Via Buta dan Via Terbenam dalam Reka Bentuk PCB: Panduan Pengilang

Pengenalan kepada Via Buta dan Via Terbenam

Dalam dunia elektronik yang serba pantas, dengan permintaan pasaran terhadap produk perkakasan berteknologi tinggi, keperluan untuk pengecilan saiz, prestasi yang lebih tinggi, dan fungsi yang lebih kompleks pada papan litar yang lebih kecil tidak pernah semakin besar. Pereka dan pengilang PCB juga menghadapi cabaran baharu, ketika mereka berusaha memuatkan sebanyak mungkin fungsi ke dalam setiap milimeter persegi. Cabaran ini telah membawa kepada penggunaan via buta dan via terbenam dalam reka bentuk PCB HDI dan PCB berbilang lapisan. Via tersembunyi ini membolehkan pengoptimuman ruang yang belum pernah ada sebelumnya, susunan litar yang lebih padat, dan integriti isyarat yang lebih maju. Sebagai pengilang papan litar yang berpengalaman, LHD TECH telah melihat kemampuan pemprosesan dan pembuatannya berkembang bersama kemas kini produk pasaran selama 20 tahun yang lalu. Dari pengoptimuman sistem hingga keupayaan pembuatan tepat peralatan, dan seterusnya kepada pengurusan efisien pasukan pengeluaran, semua ini sentiasa selaras dengan tuntutan zaman.

Mari kembali kepada topik teknologi itu sendiri, tetapi apakah sebenarnya vias dalam reka bentuk PCB? Bagaimanakah vias buta dan vias terkubur dicipta, berbanding dengan proses lubang tradisional, di sektor mana ia lebih kuat dan siapakah audiensnya? Dalam panduan komprehensif ini, kami akan meneroka teknologi tersebut dan mengupas misteri vias buta dan vias terkubur, meneroka bagaimana ia digunakan oleh pengilang PCB yang berpengalaman, serta menunjukkan kelebihan hebat yang ditawarkannya untuk reka bentuk PCB kompleks anda yang seterusnya.

Peranan Vias dalam Reka Bentuk PCB

Mari kita lihat dahulu proses via dalam PCB, dari perspektif prinsip asas, vias dalam PCB adalah sambungan elektrik yang menghubungkan pelbagai lapisan PCB. Setiap PCB berbilang lapisan—daripada papan 4 lapisan ringkas hingga tumpukan 30+ lapisan yang kompleks—bergantung kepada vias untuk menghantar isyarat, kuasa, dan bumi antara lapisan luar PCB dan lapisan dalaman PCB.

Mengapa vias digunakan?

• Vias menyambungkan lapisan luar kepada lapisan dalaman untuk pengecoran yang fleksibel.
• Vias dilapisi dengan kuprum, membentuk laluan konduktif secara elektrik antara lapisan-lapisan PCB.
• Vias biasanya digunakan untuk mengurangkan panjang laluan isyarat, memperbaiki integriti isyarat, dan mengoptimumkan ruang papan.
• Penggunaan vias buta dan vias terkubur membolehkan jurutera mengurangkan saiz keseluruhan PCB serta bilangan vias lubang tembus yang diperlukan secara mendalam.

Berdasarkan pemahaman di atas dalam litar PCB HDI moden dan berbilang lapisan, vias ditekan bersama dalam susunan bertindih yang dirancang dengan teliti untuk menyeimbangkan prestasi, kebolehpercayaan, dan kemudahan pengeluaran.

Perkara Asas: Jenis-jenis Vias dalam PCB

Berapa banyakkah jenis vias yang biasa kita lihat? Bagaimana untuk memahami perbezaan jenis vias adalah asas penting dalam menguasai rekabentuk PCB dan mencapai prestasi papan yang optimum.

Jadual ini membuat perbezaan yang jelas:

Apakah itu Blind Vias?

Hari ini, kita sedang membincangkan lubang buta dan lubang terkubur. Jadi, apakah sebenarnya struktur dan prinsip lubang buta. Lubang buta (blind via) adalah satu lubang yang menghubungkan lapisan luar papan PCB kepada satu atau lebih lapisan dalaman, tanpa menembusi hingga ke lapisan luar yang bertentangan. Ia digelar 'buta' kerana hanya boleh dilihat dan diakses dari satu permukaan sahaja. Justeru, lubang buta kerap digunakan untuk mengurangkan bilangan lapisan pada sebuah PCB.

Butiran & Faedah Utama

• Lubang buta menghubungkan permukaan atas atau bawah kepada lapisan dalaman tertentu, bagi mencapai pemanfaatan optimum lapisan pendawaian yang tersedia.
• Lubang buta tidak menembusi keseluruhan ketebalan PCB, bukan sahaja menjimatkan ruang berharga pada PCB tetapi juga membebaskan permukaan bertentangan untuk laluan atau komponen lain.
• Memandangkan via buta hanya dilubangi sebahagian sahaja menerusi papan, ia membolehkan susunan litar yang lebih padat dan biasanya digunakan dalam PCB HDI dan corak pembukaan BGA, ianya telah meningkatkan kadar penggunaan pendawaian secara ketara.
• Via buta biasanya bersaiz kecil (kurang daripada 0.15 mm dalam diameter) dan terdapat keperluan yang sangat tinggi terhadap jentera dan peralatan pelubangan, maka mesin laser presisi atau pelubangan mekanikal yang lebih tepat mesti digunakan.
• Penggunaan via buta boleh mengurangkan ketebalan PCB dan tujuannya adalah untuk membantu mencapai kepadatan komponen yang tinggi bagi produk moden.

Bagaimana Via Buta Dilubangi dan Dibuat

Via buta dilubangi semasa langkah laminasi dan pelubangan tertentu. Kuantiti, kedudukan, dan kedalaman mereka mesti dikawal untuk mengelakkan tembusan lapisan yang tidak disengajakan. Kemudian, mereka disadur dengan kuprum untuk membentuk laluan konduktif. Penciptaan via buta melibatkan persediaan teliti untuk mencegah udara terperangkap di dalam PCB atau saduran yang tidak lengkap, memastikan kebolehpercayaan yang kukuh.

Apakah itu Via Terkubur?

Tidak seperti lubang buta, lubang tersembunyi tidak menembusi lapisan luar papan. Via tersembunyi adalah via yang menghubungkan dua atau lebih lapisan dalaman PCB, dan tidak kelihatan atau boleh diakses daripada mana-mana lapisan luar. Ini juga dikenali sebagai via terlindung, kerana ia 'terkubur' di antara lapisan permukaan PCB. Mari kita ketahui lebih lanjut mengenai lubang tersembunyi bersama-sama.

Butiran & Faedah Utama

• Dalam proses pengeluaran, via tersembunyi dilarik dan disadur semasa pembuatan sub-assemblies dalaman, sebelum lapisan-lapisan luar dilaminasi.
• Daripada perspektif struktur papan berbilang lapisan, via tersembunyi menghubungkan dua lapisan dalaman—contohnya, lapisan 3 dan 4 dalam PCB 8-lapisan—memberikan pilihan pengecoran tanpa menggunakan ruang permukaan.
• Perbezaannya ialah via tersembunyi dalam reka bentuk PCB membolehkan pereka mengasingkan laluan isyarat, bumi, atau agihan kuasa, yang sangat memberi kebaikan kepada reka bentuk kompleks atau isyarat bercampur.
• Memandangkan via terbenam tidak kelihatan selepas laminasi akhir, ini merupakan kelebihan utama kerana ia boleh memaksimumkan penggunaan lapisan PCB dan mengurangkan sambungan silang.
• Via terbenam biasanya digunakan dalam papan litar berbilang lapisan canggih untuk telekomunikasi, aerospace, dan elektronik berketumpatan tinggi.

Jenis-Jenis Via Lain dalam PCB

Vias Lubang Tembus

Dalam papan litar bercetak, lubang tembus ialah struktur lubang yang menyambungkan litar antara lapisan PCB yang berbeza. Lubang tembus membolehkan isyarat elektrik dipindahkan antara lapisan papan dan merupakan salah satu jenis lubang yang paling asas dan biasa dalam rekabentuk PCB tradisional. Ia mempunyai ciri-ciri berikut:

• Menyambung keseluruhan timbunan PCB, dari atas ke bawah.
• Digunakan untuk PCB berbilang lapisan piawai, kaki komponen, dan penyambung.
• Menggunakan lebih banyak ruang dan boleh menghadkan pengecaman berketumpatan tinggi.

Micro Vias

Microvia merujuk kepada lubang tembus dengan diameter yang sangat kecil, biasanya 0.1mm atau lebih kecil, dan kerap digunakan dalam lapisan reka bentuk yang berbeza bagi papan litar bercetak sambungan ketumpatan tinggi (HDI). Ia mempunyai ciri-ciri berikut:

• Vias yang sangat kecil menyambungkan hanya lapisan bersebelahan, dibentuk menggunakan ablasi laser untuk PCB HDI.
• Boleh disusun secara bertindih atau berselang-seli, dan kerap digunakan dalam reka bentuk telefon pintar, peralatan berkala, atau peranti perubatan yang padat.
• Memerlukan pengeluaran dan pemeriksaan lanjutan oleh pengilang PCB yang berpengalaman.

Jadual Perbandingan: Lubang Buta vs. Lubang Tersembunyi vs. Lubang Tembus

Mengapa Menggunakan Vias Buta dan Tertanam? Kelebihan dan Kekangan

Dalam bab ini, kita fokuskan kepada lubang buta dan lubang tertanam. Dalam pertimbangan rekabentuk mengikut keperluan produk, apakah kelebihan dan kekangan yang wujud apabila kita menggunakan vias buta dan vias tertanam? Mari kita ringkaskan dan bezakan bersama.

Kelebihan Vias Buta dan Tertanam

• Pengoptimuman Ruang: Berbanding rekabentuk lubang tembus, ia mengurangkan saiz dan ketebalan PCB, membolehkan lebih banyak komponen dan laluan dalam ruang yang lebih kecil.
• Pengasingan Isyarat: Ia bukan sahaja dapat mengasingkan isyarat atau satah kuasa yang kritikal, tetapi juga melindunginya daripada EMI/Silaang-silang.
• Pengudian Ditingkatkan: Vias menyambungkan lapisan luar dan dalam PCB bagi susunan yang lebih fleksibel dan cekap.
• Rekabentuk PCB Kompleks: Menjadikannya praktikal untuk menggunakan BGAs, FPGAs, dan IC bergaris halus tanpa meningkatkan secara mendadak bilangan lapisan PCB atau tapak papan.
• Penggunaan Lapisan PCB: Vias terbenam menyediakan sambungan dalam lapisan dalaman PCB tanpa menggunakan ruang lapisan luar, mengurangkan kesesakan dan membolehkan pengasingan lapisan isyarat atau plan kuasa. Ia terutamanya telah menyumbang kepada kemajuan teknologi dalam industri penerbangan/komunikasi/peralatan perubatan.
• Integriti Isyarat yang Dipertingkat: Menggunakan vias buta dan terbenam dalam rekabentuk PCB mengurangkan pembentukan tunggul isyarat, meminimumkan pantulan, kehilangan, dan gangguan elektromagnetik, yang penting untuk litar berkelajuan tinggi dan RF.
• Pengoptimuman Terma: Penempatan via yang berkesan boleh membantu mengagih dan menyebarkan haba, mengurangkan risiko titik panas dan meningkatkan kebolehpercayaan jangka panjang dalam pemasangan PCB yang kompleks.

Had Kepada Vias Buta dan Terbenam

• Peningkatan Kompleksiti Pengeluaran: Pengeluaran vias buta dan terbenam melibatkan langkah pengeboran dan pelapisan tambahan, hanya boleh dilakukan dengan pengilang PCB yang berpengalaman dan kawalan kualiti yang tepat, serta menguji kapasiti pengeluaran pengilang tersebut.
• Kos Pengeluaran yang Lebih Tinggi: Setiap kitaran laminasi tambahan, langkah pengisian, atau via tambahan meningkatkan kos pengeluaran PCB dan penggunaan bahan — terutamanya dalam produk PCB berbilang lapisan dan PCB HDI. Oleh itu, harga produk pcb juga relatif tinggi.
• Ujian dan pemeriksaan: Via buta dan via terbenam kadangkala sukar diperiksa untuk mengesan kecacatan, memerlukan teknik lanjutan seperti X-ray pengimejan untuk memastikan kualiti.
• Risiko Kebolehpercayaan yang Berpotensi: Jika kawalan proses tidak sempurna, risiko seperti udara terperangkap dalam PCB, plating kuprum yang tidak lengkap, atau delaminasi boleh berlaku.

Proses Pembuatan: Mencipta Via Buta dan Terbenam

Gambaran Keseluruhan

The pengeluaran papan litar bersepadu proses vias buta dan vias terkubur pada PCB adalah kompleks dan tepat. Walau bagitu, proses pembuatan vias ini amat penting dalam meningkatkan prestasi PCB, mengurangkan bilangan lapisan papan, dan menambah kecekapan penggunaan ruang.

1. Reka Bentuk Susunan Reka bentuk laminasi merupakan asas struktur kepada lubang buta dan terkubur. Reka bentuk bermula dengan memetakan lapisan-lapisan PCB dan di mana vias perlu disambung—vias buta menyambung satu lapisan luar kepada satu atau lebih lapisan dalaman; vias terkubur menyambung dua lapisan dalaman tetapi tidak sampai ke permukaan.
2. Pengeboran:

• Vias buta dilarik hanya sebahagian sahaja menerusi susunan (dari luar ke dalam), biasanya menggunakan jentera larik atau larik laser yang sangat tepat.
• Pengeluaran vias terkubur memerlukan pelarikan pada lapisan sub-perakitan sebelum pelapikan susunan penuh, berbeza dengan lubang buta.

3.Laminasi: Rawatan laminasi bagi keduanya juga berbeza. Untuk via terbenam, lapisan ditekan bersama, dan lebih banyak lapisan kemudian ditambah. Pembuatan PCB via buta dan terbenam memerlukan pendaftaran dan penyelarasan yang sempurna.

4.Pemasangan: Semua via, termasuk via lubang tembus, via buta dan via terbenam, dilapisi dengan kuprum menggunakan plating kimia dan elektroplating untuk menjamin kekonduksian.

5.Ujian: Ujian lanjutan—terutamanya untuk via terbenam dalam PCB—seperti analisis sinar-X atau mikro-bahagian memastikan via dibentuk dengan betul dan boleh dipercayai.

Aplikasi dan Kes Penggunaan

Via buta dan via terbenam telah menjadi piawaian dalam rekabentuk PCB lanjutan. Ia boleh meningkatkan kadar penggunaan ruang secara ketara, mengurangkan keluasan papan, mengurangkan bilangan lapisan, serta menjadikan rekabentuk lebih padat, dan digunakan merentasi hampir setiap bidang industri yang memerlukan prestasi tinggi, ketumpatan tinggi, atau pengurangan saiz.

Contoh Industri yang Menggunakan Via Buta dan Terbenam

• PCB HDI untuk Telefon Pintar: Via buta menyambungkan pad luaran ke pendawaian dalaman, dan sementara via terbenam dalam PCB mengurangkan EMI dan menyalurkan isyarat berkelajuan tinggi secara tepat, permintaan pasaran terhadap telefon pintar semakin meningkat secara meluas.
• Peralatan Rangkaian: Via terbenam menyambungkan dua satah terpencil dalam PCB berbilang lapisan untuk integriti isyarat dalam suis dan penghala telekomunikasi.
• Pakai Perubatan: Vias buta dan terkubur menyediakan pengasingan isyarat dalam peranti implan yang sangat kecil dan boleh dipercayai, ia menyediakan ruang yang luas untuk pengoptimuman dan bantuan untuk peralatan perubatan semasa.
• Elektronik Automotif: Dalam persekitaran pasaran peningkatan komprehensif dalam industri pembuatan automotif, ADAS dan modul infotainment menggunakan kedua-dua vias buta dan terkubur untuk mengecilkan saiz papan, memastikan prestasi dalam keadaan persekitaran yang kasar.
• Aplikasi Aerospace: Via terkubur menyediakan penghantaran berselindung yang kukuh untuk data sensor atau kawalan, dengan kebolehpercayaan yang luar biasa walaupun di bawah getaran atau suhu yang melampau.

Kos Faktor dan Kebolehpercayaan
Faktor Kos

Memandangkan teknologi lubang tersembunyi dan buta memerlukan proses khas seperti pengeboran, penyaduran tembaga, dan rawatan salutan, kos pengeluaran biasanya meningkat. Terutamanya dalam produk pertengahan hingga rendah, mungkin sukar untuk menggunakan teknologi ini. Oleh itu, kenaikan kos merupakan faktor penting dalam keperluan proses bagi sesetengah industri.

• Langkah-langkah pembuatan lanjutan: Penggunaan via buta dan terkubur melalui memerlukan lebih banyak peringkat pengeluaran daripada vias lubang tradisional, meningkatkan kedua-dua perasaskan dan perbelanjaan setiap papan.
• Pilihan bahan dan bilangan lapisan: Semakin banyak lapisan PCB, semakin kerap pembuatan vias buta dan terkubur diperlukan. Pra-preg dan foil khas dengan Tg tinggi meningkatkan kos.
• Kos ujian dan pemeriksaan: Pemeriksaan untuk via tersembunyi—terutamanya struktur lubang terkubur—kerap kali menggunakan sinar-X/CT tambahan atau mikroseksian merusak.

Pertimbangan Kebolehpercayaan

Walaupun kos meningkat, beberapa produk perkakasan teknologi dalam bidang tertentu mempunyai keperluan tinggi terhadap kesan peresapan haba dan kekuatan mekanikal papan kawalan. Pemilihan keperluan pengilangan lubang buta dan terbenam juga merupakan satu jalan yang tidak dapat dielakkan bagi iterasi produk.

• Penyalutan dan Pengisian yang Betul: Memastikan via disalut dengan tembaga secara sekata dan, jika perlu, diisi, adalah penting untuk kebolehpercayaan elektrik dan untuk mencegah kegagalan solder/haba.
• Tegasan Kitaran Haba: Via, terutamanya via tersembunyi, mudah retak atau mengelupas jika tidak dibina dengan proses dan bahan yang sesuai.
• Udara Terperangkap dalam Papan PCB: Kecacatan akibat udara atau rongga boleh menyebabkan kegagalan awal di medan.
• Bekerjasama dengan Pengilang PCB yang Berpengalaman: Bergantung kepada rakan kongsi yang memahami cara pembuatan, pemeriksaan, dan pengujian reka bentuk PCB via buta dan terkubur dengan betul untuk jangka hayat perkhidmatan yang panjang.

Petua Reka Bentuk untuk Menggunakan Via Buta dan Terbenam

Keperluan pengeluaran untuk lubang buta dan terbenam begitu tinggi dan fungsinya begitu penting sehingga menuntut struktur reka bentuk yang juga tinggi. Daripada pemahaman pelanggan terhadap keperluan produk, pemilihan bahan, sehingga kepada kos dan kapasiti pengeluaran pembekal, reka bentuk yang munasabah perlu dibuat dengan mengambil kira secara menyeluruh semua faktor ini. Faktor-faktor berikut perlu diberi pertimbangan utama:

• Perundingan Awal dengan Pengilang PCB: Gunakan pengilang PCB yang berpengalaman dan semak sekatan teknikal mereka mengenai kedalaman via buta, nisbah aspek, dan saiz gerudi minimum.
• Perancangan Susunan Lapisan: Apabila mereka bentuk PCB berbilang lapisan, nyatakan dengan jelas isyarat atau kuasa yang perlu diasingkan dan di mana via terbenam ditambah untuk penggunaan lapisan yang optimum.
• Elakkan Penggunaan Berlebihan: Hanya gunakan via buta dan via terbenam di mana perlu. Penggunaan berlebihan meningkatkan kos dan mengurangkan hasil pengeluaran.
• Pemenuhan Via: Untuk via-dalam-pad dan via mikro, sentiasa nyatakan sama ada via perlu diisi atau ditutup.
• Pelancaran haba: Sambungkan via kuasa/bumi ke satah menggunakan reka bentuk pad 'thermal relief', yang memberikan ketahanan solder yang lebih baik dan mengurangkan risiko tekanan.
• Kupon Ujian: Minta kupon untuk membolehkan bahagian pemusnahan semasa pengeluaran via terbenam bagi mengesahkan kualiti pembuatan.
• Alamatkan Vias Bertindih dan Vias Berselang-seli: Apabila perlu, susun selang-seli mikrovia atau hadkan penindanan kumpulan via buta dan terbenam untuk peningkatan kebolehpercayaan.

Soalan Lazim

S: Bagaimanakah perbezaan antara via buta dan via terbenam dengan via lubang-lurus piawai?
J: Via buta menyambungkan lapisan luar kepada satu atau lebih lapisan dalaman, tetapi tidak sepenuhnya menembusi papan. Via terbenam menyambungkan dua lapisan dalaman, 'tersembunyi' selepas laminasi. Via lubang-lurus menyambungkan permukaan ke permukaan secara terus menembusi PCB.
S: Bilakah saya harus menggunakan via buta dan via terbenam dalam pembuatan papan litar bercetak (PCB)?
A: Gunakan via buta dan via terbenam untuk susunan papan litar cetak HDI yang padat, BGA jejarian halus, isyarat berkelajuan tinggi, atau apabila meminimumkan saiz papan adalah penting.
S: Adakah via buta dan via terbenam boleh dipercayai?
J: Ya, dengan rakan pembekal papan litar cetak yang berpengalaman dan kawalan proses yang betul untuk pengeboran, penyaduran, dan pengisian. Terdapat cabaran dalam memastikan setiap via dibentuk dan diperiksa dengan betul.
S: Bolehkah saya menggabungkan jenis-jenis via dalam satu papan?
J: Sudah tentu! Kebanyakan reka bentuk papan litar cetak moden yang kompleks menggunakan kombinasi via lubang tembus tradisional, via buta, via terbenam, dan malah mikrovia bergantung kepada keperluan litar.
S: Bagaimanakah pengeluaran via terbenam memberi kesan kepada tempoh pengeluaran?
J: Penambahan via terbenam pada papan litar cetak akan memperpanjang tempoh pengeluaran disebabkan oleh laminasi tambahan, pengeboran tambahan, dan pemeriksaan yang lebih teliti. Rancang dengan sewajarnya.

Kesimpulan: Haruskah Anda Menggunakan Via Buta dan Via Terbenam?

Jika anda sedang mengerjakan rekabentuk PCB yang ketat, kompleks, atau berteknologi tinggi, vias khas ini hampir mustahak. Ia membantu mengurangkan saiz papan litar anda, mengekalkan isyarat yang bersih, dan membolehkan penjalanan semua sambungan rumit tersebut dalam gajet moden hari ini. Namun begitu, terdapat kelemahannya – kos pengeluarannya lebih tinggi, dan anda memerlukan pengilang yang benar-benar pakar dalam bidang ini. Oleh itu, adalah bijak untuk melibatkan rakan kongsi pembuatan anda seawalnya, hanya menggunakan vias buta dan terbenam apabila benar-benar diperlukan, serta menyemak semula sama ada mereka mampu mengendali rekabentuk anda sebelum menghantar fail anda.
Kesimpulannya: jika anda menangani PCB HDI, cuba mengurangkan penggunaan lubang tembus biasa, atau ingin mencapai prestasi cemerlang dalam PCB berbilang lapisan, anda sebenarnya tidak seharusnya mengabaikan kelebihan vias buta dan terbenam untuk kepentingan anda.