Vii Blind și Îngropate în Proiectarea PCB: Un Ghid pentru Producători

Introducere în Viole Blind și Îngropate

În lumea rapidă a electronicii, cu cererea pieței pentru produse hardware de înaltă tehnologie, nevoia de miniaturizare, performanțe mai ridicate și funcții mai complexe pe plăci de circuit mai mici nu a fost niciodată mai mare. Proiectanții și producătorii de PCB-uri se confruntă, de asemenea, cu noi provocări, în timp ce încearcă să încadreze cât mai multă funcționalitate posibil în fiecare milimetru pătrat. Această provocare a condus la utilizarea traseelor de interconectare ascunse (blind și buried vias) în PCB-urile HDI și în proiectările de PCB-uri multistrat. Aceste trasee ascunse permit o optimizare fără precedent a spațiului, o dispunere mai densă a circuitelor și o integritate avansată a semnalului. Ca producător experimentat de plăci de circuit, LHD TECH și-a dezvoltat treptat capacitățile de procesare și fabricație alături de actualizările produselor de pe piață în ultimii 20 de ani. De la optimizarea sistemului și până la capacitatea precisă de fabricație a echipamentelor, precum și la managementul eficient al echipei de producție, totul evoluează în tandem cu cerințele epocii.

Să revenim la subiectul tehnologiei în sine, dar ce sunt exact aceste vias în proiectarea PCB? Cum sunt create vias-urile orb și cele îngropate? În comparație cu procesul tradițional prin găuri traversante, în ce sectoare este mai puternică și cărei audiențe i se adresează? În acest ghid complet, vom analiza în detaliu această tehnologie și vom dezvălui misterele vias-urilor orb și îngropate, vom explora modul în care sunt utilizate de producătorii experimentați de PCB și vom arăta cum oferă avantaje semnificative pentru următoarea dvs. proiectare complexă de PCB.

Rolul vias-urilor în proiectarea PCB

Să analizăm mai întâi procesul vias în circuitele imprimate (PCB). Din punct de vedere al principiilor fundamentale, vias-urile într-un PCB reprezintă conexiunile electrice care leagă diferitele straturi ale acestuia. Fiecare PCB multistrat—de la plăci simple cu 4 straturi până la stive complexe de 30+ straturi—se bazează pe vias-uri pentru a direcționa semnalele, alimentarea și masa între stratul exterior al PCB-ului și straturile interioare.

De ce sunt utilizate vias-urile?

• Vias-urile conectează un strat exterior la straturile interioare pentru o rutare flexibilă.
• Vias sunt placate cu cupru, creând o cale conductivă electric între straturile unei plăci PCB.
• Vias sunt frecvent utilizate pentru a reduce lungimea traseului semnalului, a îmbunătăți integritatea semnalului și a optimiza spațiul pe placă.
• Utilizarea vioaselor orb și a vioaselor îngropate permite inginerilor să reducă în mod semnificativ dimensiunea totală a plăcii PCB și numărul de vias cu găuri trecute necesare.

Pe baza înțelegerii de mai sus, în circuitele moderne HDI și PCB cu mai multe straturi, vioasele sunt grupate împreună în stive bine planificate pentru a echilibra performanța, fiabilitatea și posibilitatea de fabricație.

Noțiunile Fundamentale: Tipuri de Vias în PCB

Câte tipuri de vias există pe care le întâlnim în mod obișnuit? Înțelegerea diferitelor tipuri de vias este esențială pentru stăpânirea proiectării PCB și pentru obținerea unei performanțe optime a plăcii.

Acest tabel face o distincție clară:

Ce sunt vioanele orb?

Astăzi discutăm despre găuri orbe și găuri îngropate. Ce structură și principiu au exact găurile orbe? O cale orbulă este o conexiune care leagă un strat exterior al unei plăci PCB de unul sau mai multe straturi interne, fără a trece prin întreaga grosime până la celălalt strat exterior. Este numită „orb” deoarece este vizibilă și accesibilă doar dintr-o singură parte. Astfel, căile orbe sunt frecvent utilizate pentru a reduce numărul de straturi pe o placă PCB.

Detalii cheie și beneficii

• Căile orbe conectează suprafața superioară sau inferioară la straturi interne selectate, acest lucru permițând o utilizare optimă a straturilor disponibile pentru rutare.
• Căile orbe nu traversează întreaga grosime a plăcii PCB, economisind astfel spațiu valoros pe placă și eliberând suprafețele opuse pentru alte trasee sau componente.
• Deoarece interstițiile orbe sunt găurite doar parțial prin placă, ele permit o dispunere mai densă a circuitelor și sunt utilizate în mod tipic în PCB-urile HDI și modelele de ieșire BGA, ceea ce a îmbunătățit în mod semnificativ rata de utilizare a cablajului.
• Interstițiile orbe sunt de obicei mici (cu diametrul mai mic de 0,15 mm) și există cerințe extrem de ridicate pentru mașinile și echipamentele de găurire, astfel că este necesară o forare precisă cu laser sau o forare mecanică și mai precisă.
• Utilizarea interstițiilor orbe poate reduce grosimea PCB-ului, iar scopul acesteia este de a ajunge la o densitate ridicată a componentelor pentru produsele moderne.

Cum sunt găurite și realizate interstițiile orbe

Interstițiile orbe sunt găurite în etape specifice de laminare și găurire. Cantitatea, poziția și adâncimea acestora trebuie controlate pentru a evita străpungerea neintenționată a unor straturi. Acestea sunt apoi metalizate cu cupru pentru a forma trasee conductoare. Crearea interstițiilor orbe implică o pregătire atentă pentru a preveni blocarea aerului în interiorul PCB-ului sau o metalizare incompletă, asigurând o fiabilitate solidă.

Ce sunt interstițiile îngropate?

Spre deosebire de găurile orbe, găurile îngropate nu pătrund prin stratul exterior al plăcii. O traseu îngropat este un traseu care conectează două sau mai multe straturi interioare ale unei PCB și nu este vizibil sau accesibil din niciunul dintre straturile exterioare. Acestea sunt numite și trasee ascunse, deoarece sunt „îngropate” între straturile superficiale ale PCB-ului. Să învățăm mai multe despre găurile îngropate împreună.

Detalii cheie și beneficii

• În procesul de fabricare, traseele îngropate sunt perforate și metalizate în timpul fabricării subansamblelor interioare, înainte ca straturile exterioare să fie laminate.
• Din perspectiva structurii plăcilor multistrat, traseul îngropat conectează două straturi interioare — de exemplu, straturile 3 și 4 într-o placă PCB cu 8 straturi — oferind opțiuni de rutare fără a folosi spațiul de la suprafață.
• Diferența constă în faptul că traseele îngropate în proiectarea PCB permit proiectanților să izoleze traseele semnal, masa sau distribuția de putere, beneficiind în mod deosebit de proiectele complexe sau cu semnale mixte.
• Deoarece viasurile îngropate nu sunt vizibile după laminarea finală, este un avantaj major faptul că pot maximiza utilizarea stratului PCB și reduce crosstalk.
• Viasele îngropate sunt de obicei utilizate în PCB-uri multicamere avansate pentru telecomunicații, aerospațiu și electronice de înaltă densitate.

Alte tipuri de viori în PCB

Vias cu Găuri Trecute

În plăcile de circuite imprimate, Through-hole este o structură de găuri care conectează circuitele între diferite straturi ale PCB-ului. Găurile prin care se pot transmite semnale electrice între straturile de plăci sunt unul dintre cele mai fundamentale și mai frecvente tipuri de găuri în designul PCB tradițional.

• Conectează întregul stack PCB, de sus în jos.
• Utilizat pentru PCB-uri standard multilayer, conducte de componente și conectoare.
• Consumă mai mult spațiu și poate limita rutarea cu densitate ridicată.

Micro Vias

Microvia se referă la o gaură cu trecere de diametru foarte mic, în general de 0,1 mm sau mai mic, și este utilizată frecvent în diferite straturi de proiectare ale plăcilor de circuit imprimat cu interconectare de înaltă densitate (HDI). Are următoarele caracteristici:

• Vias extrem de mici care conectează doar straturile adiacente, formate prin ablație cu laser pentru PCB HDI.
• Pot fi stivuite sau decalate și sunt utilizate frecvent în proiecte dense pentru smartphone-uri, dispozitive purtabile sau echipamente medicale.
• Necesită producție și inspecție avansate din partea unor producători experimentați de PCB.

Tabel de comparație: Găuri ascunse vs. Găuri îngropate vs. Găuri cu trecere

De ce să folosiți vioane orbe și îngropate? Beneficii și limitări

În acest capitol, ne concentrăm asupra găurilor orbe și a celor îngropate. În considerentele de proiectare ale cerințelor produsului, care sunt avantajele și limitările utilizării vioanelor orbe și îngropate? Să facem împreună un rezumat și o diferențiere.

Avantajele vioanelor orbe și îngropate

• Optimizarea spațiului: În comparație cu designul cu găuri traversante, reduce dimensiunea și grosimea PCB-ului, permițând mai multe componente și trasee într-un spațiu mai mic.
• Izolare a Semnalelor: Poate nu numai izola semnalele critice sau planele de alimentare, ci și le poate proteja împotriva interferențelor electromagnetice/crosstalk.
• Rutare îmbunătățită: Vias-urile conectează straturile exterioare și interioare ale PCB-ului pentru o dispunere mai flexibilă și eficientă.
• Design complex al PCB-ului: Face posibilă utilizarea BGA-urilor dense, FPGA-urilor și a circuitelor integrate cu pas fin fără a crește în mod dramatic numărul de straturi ale PCB-ului sau amprenta plăcii.
• Utilizarea stratului PCB: Vias-urile îngropate asigură conexiuni în interiorul straturilor unei plăci PCB fără a ocupa spațiul de pe straturile exterioare, reducând aglomerarea și permițând separarea stratificată a semnalelor sau a planurilor de alimentare. A contribuit în special la progrese tehnologice în industria aviatică/comunicații/echipamente medicale.
• Integritate îmbunătățită a semnalului: Utilizarea vioanelor blind și buried în proiectarea PCB reduce formarea stub-urilor de semnal, minimizând reflexiile, pierderile și interferențele electromagnetice, ceea ce este esențial pentru circuitele de înaltă viteză și RF.
• Optimizare termică: O poziționare eficientă a vioanelor poate ajuta la distribuirea și disiparea căldurii, reducând riscul apariției punctelor fierbinți și îmbunătățind fiabilitatea pe termen lung a asamblărilor complexe de PCB.

Limitări ale vias-urilor orb și îngropate

• Complexitate crescută în fabricație: Fabricarea vioanelor blind și buried implică etape suplimentare de găurire și laminare, realizabile doar cu producători experimentați de PCB și un control riguros al calității, testând totodată capacitatea de producție a fabricantului.
• Costuri mai mari de producție: Fiecare ciclu suplimentar de laminare, fiecare etapă de umplere sau orice via adițional înseamnă creșterea costului de producție a PCB-ului și consumul de material—mai ales în produsele PCB multistrat și PCB HDI. Astfel, prețul produselor PCB este și el relativ ridicat.
• Testarea și inspecția: Vioanele blind și buried sunt uneori dificil de inspectat pentru defecte, necesitând tehnici avansate precum RADIOGRAFIE X imagistică pentru a asigura calitatea.
• Riscuri potențiale de fiabilitate: Dacă controlul procesului nu este perfect, pot apărea riscuri precum aer închis în PCB, placare incompletă de cupru sau delaminare.

Proces de fabricație: Crearea vioanelor orb și îngropate

Prezentare generală

The fabricarea de PCB procesul de realizare a vazelor blind și a vazelor îngropate pe PCB-uri este complex și precis. Cu toate acestea, procesul de fabricație al acestor vaze are o importanță deosebită în îmbunătățirea performanței PCB-urilor, reducerea numărului de straturi ale plăcii și creșterea utilizării spațiului.

1. Proiectarea stratificării: Proiectarea laminată este baza structurală a găurilor blind și îngropate. Proiectarea începe prin maparea straturilor unei plăci PCB și a locurilor unde sunt necesare conexiuni prin vaze; o vază blind conectează un strat exterior la unul sau mai multe straturi interioare; o vază îngropată conectează două straturi interioare, fără a ajunge la suprafețele exterioare.
2. Forare:

• Găurile blind sunt perforate doar parțial prin stratificare (de la exterior la interior), de obicei folosind o tehnologie de foraj mecanic sau cu laser extrem de precisă.
• Producția vazelor îngropate necesită forarea straturilor asamblate parțial înainte de laminarea completă a stratificării, spre deosebire de găurile blind.

3.Laminare: Tratamentele de laminare pentru cele două sunt, de asemenea, diferite. În cazul zonelor interne (vias îngropate), straturile sunt comprimate împreună, iar ulterior sunt adăugate mai multe straturi.

4.Placare: Toate vias-urile, inclusiv cele prin găuri traversante, cele necapilare și cele îngropate, sunt metalizate cu cupru folosind procedee chimice și electrodepunere pentru a garanta conductivitatea.

5.Testarea: Testări avansate — în special pentru vias-urile îngropate în circuite imprimate — cum ar fi analiza cu raze X sau analiza prin microsecțiuni asigură formarea corectă și fiabilitatea vias-urilor.

Aplicații și cazuri de utilizare

Vias-urile necapilare și cele îngropate au devenit standard în proiectarea avansată de PCB. Pot îmbunătăți semnificativ rata de utilizare a spațiului, reducând suprafața plăcii, numărul de straturi și făcând designul mai compact, fiind utilizate în practic fiecare domeniu unde este necesară o performanță ridicată, densitate mare sau reducerea dimensiunii.

Exemple de industrii care utilizează vias-uri necapilare și îngropate

• PCB HDI pentru telefoane inteligente: Traseele blind conectează padoanele exterioare la rutarea internă, iar traseele îngropate în PCB minimizează EMI și direcționează semnale critice de mare viteză cu precizie, cererea de pe piață pentru telefoane inteligente crescând în mod semnificativ.
• Echipamente de Rețele: Traseul îngropat conectează două plane izolate într-un PCB cu mai multe straturi pentru integritatea semnalului în comutatoarele și ruterele de telecomunicații.
• Dispozitive medicale purtabile: Traseele blind și cele îngropate oferă izolare a semnalelor în dispozitive implantabile mici și extrem de fiabile, oferind un spațiu vast pentru optimizare și asistență echipamentelor medicale actuale.
• Electronice pentru automobile: În contextul pieței caracterizat de o modernizare cuprinzătoare a industriei de fabricație auto, modulele ADAS și de divertisment folosesc atât trasee blind, cât și îngropate pentru a reduce dimensiunea plăcii, asigurând performanța în condiții dure de mediu.
• Aplicații în domeniul aerospațial: Viazile îngropate oferă o transmisie robustă și ecranată pentru datele senzorilor sau de control, cu o fiabilitate excelentă chiar și în condiții de vibrații sau temperaturi extreme.

Cost Factori și Fiabilitate
Factori de Cost

Datorită faptului că tehnologia de găuri ascunse și îngropate necesită procese speciale, cum ar fi forarea, placarea cu cupru și tratamente de acoperire, aceasta de obicei crește costurile de producție. În special la produsele de gamă medie și de bază, utilizarea acestei tehnologii poate fi dificilă. Prin urmare, creșterea costurilor este un factor important în cerințele de proces ale unor industrii.

• Etape Avansate de Producție: Utilizarea viaselor orb și a celor îngropate necesită mai multe etape de producție decât viasle clasice prin găurire, ceea ce duce la creșterea atât a costurilor de configurare, cât și a celor pe placă.
• Alegerea Materialelor și Numărul de Straturi: Cu cât o placă PCB are mai multe straturi, cu atât este mai frecventă necesitatea fabricării viaselor orb și îngropate. Pre-impregnatele cu Tg înalt și foliile speciale cresc suplimentar costurile.
• Costuri de Testare și Inspecție: Inspecția viaselor ascunse—mai ales structurile cu găuri îngropate—presupune adesea utilizarea suplimentară a radiografiilor/CT sau a microsecționărilor distructive.

Considerente privind fiabilitatea

În ciuda creșterii costurilor, unele produse hardware tehnologice din anumite domenii au cerințe ridicate privind efectul de disipare termică și rezistența mecanică a plăcilor de control. Selectarea cerințelor de fabricație cu găuri ascunse este, de asemenea, o cale inevitabilă pentru iterația produsului.

• Placarea și Umplerea Corespunzătoare: Asigurarea că viasurile sunt acoperite uniform cu cupru și, dacă este necesar, umplute, este esențială pentru fiabilitatea electrică și pentru prevenirea defectelor datorate lipirii/termice.
• Stres datorat ciclurilor termice: Viazii, în special cei ascunși, sunt vulnerabili la crăpare sau delaminare dacă nu sunt realizați cu procesul și materialele potrivite.
• Aer închis în PCB: Defecțiunile cauzate de aer sau goluri pot duce la defecte premature în exploatare.
• Implicați producători experimentați de PCB: Bazați-vă pe parteneri care înțeleg cum să realizeze, inspecteze și testeze corect designurile de PCB cu vias orbi și îngropați pentru o durată lungă de viață.

Sfaturi de proiectare pentru utilizarea traseelor ascunse și îngropate

Cerințele de producție pentru găurile ascunse și îngropate sunt atât de ridicate, iar funcțiile lor atât de semnificative, încât se impun cerințe înalte și asupra structurii de proiectare. Pornind de la înțelegerea clientului privind nevoile produsului, până la selecția materialelor, apoi la costuri și capacitatea de fabricație a furnizorului, ar trebui realizată o proiectare rațională prin luarea în considerare complexă a tuturor acestor factori. Următorii factori trebuie prioritizați:

• Consultarea timpurie a producătorilor de PCB: Utilizați producători experimentați de PCB și verificați restricțiile tehnice ale acestora privind adâncimea viasului orb, raportul de aspect și dimensiunea minimă a găurii.
• Planificarea structurii stratificate: La proiectarea unui PCB cu mai multe straturi, delimitați clar semnalele sau alimentările care trebuie menținute izolate și locurile unde se adaugă vias îngropați pentru o utilizare optimă a straturilor.
• Evitați utilizarea excesivă: Utilizați doar vias oculte și vias îngropate acolo unde este esențial. Utilizarea excesivă crește costurile și scade randamentul.
• Umplerea vias: Pentru vias în pad și microvias, specificați întotdeauna dacă via trebuie umplut sau acoperit.
• Degajare termică: Conectați vias pentru alimentare/masă la plane folosind designuri de paduri cu „relief termic”, oferind o mai bună sudabilitate și reducând riscurile de tensiune.
• Cupoane de testare: Solicitați cupoane pentru a permite secționarea distructivă în timpul producției vias îngropate, pentru a confirma calitatea fabricației.
• Abordați vias suprapuse și vias decalate: Atunci când este necesar, decalați microvias sau limitați stivuirea grupurilor de vias oarbe și îngropate pentru o fiabilitate sporită.

Întrebări frecvente

Î: Cum diferă căile orbite și îngropate de căile standard prin găurire completă?
R: Căile orbite conectează un strat exterior la unul sau mai multe straturi interioare, dar nu trec complet prin placă. Căile îngropate conectează două straturi interioare, rămânând „ascunse” după laminare. Căile prin găurire completă conectează suprafața cu suprafața, trecând direct prin placa PCB.
Î: Când ar trebui să folosesc căi orbite și îngropate în fabricarea pcb-urilor?
A: Utilizați trasee ascunse și îngropate pentru layout-uri dense de circuite HDI, componente BGA cu pas fin, semnale de înaltă viteză sau atunci când minimizarea dimensiunii plăcii este esențială.
Î: Sunt traseele ascunse și îngropate fiabile?
A: Da, cu parteneri experimentați în fabricarea de circuite imprimate și cu controale adecvate ale proceselor de găurire, placare și umplere. Există provocări legate de asigurarea faptului că fiecare traseu este corect format și inspectat.
Î: Pot combina tipuri diferite de trasee pe o singură placă?
A: Desigur! Majoritatea proiectelor moderne complexe de circuite imprimate folosesc o combinație de trasee clasice prin găuri, trasee ascunse, trasee îngropate și chiar microtrasee, în funcție de necesitățile circuitului.
Î: Cum influențează producerea traseelor îngropate timpul de livrare?
A: Adăugarea traseelor îngropate la un circuit imprimat prelungește timpul de execuție din cauza laminării suplimentare, a găuririi adiționale și a unei inspecții mai riguroase. Planificați corespunzător.

Concluzie: Ar trebui să utilizați trasee ascunse și îngropate?

Dacă lucrați la un design de PCB strâns, complex sau cu înaltă tehnologie, aceste plăci speciale sunt practic esențiale. Ele ajută la micșorarea dimensiunii plăcii, mențin semnalele curate și fac posibilă rutarea tuturor acelor conexiuni complicate din gadgeturile actuale. Dar iată problema – costul lor de fabricație este mai mare, iar veți avea nevoie de un producător care chiar să-și cunoască meseria. De aceea este înțelept să implicați partenerul de fabricație din timp, să folosiți doar plăci blind și îngropate acolo unde le aveți nevoie cu adevărat și să verificați de două ori dacă pot executa proiectul dumneavoastră înainte de a trimite fișierele.
Concluzia: dacă lucrați cu PCB-uri HDI, încercați să reduceți numărul de plăci obișnuite prin întreg stratul sau doriți performanțe excepționale într-un PCB cu mai multe straturi, nu ar trebui să ignorați ce pot face pentru dumneavoastră plăcile blind și îngropate.