I produttori di PCB si stanno concentrando sempre di più sulla progettazione di circuiti stampati più piccoli. Tecnologia Moko non è escluso; integriamo meno componenti passanti incorporando più tecnologia di montaggio superficiale (SMT). Per i fori passanti placcati di grandi dimensioni, stiamo assegnando meno spazio sulla scheda. Invece dei fori passanti placcati, utilizziamo sempre più componenti SMT. Tutti i nostri PCB sono progettati per l'utilizzo di fori di via.
Un via è un foro passante placcato, presente nei PCB, utilizzato per tracciare una traccia dallo strato superficiale della scheda verso l'interno e altri strati. I via dei PCB possono essere placcati per formare connessioni elettriche e possono essere forati meccanicamente.
Sebbene i fori di via siano essenziali nelle schede PCB multistrato, progettarli e produrli è complesso. Essi creano percorsi per la corrente termica e il flusso elettrico tra i diversi strati della scheda. In sostanza, i fori di via sono canali che differiscono per tipologia e ampiezza.
Tipi di PCB tramite
Esistono 5 tipi di vie per PCB. Sono:
1. Foro cieco: un foro cieco è un laser che transita solo da uno strato al successivo.
2. Via interrata: questo tipo di via si trova tra strati interni ed è necessario quando esistono progetti sequenziali o multi-laminazione.
3. Foro passante – Un foro passante collega i due strati esterni forandoli dall'alto verso il basso.
4. Micro-via: la micro-via viene forata utilizzando un laser anziché meccanicamente, consentendo una profondità inferiore a 0.006 pollici.
5. Via-in-pad: questo via è posizionato all'interno del pad del componente a montaggio superficiale.
Via cieca vs. Via interrata
I fori interrati e ciechi vengono utilizzati per collegare i diversi strati di un PCB. Il foro interrato offre l'interconnessione degli strati interni poiché la scheda è completamente nascosta dall'ambiente esterno del PCB. Allo stesso tempo, i fori ciechi forniscono un'interconnessione degli strati esterni con uno o più strati interni del PCB. Questi due fori sono vantaggiosi nei PCB HDI perché la loro densità ideale viene ridotta aumentando le dimensioni della scheda o aumentandone gli strati.
Micro-via per PCB
I micro-fori possono essere forati con il laser poiché il loro diametro è inferiore a quello dei fori passanti. Poiché è difficile placcare il rame all'interno dei micro-fori, questi presentano uno spessore inferiore a due strati. Pertanto, quando il diametro di un foro passante è piccolo, la capacità di penetrazione del bagno di rivestimento aumenta, creando così un rivestimento di rame chimico.
In base alla loro posizione negli strati della scheda, le microvie vengono classificate in impilate e a salti oppure sfalsate.
• Via impilate: possono essere create impilandole una sopra l'altra in strati diversi.
• Fori passanti sfalsati: questi fori possono essere distribuiti su più strati, anche se sono costosi.
• I canali di salto possono essere fatti passare attraverso uno strato, assicurandosi che lo strato non abbia alcun contatto elettrico. Pertanto, uno strato saltato non può formare un collegamento elettrico con un canale di salto.
PCB Via-in-pad
Il metodo Via-in-pad è stato inventato grazie all'elevata velocità del segnale e allo spessore e alla densità dei componenti PCB. Le strutture via standard e VIPPO possono migliorare la capacità di routing e le caratteristiche di integrità di un segnale.
La traccia del segnale dei fori di via standard viene tracciata dal pad al foro di via dai produttori per evitare perdite di rivestimento di saldatura nei fori di via. Un foro di via in via-in-pad viene posizionato nel pad del componente di montaggio esterno.
Questo viene fatto riempiendo prima il foro di via con resina epossidica non conduttiva, in base alle specifiche del produttore del PCB. Successivamente, il foro di via viene riempito e il rivestimento viene ricoperto per recuperare spazio. In questo modo, il percorso del segnale si espande, eliminando così l'effetto di induttanza e capacità opportunistiche.
Ancora più importante, il via-in-pad riduce le dimensioni della scheda PCB e ospita una piccola massa. Questo metodo è più adatto per i componenti di un BGA Ingombro. È essenziale implementare il processo di back-drilling utilizzando un via-in-pad per ottenere risultati ottimali. Gli echi di segnale presenti nelle parti rimanenti di un via vengono rimossi dal back-drilling.
Componenti di un PCB tramite
a) Canna - È un tubo conduttivo utilizzato per riempire il foro infiltrato.
b) Tampone: collega tutte le estremità della canna alle sue tracce.
c) Antipad: si tratta di un foro di passaggio utilizzato per separare lo strato non connettivo dalla canna.
Usi comuni delle vie nella progettazione di PCB
• Instradamento del segnale: un gran numero di schede PCB utilizza il foro passante per l'instradamento del segnale. Tuttavia, le schede più spesse utilizzano fori interrati o ciechi, mentre le schede leggere utilizzano solo micro-fori.
• Instradamento dell'alimentazione: i fori passanti nella maggior parte delle schede PCB sono limitati all'uso di fori passanti larghi per l'instradamento delle reti di alimentazione e di terra, sebbene possano essere utilizzati anche fori ciechi.
• Escape routing – I componenti per montaggio superficiale (SMT) di grandi dimensioni utilizzano principalmente i fori passanti per l'escape routing. I micro-fori o fori ciechi sono i più comunemente utilizzati per l'escape routing, ma è possibile utilizzare un via-in-pad su package solidi come i BGA ad alto numero di pin.
• Stitching – Fori passanti o ciechi possono essere utilizzati per offrire numerose connessioni a un piano. Ad esempio, una striscia di metallo con fori cuciti circonda l'area sensibile del circuito per collegarla a un piano di massa per la protezione EMI.
• Conduzione termica – I via possono essere utilizzati per la conduzione termica da un componente attraverso il suo strato piano interno connesso. Solitamente, i via termici richiedono un via cieco denso o un via through-hole, dove questi via devono essere inseriti nei pad di questi dispositivi.
Importanza delle vie nella progettazione di un PCB
Quando si ha un circuito stampato semplice, i via non sono necessari. Tuttavia, i via sono necessari solo quando si ha a che fare con una scheda multistrato. Nella progettazione di schede PCB, i via sono essenziali perché:
• Ti aiuta a creare una densità eccezionale dei componenti nelle schede multistrato.
• Aumentare la densità delle tracce nelle schede multistrato, poiché possono essere posizionate una sopra e una sotto l'altra in diverse direzioni. I fori di via consentono la connessione di tracce diverse, fungendo così da fattori di connessione verticale.
• Quando una via non è integrata con il processo di routing di un PCB multistrato, i componenti finiscono per essere posizionati in modo compatto.
• Facilitare la trasmissione di potenza e segnale tra gli strati. I componenti del PCB dovrebbero essere instradati su un unico piano ogni volta che non si desidera utilizzare un foro di via. Ancora più importante, i componenti a montaggio superficiale in un PCB multistrato rendono difficile l'instradamento dei componenti su un unico piano.
Suggerimenti per la progettazione di PCB per i fori passanti
Quando si utilizzano i fori via in un PCB, è essenziale tenere in considerazione i suggerimenti riportati di seguito;
• Durante la progettazione dei PCB è necessario impiegare il massimo numero di strutture viarie.
• Quando si esegue l'impilamento tra vie sfalsate e impilate, prendere in considerazione la possibilità di sfalsare le vie poiché le vie impilate devono essere riempite.
• Ridurre il più possibile il rapporto d'aspetto per ottenere un'efficienza eccezionale dei segnali e delle prestazioni elettriche. Inoltre, ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI), il rumore e la diafonia.
Si consiglia di utilizzare vie più piccole poiché:
• Consente di realizzare una scheda HDI di qualità riducendo l'induttanza e la capacità di una dispersione.
• Riempire sempre i cuscinetti via-in, tranne quando si trovano all'interno di cuscinetti termici.
• Ricordate sempre che la matrice del pad su cui è fissato il BGA potrebbe contenere fori di via ciechi o passanti. Sapendo questo, assicuratevi di planare e riempire i fori di via per evitare che i giunti di saldatura vengano compromessi.
• Quando si progettano PCB, è essenziale sapere che i fori di via aiutano a fissare i giunti di saldatura della barra e impediscono che il calore blocchi il set, il che impedisce la formazione di giunti di saldatura eccellenti all'interno dei giunti QFN.
• Quando si lavora con i pad termici, utilizzare un'officina di assemblaggio piuttosto che un foro passante. Questo si può ottenere solo introducendo aperture con un design a finestra all'interno dello stencil per la saldatura sopra il pad. Questo elimina l'effetto di degassamento e fusione della saldatura durante il processo di progettazione.
• Utilizzare la posizione del pacchetto BGA per cercare sempre uno spazio libero per i fori di passaggio e la minima traccia nei componenti instradati.
• Riempire sempre l'assemblaggio del vostro via-in-pad.
• Utilizzare una traccia corta predeterminata per separare una via dal suo pad quando si assembla un osso per cani.
• La documentazione di un PCB richiede un modello di foratura con punti XY per ogni foro e codice di funzionalità.
Via Trattamento
I produttori di PCB aggiungono trattamenti aggiuntivi ai fori di via per migliorarne le prestazioni termiche. Questi trattamenti aggiuntivi contribuiscono anche a eliminare diversi problemi di assemblaggio come riempimento, copertura, ostruzione e riempimento conduttivo. Trattamenti adeguati sui fori di via sono essenziali in quanto contribuiscono a eliminare costosi interventi di risoluzione dei problemi.
A) Copertura - È un processo tipico utilizzato dai produttori per essiccare le maschere di saldatura a film. Il film secco ha uno spessore di 4 mm, sufficiente a coprire efficacemente anche i fori di grandi dimensioni.
B) Riempimento – I produttori utilizzano la pasta epossidica non conduttiva per riempire un foro di via normale o invaso. Questi fori di via riempiti presentano uno spessore di pochi millimetri che impedisce alla maschera di saldatura di raggiungere il pad. Si tratta di una tecnica eccellente per l'uso in PCB di media densità, poiché la maschera di saldatura riduce al minimo il rischio di ponti di saldatura tra il pad e il foro di via.
C) Tappo – Questo trattamento prevede il tappo delle estremità del foro con una pasta epossidica non conduttiva per impedire la formazione di wicking o la fuoriuscita di saldatura durante il processo. Affinché la resina epossidica possa perforare il foro in modo efficace, il diametro del foro deve essere inferiore a 20 mm. I produttori utilizzano una maschera di saldatura per coprire il foro tappato.
D) Riempimento conduttivo – I produttori di PCB utilizzano rame puro o resina epossidica con rame per riempire i microfori con una pasta conduttiva, migliorando la conduttività del PCB. La tecnica di riempimento conduttivo può essere utilizzata per tutti i tipi di fori.
Conduttivo vs. non conduttivo tramite riempimento
I produttori di PCB utilizzano un metodo di produzione unico chiamato Via Fill per chiudere i fori di via utilizzando esclusivamente resina epossidica. Alcuni dei principali vantaggi del riempimento dei fori di via sono:
• Aumenta le rese di assemblaggio
• Rende i supporti superficiali più affidabili
• Migliora la consistenza riducendo al minimo le possibilità che rimangano incastrati aria o liquidi.
Il riempimento non conduttivo dei fori di via conduce energia e calore utilizzando fori di via rivestiti in rame. Per il riempimento dei fori di via viene utilizzata una speciale resina epossidica a basso ritiro. D'altra parte, il riempimento conduttivo dei fori di via fornisce ulteriore conduttività elettrica e termica utilizzando particelle di argento o rame disperse su tutta la resina epossidica.
La conduttività termica di un riempimento non conduttivo è di 0.25 W/mK, mentre quella di un riempimento conduttivo varia da 3.5 a 15 W/mK. Al contrario, la conduttività termica del rame elettrolitico è superiore a 250 W/mK.
Sebbene un riempimento conduttivo dei fori di via fornisca spesso la conduttività richiesta in alcune applicazioni, è comunque possibile aggiungere fori di via aggiuntivi utilizzando la pasta non conduttiva. L'eccellente conduttività termica ed elettrica offre un impatto minore sui costi.
Differenza tra tipo di via e diametro della via
La differenza di diametro del foro di via nei diversi tipi di foro di via è discussa nella tabella seguente. Vengono inoltre descritti chiaramente il pad del foro di via, il diametro minimo del foro di via e l'anello anulare di un foro di via esatto. Progettazione PCB layout utilizzando un via basato sulla sua applicazione. Inoltre, la tabella mostra i dettagli delle diverse dimensioni essenziali per l'implementazione nel PCB. Viene anche indicato il rapporto di aspetto di ciascun tipo di via.
Fattori da considerare quando si sceglie il mezzo giusto
È fondamentale scegliere un foro di via appropriato per qualsiasi progetto PCB, comprendendo il design di producibilità. Considerate sempre i fattori elencati di seguito quando pensate di intraprendere qualsiasi progetto PCB.
1) Tipo di via: determina il tipo di via più adatto al tuo progetto. Quando è disponibile una sola laminazione senza riempimento o tecnologia per via, è possibile che siano presenti dei fori di grandi dimensioni.
2) Dimensione del foro: 10 mm è la dimensione standard del foro per PCB, mentre 7 mm è la dimensione standard dopo la placcatura del foro per PCB, dove lo spessore della scheda determina la dimensione del foro. Sia i micro-fori forati meccanicamente che quelli forati al laser presentano fori da 4 mm.
3) Tolleranza del foro di via: è essenziale stabilire la tolleranza della dimensione del foro del foro di via, sebbene la maggior parte dei fornitori di PCB fornisca linee guida interne.
4) Supportare la tecnologia più adatta: quando sono necessari fori interrati o ciechi, chiedere sempre ai fornitori di PCB di creare uno stack-up che supporti quel tipo di tecnologia.
5) Linee guida IPC – È essenziale seguire scrupolosamente le linee guida IPC per le tecnologie affini, come la distanza tra i fori di via indicata dal produttore del PCB. Poiché le linee guida di assemblaggio IPC per applicazioni militari, Classe 2, Classe 3 e Classe 3DS differiscono leggermente, è essenziale tenerne conto.
6) Anello anulare – Poiché le dimensioni del foro del via sono piuttosto importanti, è fondamentale assicurarsi che il via abbia un anello anulare sufficientemente grande dopo la foratura. Poiché le punte meccaniche si muovono leggermente durante la foratura, la punta di breakout può compromettere la qualità del foro a causa dell'assenza di un anello anulare sufficiente.
