Via-in-Pad

Apa itu Via-dalam-Pad?

Via-dalam-Pad adalah teknologi lubang telus yang canggih yang digunakan dalam reka bentuk PCB berkepadatan tinggi. Ciri utamanya adalah dengan menggabungkan lubang telus berlapis (PTH) secara terus ke dalam tompok komponen pemukaan, mencapai sambungan elektrik dengan memendapkan bahan konduktif seperti kuprum di dalam lubang telus, dan menutup lubang tersebut dengan topeng patri untuk memastikan kebolehpercayaan pengimpalan.

Tidak seperti lubang tradisional, lubang PTH tradisional biasanya disusun di kawasan bukan penyolderan di luar tompok komponen dan perlu disambungkan ke tompok tersebut melalui jejak tambahan; manakala Via-in-Pad menghilangkan struktur peralihan ini, membenarkan lubang dan tompok untuk dijelmakan secara langsung. Reka bentuk ini adalah seperti membuka "saluran langsung" di tengah tompok, yang boleh memendekkan laluan penghantaran isyarat dan mengurangkan kelewatan dan kehilangan isyarat. Dari perspektif nilai praktikal, kelebihan via-in-pad tertumpu pada dua aspek: penggunaan ruang dan peningkatan prestasi: dengan membenamkan lubang melalui ke dalam tompok, ruang pendawaian pada PCB boleh dikurangkan, yang membantu meminimumkan produk; pada masa yang sama, laluan isyarat yang dipendekkan dapat mengurangkan risiko anjakan rintangan dan meningkatkan integriti isyarat.

Walau bagaimanapun, teknologi ini menuntut proses pengeluaran yang lebih tinggi: adalah perlu untuk mengawal ketepatan penggerudian (diameter lubang biasanya ≤0.3mm) dan keseragaman penyaduran logam dengan tepat bagi memastikan sambungan di antara lapisan tembaga pada dinding lubang dan tompok adalah boleh dipercayai; sesetengah reka bentuk juga memerlukan lubang-lubang diisi dengan resin dan diratakan bagi mengelakkan gelembung udara atau sambungan solder sejuk semasa penyolderan. Oleh itu, kos pengeluarannya adalah lebih tinggi berbanding PTH tradisional, dan biasanya lebih digemari dalam situasi yang memerlukan kepadatan dan keperluan prestasi tinggi.

Garispanduan Reka Bentuk Via-in-Pad

Aplikasi via-in-pad perlu dinilai secara menyeluruh dengan menggaborkan kepadatan susun atur PCB dan ciri-ciri komponen. Berikut adalah cadangan reka bentuk untuk situasi tertentu:

1. Situasi di mana via-in-pad tidak diperlukan

Selepas menyelesaikan reka bentuk fan-out pada peringkat awal penghantaran PCB, jika penghantaran lapisan dalaman boleh dicapai melalui via konvensional, tiada keperluan untuk menggunakan via-in-pad. Sebagai contoh, untuk peranti berpakej BGA, apabila laluan fan-out terletak di kawasan tengah antara pad, penghantaran yang cekap boleh dicapai dengan mengoptimumkan parameter via dan penghantaran. Piawaian reka bentuk tipikal adalah seperti berikut:

• Diameter via: 0.15–0.2mm
  
• Lebar penghantaran: 3–4mil (kira-kira 0.076–0.102mm)
  
• Lebar gelang: 0.3–0.4mm
  

Berdasarkan parameter di atas, apabila jarak pin BGA melebihi 0.35mm, ruang antara pad adalah mencukupi untuk memuatkan via konvensional dan penghantaran, dan fan-out boleh disiapkan tanpa bergantung kepada via-in-pad. Pada masa ini, memilih reka bentuk tradisional boleh memberikan keseimbangan yang lebih baik antara kos dan kebolehpercayaan proses.

2. Situasi di mana Via-in-Pad digalakkan

Apabila jarak pin komponen terlalu kecil, menyebabkan sukar untuk mencapai fan-out konvensional, via-in-pad menjadi pilihan yang perlu. Sebagai contoh, ruang di antara tompok pada pakej BGA berketumpatan tinggi adalah sempit, dan vias serta laluan konvensional tidak boleh disusun disebabkan oleh had saiz. Pada masa ini, vias perlu secara langsung diaplikasikan ke tompok, dan saluran pendawaian lapisan dalam atau bawah dibuka melalui Via-in-Pad bagi mengelakkan kelewatan isyarat atau kegagalan susun atur disebabkan oleh kesesakan pendawaian.

Secara ringkasnya, aplikasi utama via-in-pad adalah untuk menyelesaikan "bottleneck pendawaian di bawah susun atur berketumpatan tinggi". Semasa merekabentuk, adalah perlu untuk terlebih dahulu menilai kebolehlaksanaan melalui parameter jarak pin dan fan-out, kemudian membuat keputusan sama ada untuk menggunakannya bagi mencapai keseimbangan optimum antara prestasi, kos dan kebolehdipasangjenisan.

Nilai teras Via-in-Pad dalam pengepakan BGA

Bagi peranti BGA berbilang pin rendah, reka bentuk fan-out konvensional boleh memenuhi keperluan pendawaian tanpa bergantung kepada Via-in-Pad. Walau bagaimanapun, apabila BGA mempunyai bilangan pin yang besar, sejumlah besar vias fan-out akan dengan cepat memenuhi ruang pendawaian yang terhad, menyebabkan kesesakan pada laluan isyarat. Pada masa ini, penggabungan vias ke dalam Via-in-Pad boleh menggabungkan "pads + vias" yang pada asalnya berasingan menjadi satu, membebaskan ruang permukaan PCB secara ketara dan mencipta keadaan untuk pendawaian berkepadatan tinggi.

Khususnya apabila jarak pin BGA dikurangkan kepada kurang daripada 0.3mm, tiada cukup ruang di antara pads untuk memuatkan vias dan suruhanjaya konvensional, dan Via-in-Pad menjadi kaedah utama untuk mengatasi kebuntuan pendawaian. Dengan membenamkan vias di dalam pads, isyarat boleh dihala secara langsung ke lapisan dalam atau bawah untuk mengelakkan kelewatan isyarat atau gangguan silang yang disebabkan oleh pendawaian yang sesak pada lapisan yang sama.

Peranan utama Via-in-Pad dalam susun atur kapasitor penapis

Dalam reka bentuk litar kelajuan tinggi, kapasitor penapis biasanya diletakkan berhampiran peranti BGA untuk menekan gangguan kuasa dan memastikan integriti isyarat. Walau bagaimanapun, jika sejumlah besar lubang biasa digunakan di dalam BGA, kawasan lubang pada bahagian belakang akan "berniaga kawasan" dengan penambat kapasitor, menyebabkan kegagalan meletakkan kapasitor berhampiran pin cip.

Via-in-Pad boleh sepenuhnya mengelakkan konflik ruang dengan kapasitor belakang dengan menggabungkan lubang ke dalam penambat BGA, memastikan kapasitor penapis boleh diletakkan "berhampiran" di bawah atau di tepi BGA, memendekkan laluan kuasa dan meningkatkan kecekapan penapisan. Ini adalah penting untuk kestabilan litar frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi.

Kelebihan ketara Via-in-Pad:

1. Akhirnya bebaskan ruang pendawaian PCB: Reka bentuk terkamir lubang dan tompok dapat mengurangkan penggunaan ruang permukaan sebanyak lebih daripada 30%, yang sangat sesuai untuk reka bentuk berketumpatan tinggi dan berbentuk kecil seperti papan induk telefon pintar dan modul kawalan industri.
2. Tingkatkan penyejukan dan prestasi elektrik: Bagi peranti berkuasa tinggi seperti pemproses dan cip kuasa, Via-in-Pad dapat mengurangkan rintangan terma, mempercepatkan pengaliran haba ke lapisan dalam atau lapisan penyejukan, serta mengelakkan panas berlebihan setempat; pada masa yang sama, jalan kuasa/isyarat yang dipendekkan dapat mengurangkan induktans parasit dan rintangan, mengurangkan kelemahan isyarat dan penurunan voltan.
3. Tingkatkan fleksibiliti susun atur: Menyelesaikan masalah "saluran pendawaian tidak mencukupi" di bawah pengepakan berketumpatan tinggi, menjadikan susun atur litar kompleks seperti modul RF berbilang saluran lebih fleksibel.

Had potensi Via-in-Pad:

1. Peningkatan kekompleksan proses: Proses khas seperti pengisian lubang dan perataan permukaan diperlukan, yang memerlukan ketepatan pengeboran dan keseragaman penyaduran logam yang lebih tinggi, serta mudah mengalami kecacatan seperti gelembung dalam lubang dan lekukan pada permukaan.
2. Peningkatan kos pengeluaran: Proses khas akan meningkatkan kos PCB sebanyak 15%-30%, manakala kitar pengeluaran akan dipanjangkan disebabkan pemeriksaan kualiti tambahan dan kerja-kerja ulang.

Nota Aplikasi

• Bagi Via-in-Pad yang digunakan untuk BGA, adalah perlu untuk menyatakan dengan jelas bahawa bahagian dalam lubang perlu diisi dengan resin dan menjalani rawatan penyaduran logam pada permukaan supaya memastikan permukaan tompok adalah rata dan memenuhi keperluan keselarian (coplanarity) untuk penyolderan BGA, jika tidak ia mudah menyebabkan soldering yang tidak sempurna (cold soldering).
  
• Jika rekabentuk memerlukan semua lubang tembus diisi dengan resin, lubang tembus pada peranti pemasangan permukaan mesti diproses mengikut standard Via-in-Pad untuk mengelakkan lubang tembus yang tidak diisi menjejaskan penyolderan atau kebolehpercayaan.