Vijak u navoju

Šta je Via-in-Pad?

Via-in-Pad je napredna tehnologija provrtanja korišćena u projektovanju PCB ploča visoke gustine. Njena osnovna karakteristika je integracija metalizovanog provrta (PTH) direktno u pad površinske montažne komponente, ostvaruje električnu vezu taloženjem provodnih materijala poput bakra unutar provrta, a zatim pokriva provrt solder maskom kako bi se osigurala pouzdanost lemljenja.

Za razliku od tradicionalnih provrtâ, tradicionalni PTH-ovi su obično raspoređeni u nelemljenim oblastima van pločica komponenti i potrebno je povezati ih sa pločicama putem dodatnih traga; dok Via-in-Pad izostavlja ovu prelaznu strukturu, omogućavajući da provrt i pločica budu direktno integrisani. Ovako projektovanje deluje kao da se u središtu pločice otvara „direktni kanal“, što može znatno skratiti put prenosa signala i smanjiti kašnjenje i gubitak signala. Sa aspekta praktične vrednosti, prednosti via-in-pad tehnologije ogledaju se u dve oblasti: iskorišćenje prostora i poboljšanje performansi: ugradnjom provrta u pločicu smanjuje se prostor za vođenje traga na štampanoj ploči, što doprinosi smanjenju dimenzija proizvoda; istovremeno, skraćeni put signala smanjuje rizik od naglog promena impedanse i poboljšava integritet signala.

Međutim, ova tehnologija postavlja veće zahteve na proces proizvodnje: neophodno je tačno kontrolisati tačnost bušenja (prečnik rupe je obično ≤0,3 mm) i jednoličnost galvanskih slojeva kako bi se osigurala pouzdana veza između bakarnog sloja zida rupe i kontaktne površine; neki dizajni takođe zahtevaju da se rupe popune smolom i izravnaju kako bi se izbegle mehuriće ili hladni lemovi tokom zavarivanja. Stoga, njegova cena proizvodnje je viša u odnosu na tradicionalnu PTH tehnologiju i obično se koristi u scenarijima sa zahtevima za visoku gustinu i visok učinak.

Smernice za projektovanje otvora u kontaktima (Via-in-Pad)

Primeni otvora u kontaktima (via-in-pad) potrebno je dati ocenu u kombinaciji gustine rasporeda štampanih kola (PCB) i karakteristika komponenti. U nastavku su date preporuke za projektovanje u određenim scenarijima:

1. Scenariji u kojima nije potreban via-in-pad

Nakon završetka dizajna ventilacije u ranoj fazi PCB rutiranja, ako se unutrašnji sloj rutiranja može ostvariti putem konvencionalnih prelaza (via), nije neophodno koristiti prelaze u kontakt (via-in-pad). Uzimajući BGA komponente u korpku kao primer, kada je putanja ventilacije smeštena u centralnu zonu između kontakt-površina, efikasno rutiranje se može ostvariti optimizacijom parametara prelaza i trase. Tipični standardi dizajna su sledeći:

• Prečnik prelaza (via): 0,15–0,2 mm
  
• Širina trase: 3–4 mila (oko 0,076–0,102 mm)
  
• Širina prstena: 0,3–0,4 mm
  

Na osnovu gorenavedenih parametara, kada je razmak između pina BGA komponente veći od 0,35 mm, prostor između kontakt-površina je dovoljan za smeštanje konvencionalnih prelaza i trase, a ventilacija se može izvršiti bez upotrebe prelaza u kontaktu. U ovom slučaju, biranje tradicionalnog dizajna omogućava bolju ravnotežu između troškova i pouzdanosti procesa.

2. Situacije kada se preporučuje upotreba prelaza u kontaktu (via-in-pad)

Када је размак између контактних тачака компоненте превише мали, чиме се олакшава постизање конвенционалног вентилатора, уградња отвора у контактну површину постаје неопходан избор. На пример, простор између контактних површина пакета BGA високе густине је уски, а конвенционални отвори и трагови се не могу организовати због ограничења величине. У том случају, отвори се морају директно интегрисати у контактне површине, а канали за проводнике унутрашњих или доњих слојева се отварају коришћењем отвора у контактној површини како би се избегле кашњења сигнала или неуспех у постављању услед претераног блокирања.

Кратко речено, основна примена отвора у контактној површини је решавање проблема „уžан пролаз за повезивање при високогустинском постављању“. При пројектовању, неопходно је прво проценити изводљивост коришћењем параметара размака контактних тачака и вентилатора, а затим одлучити да ли ће се применити ради постизања оптималне равнотеже између перформанси, трошкова и могућности производње.

Основна вредност отвора у контактној површини у BGA пакетирању

Kod BGA uređaja sa malim brojem pina, konvencionalni dizajn s proširenjem može zadovoljiti zahteve za rutiranje bez korišćenja vija u kontakt pločici (Via-in-Pad). Međutim, kada BGA ima veliki broj pina, veliki broj vijova za proširenje brzo zauzima ograničeni prostor za rutiranje, što dovodi do gužve u signalnim putanjama. U tom slučaju, integracija vijova u Vijove u kontakt pločici omogućava da se originalno nezavisni „pločice + vijovi“ kombinuju u jedno, značajno oslobađajući prostor na površini štampane ploče i omogućavajući uslove za visokogustinsko rutiranje.

Naročito kada je korak pina BGA redukovan ispod 0,3 mm, ne postoji dovoljno prostora između pločica za smeštanje konvencionalnih vijova i traga, pa Vijovi u kontakt pločici postaju ključan način da se prevaziđe gužva u rutiranju. Ugradnjom vijova unutar pločica, signal se direktno može usmeriti ka unutrašnjim ili donjim slojevima, čime se izbegava kašnjenje signala ili međusobna smetnja izazvana gužvom na istom sloju.

Ključna uloga Vijova u kontakt pločici u rasporedu filter kondenzatora

У пројектовању кола за високе брзине, филтер кондензатори се обично постављају близу BGA уређаја како би се сузбио шум у напајању и осигурала интегритет сигнала. Међутим, ако се унутар BGA користи велики број традиционалних проводних отвора, површина отвора на задњој страни ће се "борити за територију" са контактима кондензатора, чиме се онемогућава постављање кондензатора близу извода чипа.

Via-in-Pad може у потпуности избећи просторне сукобе са кондензаторима на задњој страни тако што ће проводне отворе интегрисати у BGA контактне површине, чиме се осигурава да филтер кондензатори могу бити постављени "најближе" испод или на ивици BGA-а, скраћујући пут напајања и побољшавајући ефикасност филтрирања. То је од кључне важности за стабилност кола са високом фреквенцијом и високом брзином.

Значајне предности Via-in-Pad-а:

1. Konačno oslobađanje prostora za PCB žice: Integralni dizajn provrtaka i pločica može smanjiti zauzeće površine za više od 30%, što je posebno pogodno za visokogustinske i mini dizajne poput matičnih ploča pametnih telefona i industrijskih kontrolnih modula.
2. Poboljšanje hlađenja i električnih performansi: Za energetski zahtevne uređaje poput procesora i energetskih čipova, provrtak u pločici može smanjiti termičku otpornost, ubrzati prenos toplote ka unutrašnjem sloju ili sloju za hlađenje i izbeći lokalno pregrejavanje; istovremeno, skraćena putanja napajanja/signalnih linija može smanjiti parazitsku induktivnost i otpornost, smanjiti slabljenje signala i pad napona.
3. Poboljšanje fleksibilnosti rasporeda: Rešava problem nedostatka kanala za žice kod visokogustinske pakovanja, čime se olakšava raspored složenih kola poput RF modula sa više kanala.

Potencijalna ograničenja provrtaka u pločicama:

1. Povećana složenost procesa: Potrebni su posebni procesi poput punjenja rupa i izravnavanja površine, koji zahtevaju veću tačnost bušenja i ravnomernost galvanizacije, a skloni su greškama poput mehurova u rupama i udubljenja na površini.
2. Povećane proizvodne cene: Posebni procesi povećaće cene PCB-a za 15%–30%, a proizvodni ciklus će biti produžen zbog dodatnih kontrole kvaliteta i popravki.

Napomene za primenu

• Kod primene otvora u kontaktu (Via-in-Pad) za BGA, neophodno je jasno zahtevati da unutrašnjost prolazne rupe bude ispunjena smolom i da bude podvrgnuta galvanizaciji površine kako bi se osigurala ravna površina kontakta koja ispunjava zahteve planarnosti za lemljenje BGA, u suprotnom može doći do hladnog lemljenja.
  
• Ukoliko dizajn zahteva da sve prolazne rupe budu ispunjene smolom, rupe na površinskom montiranom uređaju moraju biti obrađene prema standardu Via-in-Pad, kako bi se izbegle neispunjene rupe koje mogu uticati na kvalitet lemljenja ili pouzdanost.