پر کردن یک مرحله ای از مس از طریق سوراخ (THF): تکنولوژی انقلابی پالس پلیتینگ برای اتصال های PCB با سرعت بالا

در دنیای PCB های با تراکم بالا، ایستگاه های پایه 5G، سرورهای هوش مصنوعی و اینورترهای خودروهای الکتریکی، روش های پر کردن سنتی دیگر کافی نیستند.خمیرهای رسانا نیاز به فرایندهای چند مرحله ای دارنداما یک تغییر در بازی وجود دارد: پر کردن مس از طریق سوراخ (THF).این تکنولوژی پیشرفته الکتروپلاستی پالس تک مرحله ای، در یک بار، وایاس های پر از مس بدون خلا را تولید می کند.، با مدیریت حرارتی 300٪ بهتر، پراکندگی سیگنال 40٪ کمتر، و زیر اثر تجهیزات 50٪ کوچکتر.THF فقط یک ارتقاء نیست بلکه یک ضرورت استاین راهنما نحوه کار THF، مزایا بی نظیر آن و اینکه چرا به استاندارد طلا برای نسل بعدی الکترونیک تبدیل شده است را توضیح می دهد.

نکات کلیدی
1.بدون خلا در یک مرحله: THF از الکتروپلاستی پالس فاز تغییر جهت پر کردن ویاس ها بدون دردسر چند فرآیند استفاده می کند و خطر شکست حرارتی را در مقایسه با خمیرهای رسانا 300٪ کاهش می دهد.
2برای عملکرد بهینه شده: پالس های تغییر فاز 180 ° (15 ASF DC ، 50 ms چرخه) + جریان حمام 1224 L / min رسوب مس یکنواخت را در 150 ‰ 400 μm vias (250 ‰ 800 μm ضخامت صفحه) تضمین می کند.
3.حرارتی و سیگنال برنده می شود: رسانایی مس 401 W / m · K باعث افزایش تبعید گرما 300٪ می شود؛ ویاس های استوانه ای از دست دادن سیگنال فرکانس بالا را 40٪ در مقایسه با کور از طریق پشته ها کاهش می دهد.
4بهره وری تولید: طراحی یک حمام، فضای تجهیزات را به میزان 50٪ کاهش می دهد؛ آسانسورهای خودکار سوئیچینگ پالس / DC 15 ~ 20٪ بهره می برند و خطای اپراتور را کاهش می دهند.
5.گنجش برای تمام ویاس ها: برای ویاس های مکانیکی (150 ¢ 250 μm) و لیزر سوراخ شده (90 ¢ 100 μm) که برای PCB های HDI در تلفن های هوشمند، EV ها و دستگاه های پزشکی حیاتی هستند کار می کند.

مقدمه: بحران پر کردن راه های سنتی
برای دهه ها تولیدکنندگان PCB به دو راه حل ناقص برای پر کردن از طریق استفاده می کردند

1. پر کردن خمیر رسانا
این فرآیند چند مرحله ای شامل غربالگری چسب به ویوس، خشک کردن آن و تمیز کردن مواد اضافی است.
a.خلاء: حباب های هوا در خمیر باعث ایجاد نقاط گرم حرارتی و قطع سیگنال می شوند.
ب.از گاز خارج شدن: خمیر در طول خشک کردن گاز ها را آزاد می کند و به اجزای حساس آسیب می رساند (به عنوان مثال تراشه های RF 5G).
c. عملکرد حرارتی ضعیف: خمیرهای رسانا دارای رسانایی حرارتی <10 W/m·K ٫ برای طرح های با قدرت بالا مانند اینورترهای EV بی فایده است.

2. راه نابینا
برای ایجاد ویاس های عبور، تولید کنندگان چندین ویاس کور (تصل لایه های بیرونی به لایه های داخلی) را جمع می کنند. این روش خطرات:
a.خطای تنظیم: حتی 5μm از آفست باعث پراکندگی سیگنال در طرح های با سرعت بالا می شود (به عنوان مثال، PCIe 5.0).
b. پیچیدگی: نیاز به ثبت دقیق لایه، افزایش زمان و هزینه تولید.
c. از دست دادن سیگنال: کورهای تراپیزیومی از طریق شکل ها سیگنال های 5G mmWave (24~40 گیگاهرتز) را مختل می کنند و منجر به قطع اتصال می شوند.

این محدودیت ها تا THF یک تنگنایی ایجاد کرده است. با پر کردن ویاس ها با مس خالص در یک مرحله الکتروپلاستی، THF هر نقطه دردسری از روش های سنتی را حل می کند.که باعث می شود PCB ها سریعتر باشند.، خنک تر و قابل اعتماد تر.

چگونه THF کار می کند: علم پر کردن مس در یک مرحله

پیشرفت THF در معماری یک حمام و الکتروپلاستی پالس تغییر فاز (PPR) آن است. بر خلاف روش های سنتی که نیاز به ابزارهای متعدد یا تغییرات فرآیند دارند، THF در حال توسعه است.THF سه مرحله حیاتی را تکمیل می کند، پر کردن و پایان دادن در یک حمام پوشش.

1. جریان فرآیند اصلی: پل → پر کردن → پایان
فرآیند THF® بدون دردسر است، بدون مداخله دستی بین مراحل:
مرحله ۱: پل انتخابی: یک شکل موج پالس تغییر فاز یک پل آهنی نازک را در سراسر مرکز ویا ایجاد می کند (شکل ۱).اطمینان از پر شدن مس از مرکز به بیرون.
مرحله 2: پر کردن DC: پس از پل، سیستم به الکتروپلاستی DC تغییر می کند تا از طریق مس خالص و متراکم پر شود. جریان DC تضمین رسوب یکنواخت در عمق via ′s را فراهم می کند.
مرحله 3: پایان سطح: مرحله نهایی سطح مس را به یک پروفایل صاف صاف می کند، اطمینان از سازگاری با اجزای نصب شده در سطح (به عنوان مثال، BGA، QFNs) و جلوگیری از نقص های مفصل جوش.

2نقش حیاتی موج های پالس تغییر فاز
شکل موج PPR راز THF برای پر کردن بدون خلا است. بر خلاف الکتروپلاستی DC استاندارد (که مس را به طور نامناسب ذخیره می کند و باعث ایجاد لبه می شود) ، PPRشکل موج کنترل قرار دادن مس با دقت. پارامترهای اصلی شکل موج که از طریق آزمایش گسترده تایید شده اند در زیر نشان داده شده است:

3. شيمي حمام: براي رسوب مس يكسان تنظیم شده
حمام پوشش THF از ترکیبی دقیق از اجزای غیر ارگانیک و ارگانیک برای اطمینان از مس صاف و بدون خلا استفاده می کند. هر عنصر در عملکرد نقش دارد:

ظرفیت پردازش THF: پر می کند هر راه، هر صفحه
THF به یک نوع یا ضخامت صفحه محدود نمی شود، بلکه به دو متداول ترین از طریق هندسه در PCB های مدرن: میکانکی (شکاف) و لیزری سوراخ می شود.

1• پیچ های مکانیکی: برای PCB های ضخیم و قدرتمند
ویاس های مکانیکی (که با ماشین های CNC حفاری می شوند) در PCB های صنعتی، ماژول های قدرت EV و سرورهای مرکز داده استفاده می شوند.صفحه های ضخیم (تا 800 μm):

بینش کلیدی: حتی در تخته های ضخیم 800 میکرومتر (معمولا در اینورترهای EV) ، THF پر کردن بدون خلا را به دست می آورد، چیزی که pasta های رسانا نمی توانند انجام دهند.

2. Vias لیزر سوراخ شده: برای HDI PCBs (استارت فون، پوشیدنی)
ویاس های لیزر سوراخ شده دارای شکل های غیر استوانه ای هستند (در وسط، 5565 μm باریک تر) و برای PCB های HDI (به عنوان مثال ساعت های هوشمند، تلفن های تاشو) حیاتی هستند. THF با این هندسه منحصر به فرد سازگار است:
a. شکستن پلاتینگ: 16 دقیقه برای پل زدن، 62 دقیقه برای پر کردن (در کل 78 دقیقه).
b. ضخامت مس: 25 μm (در طول کمر بدون لکه های نازک یکنواخت).
c.تایید: تجزیه و تحلیل برش متقابل (شکل 4) هیچ شکافی را حتی در باریک ترین بخش کمر 55 μm تایید نمی کند.

THF در مقابل پر کردن سنتی: یک مقایسه مبتنی بر داده
برای درک اینکه چرا THF انقلابی است، آن را با خمیر های رسانا و کور از طریق مجموعه ای از معیارهای کلیدی مقایسه کنید:

نکته مهم: THF در هر دسته از روش های سنتی، به ویژه مدیریت حرارتی و یکپارچگی سیگنال، پیشرفت می کند.

مزایای بی نظیر THF برای تولید کنندگان PCB
THF نه تنها یک روش پر کردن بهتر است بلکه یک مزیت استراتژیک برای تولید کنندگان است.

1مدیریت حرارتی: 300٪ خنک تر، اجزای طولانی مدت
الکترونیک های قدرتمند (اینورترهای EV، تقویت کننده های 5G) حرارت زیادی تولید می کنند.
a.حرارتی: 401 W/m·K رسانایی به این معنی است که راه های THF 3 برابر سریعتر از خمیرهای رسانا گرمایی را پخش می کنند. به عنوان مثال،یک تقویت کننده قدرت ایستگاه پایه 5G که از THF استفاده می کند 20 درجه سانتیگراد سرد تر از یک دستگاه با میزان شکست قطعات پچ پچ 50٪ است.
مقاومت در برابر چرخه حرارتی: وایاس های THF بدون ترکیدن در 1000 دوره از -40 °C تا 125 °C (مجموعه عملکرد باتری EV) مقاومت می کنند. خمیرهای رسانا معمولاً پس از 300 ~ 500 چرخه شکست می خورند.

2صداقت سیگنال: ۴۰ درصد از دست دادن کمتر برای طرح های با سرعت بالا
5G، AI، و PCIe 6.0 نیاز به ویاس هایی دارند که صداقت سیگنال را حفظ می کنند. THF ′s ویاس های مس استوانه ای:
a.تردد را کاهش می دهد: شکل های استوانه ای بازتاب سیگنال را در فرکانس های بالا (24 × 40 گیگاهرتز) به حداقل می رسانند، برخلاف ویاس های کور تراپیزویی. آزمایشات نشان می دهد THF از دست دادن سیگنال را 40٪ نسبت بهکور از طریق استیک ها در 28 گیگاهرتز (5G ′s key band).
ب.بدون عدم تراز: پر کردن یک مرحله ای خطرات تراز کور را از طریق استیک ها از بین می برد و مسیرهای سیگنال سازگار را در سرورهای مرکز داده (100G Ethernet) تضمین می کند.

3بهره وری در تولید: صرفه جویی در فضا، زمان و پول
طراحی THF با یک حمام هزینه های تولید و پیچیدگی را کاهش می دهد:
a. پس انداز تجهیزات: 50٪ کمتر از سیستم های پیست رسانا چند حمام. یک کارخانه PCB متوسط می تواند با تغییر به THF 100+ فوت مربع فضای کف را ذخیره کند.
ب.به دست آوردن بهره وری: 15٪ 20٪ بهره وری بالاتر به معنای صفحه های معیوب کمتر است. برای یک تولید کننده تولید 100،000 PCB / سال، این به 15،000 20،000 واحد اضافی قابل فروش تبدیل می شود.
c.آتوماتیک: سوئیچینگ پالس / DC کاملاً خودکار است و خطای اپراتور را کاهش می دهد. این باعث کاهش زمان کار مجدد 30٪ و سرعت تولید 15 دقیقه در هر دسته می شود.

4قابل اعتماد بودن: 300 درصد کمتر شکست
وایاس های مس بدون خلا THF، بزرگترین علل شکست PCB را از بین می برند:
a.بدون انتشار گاز: مس خالص گاز آزاد نمی کند، THF را برای بسته بندی های بسته بندی ایمن (به عنوان مثال، ایمپلنت های پزشکی، الکترونیک هوافضا) ایمن می کند.
ب.بدون لکه های نازک: ضخامت مس یکسانی از نقاط داغ جریان جلوگیری می کند (علت اصلی سوختگی در EVs).
c.مدت عمر طولانی: وایاس های THF بیش از 10 سال در محیط های خشن ( گرد و غبار صنعتی، لرزش خودرو) ٪ دو برابر طول می کشد تا وایاس های گذار خمیر.

برنامه های کاربردی THF در دنیای واقعی: جایی که درخشان است
THF در حال حاضر توسط تولید کنندگان پیشرو در سخت ترین صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. در اینجا موارد استفاده اصلی آن وجود دارد:

1وسایل نقلیه الکتریکی
سیستم های برق EV (اینورترها، سیستم های مدیریت باتری/BMS) برای مدیریت جریان های بالا و گرما به THF تکیه می کنند:
a. اینورترها: وایاس های THF IGBT ها (ترانزیستورهای دو قطبی دروازه ایزوله شده) را در اینورترهای EV 800V خنک می کنند و از فرار حرارتی در طول شارژ سریع جلوگیری می کنند.
b.BMS: THF 1000+ سلول باتری را به هم متصل می کند و جریان جریان یکنواخت و نظارت دقیق بر درجه حرارت را تضمین می کند.

2. ایستگاه های پایه 5G و مراکز داده
شبکه های 5G و هوش مصنوعی نیاز به راه هایی دارند که سرعت و قدرت را مدیریت کنند:
ماژول های mmWave a.5G: وایاس های THF یکپارچگی سیگنال را در 24~40 GHz حفظ می کنند و پوشش قابل اعتماد 5G را تضمین می کنند.
b.سرورهای هوش مصنوعی: THF در مادربرد های GPU (PCIe 6.0) ، امکان انتقال داده بین GPU ها و ذخیره سازی 128Gbps را فراهم می کند.

3PCB های HDI (اسمارتفون ها، پوشیدنی ها)
PCB های کوچک HDI (به عنوان مثال ساعت های هوشمند، تلفن های تاشو) نیاز به THF ′′های لیزری از طریق قابلیت دارند:
a.ساعت های هوشمند: 90 μm THF vias fit in 150 μm thick PCBs, powering heart rate sensors and Bluetooth modules. ساعت های هوشمند: 90 μm THF vias fit in 150 μm thick PCBs, powering heart rate sensors and Bluetooth modules. ساعت های هوشمند: 90 μm THF vias fit in 150 μm thick PCBs, powering heart rate sensors and Bluetooth modules.
b. تلفن های تاشو: وایاس های مس انعطاف پذیر THF (THF) در برابر خم شدن (100،000+ چرخه) بهتر از خمیرهای رسانا مقاومت می کنند و از مشکلات اتصال صفحه نمایش جلوگیری می کنند.

4دستگاه های پزشکی
ایمپلنت های پزشکی هیرمیتیک (پیس میکر، مانیتورهای گلوکز) نیاز به ویاس های صفر شکست دارند:
a.توافق زیستی: مس خالص THF (THF) با استانداردهای ISO 10993 مطابقت دارد (برای تماس با بدن ایمن است).
ب.اعتماد پذیری: لوله های THF در برابر دمای بدن 37 درجه سانتیگراد برای 10 سال و بیشتر بدون خطر از بین رفتن گاز یا خوردگی مقاومت می کنند.

سوالات متداول: همه چیزهایی که باید در مورد THF بدانید
1آیا THF گران تر از خمیرهای رساناست؟
THF هزینه های اولیه تجهیزات بالاتر اما هزینه های بلند مدت پایین تر دارد:
a.پست های رسانا: 5k ¥ 10k $ تنظیم اولیه، اما 20k ¥ 30k $ / سال در بازکاری (خلاء) و محصولات پایین.
b.THF: $ 15k ¢ $ 25k تنظیم اولیه، اما $ 5k ¢ $ 10k / سال در بازکاری و 15 ¢ 20% بازده بالاتر. اکثر تولید کنندگان سرمایه گذاری THF را در 6 ¢ 12 ماه پس می گیرند.

2آیا THF می تواند ویاس های کوچکتر از 90 مکیومتر را پر کند؟
بله، با تنظیمات جزئی شکل موج. برای 70 ≈ 90 μm ویاس لیزر سوراخ شده (معمولا در میکرو پوشیدنی ها) ، کاهش طول نبض به 30 ms اطمینان از پر شدن بدون خلا را تضمین می کند.حداقل THF ◄ قابل استفاده از طریق اندازه 50 μm است (در محیط آزمایشگاهی آزمایش شده است).

3آیا THF با خطوط PCB موجود سازگار است؟
مطمئناً، THF از تجهیزات استاندارد الکتروپلاستی استفاده می کند (برابر کننده های پیشرفته) با اصلاحات نرم افزاری برای تولید پالس های تغییر فاز.اکثر تولید کنندگان می توانند THF را در 2-4 هفته به خطوط خود وارد کنند، بدون نیاز به تعمیرات کامل خط.

4آیا THF نیاز به مواد خاص دارد؟
نه ٬THF از اجزای آماده استفاده می کند:
a.سلفات مس: درجه استاندارد الکترواستات (در دسترس از تامین کنندگان مانند MacDermid Alpha)
b. افزودنی های ارگانیک: حامل خاص THF، سطح کننده و روشن کننده به طور گسترده در دسترس هستند و با هزینه رقابتی با افزودنی های خمیر هستند.

5چطوري ميتونم از نوعي بودن THF بررسي کنم؟
از این تست های استاندارد صنعت استفاده کنید:
تصویربرداری اشعه ایکس: بررسی حفره ها و پر کردن ناقص (100٪ بازرسی برای برنامه های حیاتی توصیه می شود).
ب. تجزیه و تحلیل برش متقاطع: ضخامت مس و یکسانی را بررسی می کند (نمونه 1 ′′ 2 تخته در هر دسته).
c. چرخه حرارتی: آزمایش قابلیت اطمینان (۱۰۰۰ چرخه در -۴۰ درجه سانتیگراد تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد برای PCB های خودرو / صنعتی).
d.بررسی یکپارچگی سیگنال: اندازه گیری پارامترهای S در فرکانس های هدف (به عنوان مثال، 28 گیگاهرتز برای 5G) برای تایید از دست دادن کم.

نتیجه گیری: THF آینده PCB Interconnects است
پر کردن مس از طریق سوراخ (THF) فقط یک پیشرفت در پر کردن سنتی نیست بلکه یک تغییر در پارادایم است.THF بزرگترین چالش های الکترونیک مدرن را حل می کند: گرما، از دست دادن سیگنال و ناکارآمدی تولید. مدیریت حرارتی 300٪ بهتر، از دست دادن سیگنال 40٪ کمتر و زیر اثر تجهیزات 50٪ کوچکتر آن را برای 5G، EVs، AI و HDI PCB ضروری می کند.

برای تولید کنندگان، THF فقط یک تکنولوژی نیست بلکه یک مزیت رقابتی است. این باعث کاهش هزینه ها، سرعت تولید و ارائه محصولات قابل اعتمادتر می شود. برای طراحان، THF امکاناتی جدید را باز می کند:کوچک تر، دستگاه های سریع تر و قدرتمندتر که با خمیر های رسانا یا کور از طریق پشته ها غیرممکن بود.

به عنوان الکترونیک همچنان کوچک و نیاز به قدرت بیشتر، THF تبدیل به استاندارد جهانی برای اتصال با کارایی بالا خواهد شد.سوال این نیست که آیا THF را اتخاذ کنیم بلکه این است که چقدر سریع می توانید آن را ادغام کنید تا از منحنی جلوتر بمانید..

آینده طراحی PCB در اینجاست. آن پر از مس، خالی از خلا، و یک مرحله است. آن THF است.