PCB-fabrikanten richten zich steeds meer op het ontwerpen van kleinere printplaten. Moko-technologie blijft niet achterwege; we integreren minder doorlopende componenten en gebruiken meer oppervlaktemontagetechnologie (SMTVoor grote geplateerde doorlopende gaten reserveren we minder ruimte op de printplaat. In plaats van geplateerde doorlopende gaten gebruiken we steeds vaker SMT-componenten. Al onze printplaten zijn ontworpen voor gebruik met via's.
Een via verwijst naar een doorgemetalliseerd gat in printplaten dat wordt gebruikt om een spoor te volgen van de oppervlaktelaag van de printplaat naar de binnenkant en andere lagen. Via's op printplaten kunnen worden gemetalliseerd om elektrische verbindingen te vormen en ze kunnen mechanisch worden geboord.
Hoewel via's essentieel zijn in meerlaagse printplaten, is het een uitdaging om ze te ontwerpen en te produceren. Ze vormen paden voor de thermische stroom en elektrische stroom tussen de verschillende lagen van de printplaat. Via's zijn in wezen kanalen die verschillen in type en grootte.
Soorten PCB via
Er zijn 5 PCB-via-typen. Deze zijn:
1. Blinde via – Een blinde via is een laser die alleen van de ene laag naar de volgende gaat.
2. Begraven via – Dit type via bevindt zich tussen interne lagen en is vereist bij sequentiële of multi-laminatieprojecten.
3. Doorgaande via – Een doorgaande via verbindt de twee buitenste lagen door van boven naar beneden te boren.
4. Micro-via – Micro-via wordt geboord met een laser in plaats van mechanisch boren, waardoor minder dan 0.006 inch mogelijk is.
5. Via-in-pad – Deze via bevindt zich in de pad van het oppervlaktegemonteerde component.
Blinde via versus begraven via
De begraven en blinde via's worden gebruikt om verschillende lagen van een PCB met elkaar te verbinden. De begraven via biedt een verbinding tussen de binnenste laag, omdat de printplaat volledig verborgen is voor de buitenomgeving van de PCB. Tegelijkertijd zorgen blinde via's voor een verbinding tussen de buitenste laag en één of meerdere interne PCB-lagen. Deze twee via's zijn gunstig voor HDI-printplaten, omdat hun ideale dichtheid wordt ondermijnd door de grootte van de printplaat of het aantal lagen op de printplaat.
PCB Micro-via
Microvia's kunnen met lasers worden geboord, omdat hun diameter kleiner is dan de diameter van through-hole via's. Omdat het lastig is om koper in microvia's te plateren, hebben ze een dikte van minder dan twee lagen. Wanneer de diameter van een via klein is, is de werpcapaciteit van het coatingbad hoger, waardoor een stroomloze kopercoating ontstaat.
Microvias worden, afhankelijk van hun plaats in de lagen van het bord, gecategoriseerd in gestapelde of verspringende versies.
• Gestapelde via's – Deze kunnen worden gemaakt door ze in verschillende lagen boven elkaar te stapelen.
• Verspreide via's – Deze via's kunnen in meerdere lagen worden verspreid, maar zijn kostbaar.
• Skip-via's kunnen door een laag worden geleid, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de laag geen elektrisch contact maakt. Een overgeslagen laag kan dus geen elektrische verbinding vormen met een via.
PCB Via-in-pad
De Via-in-pad-methode is uitgevonden vanwege de hoge signaalsnelheid en de dikte en dichtheid van PCB-componenten. Standaard Via-structuren en VIPPO kunnen de routeringsmogelijkheden en integriteitskenmerken van een signaal verbeteren.
Het signaalspoor van standaard via's wordt door fabrikanten van de pad naar de via gevolgd om lekkage van soldeerlaag in de via's te voorkomen. Een via in via-in-pad wordt in de pad van het externe montagecomponent geplaatst.
Dit wordt gedaan door eerst de via te vullen met niet-geleidende epoxy, afhankelijk van de vereisten van de PCB-fabrikant. Vervolgens wordt de via en de coating afgedekt om landruimte te creëren. Hierdoor wordt het signaalpad breder, waardoor het effect van opportunistische inductie en capaciteit wordt geëlimineerd.
Belangrijker nog is dat de via-in-pad de grootte van de printplaat verkleint en de grootte van een kleine massa heeft. Deze methode is het meest geschikt voor componenten van een BGA footprint. Het is essentieel om het back-drillingproces uit te voeren met behulp van een via-in-pad om optimale resultaten te behalen. De signaalecho's die in de resterende delen van een via worden aangetroffen, worden verwijderd door back-drilling.
Componenten van een PCB via
a) Vat - Dit is een geleidende buis die wordt gebruikt om het geïnfiltreerde gat te vullen.
b) Pad - Verbindt alle uiteinden van de loop met de sporen.
c) Antipad - Dit is een gat dat wordt gebruikt om de niet-verbindende laag van de cilinder te scheiden.
Veelvoorkomende toepassingen van via's bij PCB-ontwerp
• Signaalroutering – Een groot aantal printplaten gebruikt de doorgaande via voor signaalroutering. Dikkere printplaten gebruiken echter begraven of blinde via's, terwijl lichte printplaten alleen microvia's gebruiken.
• Stroomroutering – Via's in de meeste PCB-borden worden beperkt door brede doorlopende via's voor de routering van stroom- en aardingsnetten, hoewel ook blinde via's kunnen worden gebruikt.
• Ontsnappingsroutering – Componenten van de grotere surface mount (SMT) gebruiken meestal de through-hole vias voor ontsnappingsroutering. Micro-vias of blinde vias worden het meest gebruikt voor ontsnappingsroutering, maar een via-in-pad kan worden gebruikt op solide behuizingen zoals BGA's met een groot aantal pinnen.
• Stitching – Doorlopende of blinde via's kunnen worden gebruikt om meerdere verbindingen met een vlak te maken. Zo omringt een metalen strip met gestikte via's het circuitgevoelige gebied om het te verbinden met een aardvlak voor EMI-beveiliging.
• Thermische geleiding – Via's kunnen worden gebruikt voor thermische geleiding van een component naar buiten via de aangesloten binnenste vlakke laag. Meestal vereisen thermische via's een dichte blinde via of een doorlopende via, waarbij deze via's in de pads van deze apparaten moeten zitten.
Het belang van via's bij het ontwerpen van een PCB
Bij een eenvoudige printplaat zijn via's niet nodig. Via's zijn echter alleen nodig bij een printplaat met meerdere lagen. Bij het ontwerpen van printplaten zijn via's essentieel omdat ze:
• Helpt u bij het creëren van een uitstekende dichtheid van de componenten in meerlaagse borden.
• Verhoog de sporendichtheid in meerlaagse printplaten, omdat ze in verschillende richtingen boven en onder elkaar kunnen worden geplaatst. Via's maken het mogelijk om verschillende sporen met elkaar te verbinden en fungeren zo als verticale verbindingselementen.
• Wanneer een via niet geïntegreerd is met het routeringsproces van een meerlagige PCB, de componenten worden compact geplaatst.
• Vergemakkelijk de stroom- en signaaloverdracht tussen de lagen. PCB-componenten moeten op één vlak worden gerouteerd wanneer u geen via wilt gebruiken. Belangrijker nog, de oppervlaktegemonteerde componenten in een meerlaagse PCB maken het lastig om de onderdelen op één vlak te routeren.
Tips voor PCB-ontwerp voor via's
Bij het gebruik van via's in een PCB is het van essentieel belang om de onderstaande tips in acht te nemen;
• Bij het ontwerpen van PCB's is het noodzakelijk om maximaal gebruik te maken van via-structuren.
• Houd bij het stapelen tussen gestapelde en verspringende via's rekening met het verspringen van de via's, aangezien de gestapelde via's gevuld moeten worden.
• Verklein de beeldverhouding zoveel mogelijk om een uitstekende signaalefficiëntie en elektrische prestaties te bereiken. Minimaliseer bovendien EMI, ruis en overspraak.
Het is raadzaam om kleinere via's te gebruiken omdat deze;
• Hiermee kunt u een kwalitatief hoogwaardig HDI-bord bouwen door de inductie en capaciteit van een strooilicht te verminderen.
• Vul de via-in-pads altijd bij, behalve wanneer ze zich in thermische pads bevinden.
• Houd er altijd rekening mee dat de padmatrix waar de BGA op is bevestigd blinde of doorlopende via's kan bevatten. Zorg er daarom voor dat u de via's vlak maakt en vult om te voorkomen dat de soldeerverbindingen in gevaar komen.
• Bij het ontwerpen van PCB's is het van essentieel belang om te weten dat via's helpen bij het beveiligen van de soldeerpunten van de staaf en dat thermische beveiliging de set blokkeert, wat de vorming van uitstekende soldeerpunten in de QFN-punten belemmert.
• Gebruik bij thermische pads een assemblagelijn in plaats van een doorlopend gat. Dit kan alleen worden bereikt door openingen met een vensterontwerp in de soldeerlaag boven de pad te maken. Dit elimineert het effect van ontgassing en het samensmelten van soldeer tijdens het ontwerpproces.
• Gebruik de locatie van het BGA-pakket om altijd te letten op een via-speling en zo min mogelijk sporen in de gerouteerde componenten.
• Vul altijd de assemblage van uw via-in-pad.
• Gebruik een vooraf bepaalde korte trace om een via van zijn pad te scheiden bij het monteren van een dogbone.
• Voor PCB-documentatie is een boormal nodig met XY-punten voor elk gat en elke kenmerkcode.
Via behandeling
PCB-fabrikanten passen extra behandelingen toe op via's om de thermische prestaties van de PCB te verbeteren. Deze extra behandelingen helpen ook bij het elimineren van diverse assemblageproblemen, zoals vullen, afdekken, afdichten en geleidend vullen. Geschikte behandelingen van via's zijn essentieel omdat ze kostbare probleemoplossing helpen voorkomen.
A) Bedekken - Dit is een typisch proces dat fabrikanten gebruiken om soldeermaskers te drogen. De droge film heeft een dikte van 4 mm, voldoende om zelfs grote gaten effectief te bedekken.
B) Vullen – Fabrikanten gebruiken de niet-geleidende epoxypasta om een normale of een ingeklemde via te vullen. Deze gevulde via's hebben een paar millimeter speling waardoor het soldeermasker de pad niet kan bereiken. Dit is een uitstekende techniek voor gebruik op printplaten met een gemiddelde dichtheid, omdat het soldeermasker de kans op soldeerbruggen tussen de pad en de via minimaliseert.
C) Afdichten – Deze behandeling omvat het afdichten van de uiteinden van de via's met een niet-geleidende epoxypasta om wicking of doorstroming van soldeer tijdens het solderen te voorkomen. Om de epoxy effectief door het gat te laten boren, moet de diameter van de via kleiner zijn dan 20 mm. Fabrikanten gebruiken een soldeermasker om de afgedichte via af te dekken.
D) Geleidende vulling – PCB-fabrikanten gebruiken puur koper of epoxyhars met koper om microvia's te vullen met een geleidende pasta, waardoor de geleidbaarheid van de PCB wordt verbeterd. De geleidende vullingstechniek kan voor alle soorten via's worden gebruikt.
Geleidend versus niet-geleidend via vulling
PCB-fabrikanten gebruiken een unieke productiemethode genaamd Via Fill om via-gaten volledig af te sluiten met epoxy. Enkele belangrijke voordelen van via-filling zijn:
• Verhoogt de opbrengsten van assemblage
• Het maakt de oppervlaktemontage betrouwbaarder
• Verbetert de consistentie door de kans op vastzittende lucht of vloeistoffen te minimaliseren.
Niet-geleidende via-vulling geleidt stroom en warmte via verkoperde via's. De via wordt gevuld met een speciale epoxy met lage krimp. Geleidende via-vulling daarentegen zorgt voor extra elektrische en thermische geleiding door zilver- of koperdeeltjes die over de epoxy zijn verspreid.
De thermische geleidbaarheid van een niet-geleidende vulling is 0.25 W/mK, terwijl die van een geleidende vulling varieert van 3.5 tot 15 W/mK. De thermische geleidbaarheid van gegalvaniseerd koper daarentegen is meer dan 250 W/mK.
Hoewel een geleidende via-vulling in sommige toepassingen vaak de vereiste geleiding biedt, is het toevoegen van extra via's met behulp van de niet-geleidende pasta nog steeds mogelijk. Uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid zorgt voor een lagere kostenimpact.
Verschil tussen via-type en via-diameter
Het verschil in via-diameter tussen verschillende via-typen wordt in de onderstaande tabel besproken. Ook de via-pad, minimale via-diameter en ringvormige ring van een exacte via worden hierin duidelijk besproken. PCB-ontwerp Layout met behulp van een via die is gebaseerd op de toepassing. Bovendien toont de tabel details over de verschillende afmetingen die essentieel zijn voor implementatie in de PCB. De aspectverhouding van elk via-type wordt ook vermeld.
Factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de juiste via
Het is essentieel om voor elk PCB-project een geschikte via te kiezen door het ontwerp voor maakbaarheid te begrijpen. Houd altijd rekening met de onderstaande factoren wanneer u een PCB-project overweegt.
1) Via-type – Bepaal het beste type via voor uw project. Wanneer er slechts één laminering beschikbaar is zonder via-vulling of -technologie, kunnen er grote gaten ontstaan.
2) Via-grootte – 10 mm is de standaard PCB-via-grootte of 7 mm na PCB-via-plating, waarbij de dikte van de printplaat de via-grootte bepaalt. Zowel mechanisch als lasergeboorde micro-via's hebben gaten van 4 mm.
3) Via-tolerantie – Het is van essentieel belang om de tolerantie van de gatgrootte van de via te vermelden, hoewel de meeste PCB-leveranciers alle interne richtlijnen verstrekken.
4) Ondersteun de meest geschikte technologie – Wanneer u begraven of blinde via's nodig hebt, vraag dan altijd aan de PCB-leveranciers om een stack-up te maken die dat soort technologie ondersteunt.
5) IPC-richtlijnen – Het is essentieel om de IPC-richtlijnen voor de geallieerde technologie strikt te volgen, zoals de afstand tussen de via's zoals voorgeschreven door de PCB-fabrikant. Aangezien de IPC-assemblagerichtlijnen voor militaire toepassingen, klasse 2, klasse 3 en klasse 3DS enigszins verschillen, is het essentieel om hiermee rekening te houden.
6) Ringvormige ring – Omdat de grootte van de via-pad erg belangrijk is, is het cruciaal om ervoor te zorgen dat de via na het boren een voldoende grote ringvormige ring heeft. Omdat mechanische boren tijdens het boren wat afdwalen, kan de uitbreekboor de via in gevaar brengen als er onvoldoende ringvormige ring is.
