Slepe i zakopane vijai u projektovanju PCB-a: Vodič proizvođača

Uvod u slepe i zakopane vije

У свету електронике који се брзо развија, због тражње на тржишту за хардверским производима високе технологије, потреба за минијатуром, већим учинком и сложенијим функцијама на мањим штампаним плочама никада није била већа. Дизајнери и произвођачи ППМ-ова су такође суочени с новим изазовима, док покушавају да сместе максимум функционалности у сваки квадратни милиметар. Овај изазов довео је до употребе слепих и угљених проводника у ХДИ ППМ-овима и вишеслојним конструкцијама ППМ-ова. Ови скривени проводници омогућавају безпрекорну оптимизацију простора, гушће распореде кола и напредну целину сигнала. Као искусан произвођач штампаних плоча, ЛХД ТЕЦХ је у последњих 20 година пратио развој својих процесних и производних капацитета уз ажурирања производа на тржишту. Од оптимизације система до прецизних производних могућности опреме, па до ефикасног управљања радном екипом, све иде у корак са захтевима доба.

Вратимо се на тему технологије, али шта су заправо ови вијаци у дизајну штампаних плоча? Како се праве слепи и угљени вијаци, у поређењу са традиционалном технологијом кроз-отвора, у којим секторима су јачи и коме су намењени? У овом исцрпном водичу, детаљно ћемо истражити технологију и расветлити тајне слепих и угљених вијака, испитати како их користе искусни произвођачи штампаних плоча и показати како нуде значајне предности за ваш следећи комплексан дизајн штампане плоче.

Улога вијака у дизајну штампаних плоча

Прво да погледамо процес вијака на штампаним плочама. Са становишта основних принципа, вијаци на штампаним плочама су електрични спојеви који повезују различите слојеве плоче. Свака вишеслојна штампана плоча — од једноставних 4-слојних до комплексних више од 30 слојева — зависи од вијака да би преносила сигнале, напајање и масу између спољашњих и унутрашњих слојева плоче.

Зашто се користе вијаци?

• Вијаци повезују спољашњи слој са унутрашњим слојевима ради флексибилног монтажирања.
• Вије су прекривене бакром, чиме се ствара електрично проводни пут између слојева ППП-а.
• Вије се обично користе за смањење дужине сигнала, побољшање интегритета сигнала и оптимизацију простора на табли.
• Коришћење слепих и укопаних вија омогућава инжењерима да драматично смање укупну величину ППП-а и број потребних отвора који пролазе кроз цео материјал.

На основу горњег разумевања, код модерних ХДИ и вишеслојних ППП кола, вије се групишу у пажљиво планиране конфигурације како би се избалансирала перформанса, поузданост и могућност производње.

Основе: Типови вија на ППП-у

Колико типова вија постоји које обично видимо? Разумевање различитих типова вија је основно за овладавање пројектовањем ППП-а и постизање оптималних перформанси плате.

Ова табела прави јасну разлику:

Шта су слепи вији?

Данас разговарамо о слепим и угњежђеним отворима. Дакле, каква је тачно структура и принцип слепих отвора. Слепи виј је виј који повезује спољашњи слој штампане плоче са једним или више унутрашњих слојева, али не пролази кроз супротни спољашњи слој. Назива се „слеп“ зато што је видљив и доступан само са једне стране, тако да се слепи вији често користе за смањење броја слојева на штампаној плочи.

Кључни детаљи и предности

• Слепи вији повезују горњу или доњу површину са одабраним унутрашњим слојевима, како би се постигао оптималан коришћење доступних слојева за трасирање.
• Слепи вији не продиру кроз целу дебљину штампане плоче, чиме не само штеде вредан простор на плочи, већ ослобађају супротне површине за друге трасе или компоненте.
• Пошто слепе прождре бушења пролазе само делимично кроз плату, оне омогућавају гушћи распоред кола и обично се користе у HDI штампаним платама и BGA искачућим шаблонима, знатно побољшавајући степен искоришћења проводника.
• Слепе прождре су обично мале (пречника мањег од 0,15 mm) и постоје изузетно високи захтеви према машинама и опреми за бушење, па је неопходно коришћење прецизних ласера или још прецизнијег механичког бушења.
• Коришћење слепих прождри може смањити дебљину штампане плате, а њихова сврха је омогућавање високе густине компоненти код модерних производа.

Како се праве слепе прождре

Слепе прождре се буше током одређених фаза ламинирања и бушења. Њихов број, положај и дубина морају бити под контролом како би се избегло пробијање непредвиђених слојева. Затим се прекрију бакром да би формирале проводне стазе. Израда слепих прождри захтева пажљиву припрему ради спречавања затварања ваздуха унутар штампане плате или непотпуног наношења, чиме се осигурава поузданост.

Шта су унутрашње прождре?

Za razliku od slepih rupa, zakopane rupe ne prodiru kroz spoljašnji sloj ploče. Zakopani provodnik je provodnik koji povezuje dva ili više unutrašnjih slojeva PCB-a i nije vidljiv niti dostupan sa bilo kog spoljašnjeg sloja. Ovi se nazivaju i skriveni provodnici, jer su „zakopani“ između površinskih slojeva PCB-a. Hajde da zajedno saznamo više o zakopanim rupama.

Кључни детаљи и предности

• Tokom procesa proizvodnje, zakopani provodnici se buše i prevlače tokom izrade unutrašnjih podsklopova, pre nego što se spoljašnji slojevi laminiraju.
• Sa stanovišta strukture višeslojnih ploča, zakopani provodnik povezuje dva unutrašnja sloja — na primer, slojeve 3 i 4 na 8-slojnoj PCB ploči — pružajući mogućnosti rutiranja bez korišćenja prostora na površini.
• Razlika je u tome što zakopani provodnici u projektovanju PCB-a omogućavaju dizajnerima da izoluju putanje signala, uzemljenje ili distribuciju napajanja, što značajno koristi kompleksnim ili mešovitim projektima.
• Пошто унутрашње отворе није могуће видети након завршне ламинирације, велика је предност да они максимално искоришћавају слојеве ПЦБ-а и смањују међусобни утицај.
• Унутрашњи отвори се обично користе у напредним вишеслојним ПЦБ-овима за телекомуникације, аеропростор и електронику високе густине.

Други типови отвора на ПЦБ-у

Отвори који пролазе кроз цео материјал

На штампаним колима, провучени отвор је структура рупе која повезује кола између различитих слојева ПЦБ-а. Провучени отвори омогућавају пренос електричних сигнала између слојева плате и представљају један од основних и најчешћих типова рупа у традиционалном дизајну ПЦБ-а. Има следеће карактеристике:

• Повезује цео склоп ПЦБ-а, од врха до дна.
• Користи се за стандардне вишеслојне ПЦБ-ове, изводе компоненти и конекторе.
• Заузимају више простора и могу ограничити монтажу високе густине.

Микро вији

Микро вија се односи на проврт са веома малим пречником, обично 0,1 мм или мањим, и често се користи у различитим слојевима дизајна штампаних плоча са високом густином повезивања (HDI). Има следеће карактеристике:

• Врло мали вијаци који повезују само суседне слојеве, направљени употребом ласерске аблације за HDI штампане плоче.
• Могу бити постављени у низ или померени, и често се користе у компактним дизајнима паметних телефона, носивих уређаја или медицинских уређаја.
• Захтевају напредну производњу и инспекцију од стране искуствених произвођача штампаних плоча.

Табела поређења: Слепи, Угњеждени и Пролазни проврти

Зашто користити слепе и угушене проводнике? Предности и ограничења

У овом поглављу фокусираћемо се на слепе и угушене отворе. У разматрању дизајна захтева производа, које предности и ограничења имамо када користимо слепе и угушене проводнике? Хајде заједно да их сумирамо и разликујемо.

Предности слепих и угушених проводника

• Optimizacija prostora: У поређењу са конструкцијом са провученим отворима, овај приступ смањује величину и дебљину штампане плоче, омогућавајући смештај више компонената и трака на мањем простору.
• Izolacija signala: Може не само да изолује критичне сигнале или равни напајања, већ и да их заштити од ЕМП/међусобних интерфереција.
• Побољшано рутирање: Вијаци повезују спољашње и унутрашње слојеве штампане плоче, омогућавајући флексибилније и ефикасније распореде.
• Комплексан дизајн штампане плоче: Чини изводљивим коришћење густих BGAs, FPGAs и ИЦ-ова са малим размаком без драматичног повећања броја слојева штампане плоче или површине плате.
• Искоришћење слојева штампане плоче: Поткопани вијаци обезбеђују повезивање унутрашњих слојева штампане плоче без заузимања простора на спољашњим слојевима, смањујући прекрчајност и омогућавајући одвојеност сигнала или равни напајања по слојевима. Посебно је допринео технолошким проривима у индустрији авионике/комуникација/медицине.
• Побољшана интегритет сигнала: Коришћење слепих и угњурених вија у дизајну штампаних плоча смањује формирање сигнальних стубова, минимизирајући рефлексије, губитак и електромагнетне смете, што је од суштинског значаја за високобрзинске и РФ кола.
• Термална оптимизација: Ефикасна постава вија може помоћи у расподели и распршавању топлоте, смањујући ризик од тачака прегревања и побољшавајући дуготрајну поузданост код комплексних склопова штампаних плоча.

Ograničenja slepih i pokopanih vijeva

• Повећана производна комплексност: Производња слепих и угњурених вија подразумева додатне кораке бушења и ламинирања, што је изводљиво само код искуствених произвођача штампаних плоча са прецизном контролом квалитета, као и тестирањем капацитета произвођача.
• Већи трошак производње: Сваки додатни циклус ламинирања, корак пуњења или додатни вија значи повећан трошак производње штампане плоче и већу потрошњу материјала — нарочито код вишеслојних и ХДИ штампаних плоча. Стога су и цene производа штампаних плоча релативно високе.
• Тестирање и инспекција: Slepe i ukopane vije su ponekad teške za proveru na greške, što zahteva napredne tehnike poput X-ZRKA snimanja kako bi se osiguralo kvalitet.
• Potencijalni rizici u pogledu pouzdanosti: Ako kontrola procesa nije savršena, mogu se pojaviti rizici poput zarobljenog vazduha u PCB-u, nepotpunog prevlačenja bakrom ili odvajanja slojeva.

Производни процес: Израда слепих и унутрашњих вија

Pregled

The proizvodnja PCB-a процес израде слепих и унутрашњих преко-отвора на штампаним плочама је комплексан и прецизан. Међутим, процес производње ових отвора има велики значај за побољшање перформанси штампаних плоча, смањење броја слојева плате и повећање искоришћености простора.

1. Дизајн слојева: Ламинацијски дизајн је структурна основа слепих и унутрашњих отвора. Дизајн почиње дефинисањем слојева штампане плоче и места где отвори треба да повежу — слепи отвор повезује спољашњи слој са једним или више унутрашњих слојева; унутрашњи отвор повезује два унутрашња слоја, али се не протеже до спољашњих површина.
2. Бушење:

• Слепи отвори се буше само делимично кроз структуру (од спољашњег ка унутрашњем), обично коришћењем веома прецизног механичког или ласерског бушења.
• Производња унутрашњих отвора захтева бушење у потскуповима слојева пре потпуне ламинирације, за разлику од слепих отвора.

3.Laminiranje: Ламинација за ова два типа је такође различита. За скривене проводнике, слојеви се притискају заједно, а затим се додају додатни слојеви. Израда штампаних плоча са слепим и скривеним проводницима захтева савршену регистрацију и поравнање.

4.Zaliva: Сви проводници, укључујући отворене, слепе и скривене проводнике, прекривени су бакром хемијским и електролитичким наношењем како би се осигурала проводност.

5.Testiranje: Напредно тестирање — посебно за скривене проводнике на штампаној плочи — као што су рендген или анализе микросекције, осигурава исправно формиране и поуздане проводнике.

Aplikacije i slučajevi upotrebe

Слепи и скривени проводници постали су стандард у напредном дизајну штампаних плоча. Могу значајно побољшати искоришћеност простора, смањити површину плате, смањити број слојева и учинити дизајн компактнијим, а користе се у скоро свим индустријама где је потребна висока перформанса, густина или смањење величине.

Примери индустрија које користе слепе и скривене проводнике

• HDI PCB za pametne telefone: Slepe vije povezuju spoljašnje kontaktne površine sa unutrašnjim trakama za usmeravanje signala, dok ukopane vije u PCB smanjuju EMI i precizno usmeravaju kritične signale visoke brzine, a potražnja na tržištu za pametnim telefonima se široko povećava.
• Mrežno opreme: Ukopana via povezuje dve izolovane ravni u višeslojnom PCB-u radi integriteta signala u telekomunikacionim preklopnicima i ruteraima.
• Medicinski nosivi uređaji: Slepe i ukopane vije obezbeđuju izolaciju signala u malim, visoko pouzdanim uređajima za implantaciju, pružajući veliki prostor za optimizaciju i poboljšanje postojeće medicinske opreme.
• Automobilska elektronika: У тржишном окружењу комплетне надоградње индустрије производње аутомобила, ADAS и информатички модули користе слепе и укопане вије за смањење величине плате, осигуравајући перформансе у тешким условима околине.
• Primene u aerokosmici: Укопани вијеви обезбеђују чврсту екранирану трансмисију података сензора или контроле, са изузетном поузданошћу чак и у условима вибрација или екстремних температура.

Trošak Фактори и поузданост
Činiovi cena

Због тога што технологија слепих и унутрашњих отвора захтева специјалне процесе као што су бушење, наношење бакра и обрада премазивањем, обично повећава трошкове производње. Посебно код средњих и нижих сегмената производа, може бити тешко користити ову технологију. Стога је повећање трошкова важан фактор у технолошким захтевима неких индустрија.

• Напредни процеси производње: Коришћење слепих и укопаних вијева захтева више фаза производње него традиционални провучени вијеви, чиме се повећавају и трошкови припреме и трошкови по плаци.
• Избор материјала и број слојева: Што је већи број слојева ПЦБ-а, чешће је потребно извођење слепих и укопаних вијева. Препрегови са високом Tg вредношћу и специјалне фолије даље повећавају трошкове.
• Трошкови тестирања и инспекције: Инспекција скривених вијева — посебно структура укопаних рупа — често укључује додатне X-зраке/CT или уништавајуће микросекционирање.

Аспекти поузданости

Упркос растућим трошковима, неки производи технолошке опреме у одређеним областима имају високе захтеве према ефекту расипања топлоте и механичкој чврстоћи контролних табли. Одабир захтева за производњу са слепим и уграђеним отворима такође је неизбежан пут за итерацију производа.

• Одговарајуће наношење премаза и пуњење: Обезбеђивање да су вијаци равномерно премазани бакром и, ако је неопходно, испуњени, од суштинског је значаја за електричну поузданост и спречавање кварова услед лемљења/прегревања.
• Напон од термичког циклирања: Вијаци, посебно скривени вијаци, подложни су пуцању или расслојавању ако нису направљени правилним процесом и материјалима.
• Затворен ваздух у штампаној плочи: Мане услед затвореног ваздуха или празнина могу довести до прематурних кварова у пракси.
• Укључите искусне произвођаче штампаних плоча: Поверите се партнери који разумеју како правилно израдити, проверити и тестирати штампане плоче са слепим и угњежденим вијцима ради дугог века трајања.

Савети за пројектовање коришћења слепих и уграђених отвора

Производни захтеви за слепим и угњуреним отворима су толико високи, а њихове функције толико значајне, да се и на структуру дизајна постављају високи захтеви. Од разумевања потреба производа код клијента, преко избора материјала, до трошкова и производних капацитета добављача, треба направити разуман дизајн уз узимање у обзир свих ових фактора. Приоритетно треба размотрити следеће факторе:

• Рани консултације са произвођачима штампаних плоча: Користите искусне произвођаче штампаних плоча и проверите њихова техничка ограничења у вези дубине слепих вијака, односом дужине према пречнику и минималном пречнику бушења.
• Планирање слојева: Приликом пројектовања вишеслојне штампане плоче, јасно одредите који сигнали или напајање морају остати изоловани и где се додају унутрашњи прелазни отвори ради најбољег искоришћења слојева.
• Избегавајте прекомерну употребу: Користите слепе и унутрашње прелазне отворе само тамо где су неопходни. Прекомерна употреба повећава трошкове и смањује принос.
• Пуниње прелазних отвора: За прелазне отворе у контактним пољима и микропрелазне отворе, увек наведите да ли треба да буду испуњени или затворени.
• Термичко оптерећење: Повежите отворе за напајање/земљу са равнима користећи дизајн контактних поља са „термалним отпором“, чиме се побољшава лемљивост и смањују ризици напона.
• Тест купони: Затражите купоне како бисте омогућили уништавајуће исечак током производње унутрашњих прелазних отвора ради потврђивања квалитета производње.
• Обрадите сложене и померене прелазне отворе: Када је неопходно, померите микропрелазне отворе или ограничите груписање слепих и унутрашњих прелазних отвора ради побољшања поузданости.

Često postavljana pitanja

P: U čemu se razlikuju slepi i skriveni vijevi od standardnih provučenih vijeva?
O: Slepim vijevima ostvaruje se veza spoljašnjeg sloja sa jednim ili više unutrašnjih slojeva, ali ne i kroz ceo pano. Skriveni vijeve povezuju dva unutrašnja sloja i nakon laminacije su „skriveni“. Provučeni vijeve povezuju površinu sa površinom pravo kroz PCB.
P: Kada treba koristiti slepe i skrivene vijeve u proizvodnji ploča?
A: Користите слепе и укопане вије за густе HDI штампане плоче, фине BGAs, високе брзине сигнала или када је минимизација величине плате од суштинског значаја.
П: Да ли су слепе и укопане вије поуздане?
A: Да, уз партнера произвођача штампаних плоча са искуством и исправну контролу процеса бушења, наношења и попуњавања. Постоје изазови у осигуравању да је свака вија исправно формирана и проверена.
П: Могу ли мешати типове вија на једној табли?
A: Апсолутно! Већина модерних комплексних конструкција штампаних плоча користи комбинацију традиционалних провучених вија, слепих вија, укопаних вија и чак микровија, у зависности од потреба кола.
П: Како производња укопаних вија утиче на рок испоруке?
A: Додавање укопаних вија на штампану плочу повећава рок испоруке због додатне ламинирације, додатног бушења и детаљније инспекције. Планирајте одговарајуће.

Закључак: Да ли треба да користите слепе и укопане вије?

Ако радите на компактном, комплексном или високотехнолошком дизајну штампане плоче, ови специјални проводни отвори су практично неопходни. Они помажу да смањите величину табле, одржавају сигнале чистим и омогућавају усмеравање свих тих компликованих веза у данашњим уређајима. Али ево проблема – скупљи су за производњу, а потребан вам је произвођач који стварно зна свој посао. Због тога је паметно да укључите партнера за израду на самом почетку, користите слепе и угушене отворе само тамо где вам заиста требају и двапут проверите да ли могу да реализују ваш дизајн пре него што пошаљете своје податке.
Кратко речено: ако имате посла са HDI штампаним плочама, покушавате да смањите број обичних провидних отвора или тежите изузетно добром перформансама на вишеслојној штампаној плочи, не би требало да занемарите оно што слепи и угушени отвори могу да значе за вас.