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Página Inicial > Fabricação de PCB > Furos e Metalização Contínua > Via-in-Pad
Via-in-Pad é uma tecnologia avançada de furo passante utilizada no projeto de PCB de alta densidade. Sua característica principal é integrar o furo metalizado (PTH) diretamente no pad do componente de montagem superficial, realiza a conexão elétrica por meio do depósito de materiais condutores, como cobre no furo, e cobre o furo com máscara de solda para garantir a confiabilidade da soldagem.
Ao contrário dos furos tradicionais, os furos tradicionais PTH geralmente são dispostos em áreas não soldáveis fora dos pads dos componentes e precisam ser conectados aos pads por meio de trilhas adicionais; enquanto o Via-in-Pad omite essa estrutura de transição, permitindo que o furo e o pad sejam diretamente integrados. Esse design é como abrir um "canal direto" no centro do pad, o que pode reduzir significativamente o caminho de transmissão do sinal e diminuir o atraso e a perda de sinal. Do ponto de vista do valor prático, as vantagens do via-in-pad estão concentradas em dois aspectos: utilização do espaço e melhoria do desempenho: ao embutir o furo dentro do pad, o espaço de roteamento na PCB pode ser reduzido, o que contribui para a miniaturização do produto; ao mesmo tempo, o caminho de sinal encurtado pode reduzir o risco de variação de impedância e melhorar a integridade do sinal.
No entanto, esta tecnologia exige maiores requisitos no processo de fabricação: é necessário controlar com precisão a exatidão da perfuração (o diâmetro do furo é geralmente ≤0,3 mm) e a uniformidade do revestimento eletrolítico, para garantir uma ligação fiável entre a camada de cobre da parede do furo e o pad; alguns projetos também exigem que os furos sejam preenchidos com resina e nivelados, para evitar bolhas ou más soldas durante a soldagem. Por isso, seu custo de fabricação é mais elevado do que o de um PTH tradicional, sendo geralmente preferido em cenários com elevada densidade e requisitos de alto desempenho.
A aplicação de via-in-pad deve ser avaliada de forma abrangente em conjunto com a densidade do layout do PCB e as características dos componentes. A seguir são apresentadas recomendações de projeto para cenários específicos:
Após concluir o projeto de fan-out na fase inicial do roteamento de PCB, se o roteamento em camadas internas puder ser realizado por meio de vias convencionais, não há necessidade de utilizar via-in-pad. Tomando dispositivos com encapsulamento BGA como exemplo, quando o caminho de fan-out está localizado na área central entre os pads, o roteamento eficiente pode ser alcançado mediante a otimização dos parâmetros das vias e do roteamento. Os padrões típicos de projeto são os seguintes:
Com base nos parâmetros acima, quando o espaçamento entre pinos BGA for maior que 0,35 mm, o espaço entre os pads será suficiente para acomodar vias e roteamentos convencionais, e o fan-out poderá ser concluído sem depender de via-in-pad. Neste momento, optar por um projeto tradicional pode equilibrar melhor custo e confiabilidade do processo.
Quando o espaçamento entre os pinos do componente é muito pequeno, dificultando a realização de um leiaute convencional, a utilização de via-in-pad torna-se uma escolha necessária. Por exemplo, o espaço entre os pads de pacotes BGA de alta densidade é estreito, e vias e trilhas convencionais não podem ser dispostos devido às limitações de tamanho. Neste caso, as vias precisam ser diretamente integradas aos pads, e os canais de fiação das camadas internas ou inferiores são abertos por meio do Via-in-Pad, evitando atrasos de sinal ou falhas no leiaute causados por congestionamento de fiação.
Em resumo, a aplicação principal do via-in-pad é resolver o "estrangulamento de roteamento em layouts de alta densidade". Durante o projeto, é necessário avaliar primeiramente a viabilidade por meio do espaçamento entre pinos e os parâmetros de fan-out, para então decidir se deve adotá-lo, obtendo o melhor equilíbrio entre desempenho, custo e fabricabilidade.
Para dispositivos BGA com baixa contagem de pinos, o design convencional de fan-out pode atender aos requisitos de roteamento sem depender de Via-in-Pad. No entanto, quando o BGA possui um grande número de pinos, uma grande quantidade de vias de fan-out ocupará rapidamente o espaço limitado de roteamento, resultando em congestionamento no caminho do sinal. Neste caso, integrar as vias em Via-in-Pad pode combinar as originalmente independentes "pads + vias" em uma única estrutura, liberando significativamente o espaço na superfície da PCB e criando condições para um roteamento de alta densidade.
Especialmente quando o passo entre pinos do BGA é reduzido para menos de 0,3 mm, não há espaço suficiente entre os pads para acomodar vias e trilhas convencionais, e o Via-in-Pad torna-se um meio essencial para superar o gargalo de roteamento. Ao embutir as vias dentro dos pads, o sinal pode ser direcionado diretamente para as camadas internas ou inferiores, evitando atrasos de sinal ou interferências cruzadas causadas pelo roteamento congestionado na mesma camada.
Em projetos de circuitos de alta velocidade, capacitores de filtro geralmente são colocados próximos a dispositivos BGA para suprimir o ruído de alimentação e garantir a integridade do sinal. No entanto, se forem utilizados muitos furos convencionais dentro do BGA, a área dos furos na parte traseira irá "competir por espaço" com os pads dos capacitores, resultando na impossibilidade de posicionar o capacitor próximo aos pinos do chip.
O Via-in-Pad pode evitar completamente conflitos espaciais com os capacitores da parte traseira ao integrar os furos nos pads do BGA, garantindo que os capacitores de filtro possam ser colocados "próximos" abaixo ou nas bordas do BGA, encurtando o caminho de alimentação e melhorando a eficiência do filtro. Isso é crucial para a estabilidade de circuitos de alta frequência e alta velocidade.
1. Liberação final do espaço de fiação PCB: O design integrado de furos passantes e pads pode reduzir a ocupação de espaço na superfície em mais de 30%, sendo especialmente adequado para designs de alta densidade e miniaturizados, como placas-mãe de smartphones e módulos de controle industrial.
2. Melhora a dissipação de calor e o desempenho elétrico: Para dispositivos de alta potência, como processadores e chips de potência, o Via-in-Pad pode reduzir a resistência térmica, acelerar a condução de calor para a camada interna ou camada de dissipação térmica e evitar superaquecimento localizado; ao mesmo tempo, o caminho de alimentação/sinal encurtado pode reduzir a indutância e resistência parasitas, diminuindo a atenuação do sinal e queda de tensão.
3. Melhora a flexibilidade do layout: Resolve o problema crítico de "canais de fiação insuficientes" em embalagens de alta densidade, tornando o layout de circuitos complexos, como módulos RF multicanal, mais flexível.
1. Aumento da complexidade do processo: São necessários processos especiais, como preenchimento de furos e nivelamento de superfície, que exigem maior precisão na perfuração e uniformidade no eletroplatinado, além de serem propensos a defeitos como bolhas nos furos e depressões na superfície.
2. Aumento dos custos de fabricação: Os processos especiais aumentarão os custos das PCBs em 15%-30%, e o ciclo de produção será estendido devido a inspeções de qualidade adicionais e retrabalhos.
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