты күрделі схемалардың орналасуын жеңілдетеді.

Via-in-Pad-тің ықтимал шектеулері:

1. Өндіріс күрделілігінің артуы: Тесіктерді толтыру мен бетті тегістеу сияқты арнайы процесстер қажет, бұл тесіктерде қате пайда болуына және бет қаттылығына әкелетін дәлдікті және электролиттік шөгінділердің біркелкілігін талап етеді.
2. Өндіріс шығындарының артуы: Арнайы процесстер PCB құнын 15%-30% арттырады, сапаны тексеру мен қайта өңдеу үшін қосымша уақыт кететіндіктен өндіріс циклі ұзақ болады.

Қолдану бойынша нұсқаулықтар

• BGA үшін қолданылатын Via-in-Pad үшін тесіктің іші смоламен толтырылып, беті электролиттік өңдеуге түсіріліп, алаңдықтың беті тегіс болып, BGA дәнекерлеу кезінде жазықтық талаптарына сәйкес келуі керек, әйтпесе дәнекердің салқын болуы мүмкін.
  
• Егер конструкцияда барлығы өтетін тесіктерді шайырмен толтыру қажет болса, онда бетіне тұрғызатын құрылғының тесіктері толтырылмаған тесіктердің дәнекерлеу немесе сенімділікке әсер етпеуі үшін Виа-ин-Пад стандарты бойынша өңделуі тиіс.