ویای کور در مقابل ویای مدفون در بردهای مدار چاپی: تفاوت‌های کلیدی، تولید و کاربردها

با افزایش تراکم طرح های PCB که توسط 5G، پوشیدنی ها و محاسبات با عملکرد بالا هدایت می شود، نیاز به لوله های کارآمد فضایی هرگز بیشتر نبوده است.راه های سنتی سوراخ (که کل PCB را سوراخ می کنند) املاک با ارزش را هدر می دهند و مسیرهای سیگنال را در تخته های چند لایه مختل می کنند. وارد ویاس های کور و ویاس های دفن شده شوید: دو نوع پیشرفته ای که لایه ها را بدون نفوذ به کل PCB متصل می کنند، و باعث می شوند مدار های کوچکتر، سریعتر و قابل اعتماد تر شوند.

در حالی که هر دو چالش های فضایی را حل می کنند، طراحی منحصر به فرد، فرآیندهای تولید و ویژگی های عملکرد آنها را برای کاربردهای خاص مناسب تر می کند.این راهنما تفاوت های اساسی بین راه های کور و دفن شده را تجزیه می کنداین که آیا شما در حال طراحی یک PCB هوشمند HDI یا یک ماژول قدرت خودرو مقاوم هستید، درک این تفاوت ها به شما کمک می کند تا هزینه را بهینه سازی کنید.عملکرد، و قابلیت تولید.

راه های نابینا و دفن شده چیست؟
قبل از اینکه به تفاوت ها بپردازیم، ضروری است که هر کدام را از طریق نوع و هدف اصلی آنها تعریف کنیم: اتصال لایه های PCB بدون هدر دادن فضا یا به خطر انداختن یکپارچگی سیگنال.

مسیرهای کور: اتصال لایه های بیرونی به لایه های داخلی
یک blind via یک سوراخ پوشش داده شده است که یک لایه بیرونی (سطح بالا یا پایین PCB) را به یک یا چند لایه داخلی متصل می کند اما به کل صفحه نفوذ نمی کند.که آن را از لایه بیرونی مخالف نامرئی می کند.

ویژگی های کلیدی راه های کور:
a. دسترسی: تنها از یک لایه بیرونی قابل مشاهده است (به عنوان مثال، یک پرده سمت بالا از لایه پایین پنهان است).
b. اندازه: به طور معمول کوچک (قطر 0.1 × 0.3 mm) ، با لیزر برای دقت بسیار مهم برای PCB های HDI (تزریق با چگالی بالا) حفاری می شود.
ج. مورد استفاده رایج: اتصال یک BGA (Ball Grid Array) لایه بالا به یک صفحه برق داخلی در PCB تلفن هوشمند، که سوراخ های عبور از آن اجزای دیگر را مسدود می کند.

انواع چشم پوشی:
a. یک راه کوری یک لبه: یک لایه بیرونی را به اولین لایه داخلی مجاور متصل کنید (به عنوان مثال لایه 1 → لایه 2).
b.Multi-Hop Blind Vias: اتصال یک لایه بیرونی به یک لایه داخلی عمیق تر (به عنوان مثال، لایه 1 → لایه 4) نیاز به لایه بندی متوالی دارد (بیشتر در مورد این بعدا).

راه های دفن شده: فقط لایه های داخلی را متصل کنید
یک سوراخ دفن شده یک سوراخ پوشیده است که دو یا چند لایه داخلی را به هم متصل می کند. این سوراخ به هیچ یک از لایه های بیرونی (بالا یا پایین) دسترسی ندارد.باعث می شود که آن را کاملا از سطح PCB ٪ نامرئیویژگی های کلیدی ویاس های دفن شده:
a.سهولت دسترسی: بدون قرار گرفتن در معرض لایه های بیرونی؛ بدون تجزیه PCB نمی توان بعد از تولید آن را بازرسی یا تعمیر کرد.
b. اندازه: کمی بزرگتر از ویاس های کور (قطر 0.2 × 0.4 میلی متر) ، اغلب به صورت مکانیکی برای بهره وری هزینه در تولید حجم بالا حفاری می شود.
ج.مورد استفاده مشترک: اتصال لایه های سیگنال داخلی در یک ECU خودرو 12 لایه ای (اتحاد کنترل موتور) ، که در آن لایه های بیرونی برای کانکتورها و سنسورها اختصاص دارد.

انواع ویاس های دفن شده:
a. Vias دفن مجاور: اتصال دو لایه داخلی مجاور (به عنوان مثال، لایه 2 → لایه 3).
b. Vias دفن غیر مجاور: اتصال لایه های داخلی غیر مجاور (به عنوان مثال، لایه 2 → لایه 5) نیاز به تراز دقیق در طول لایه بندی دارد.

راه های نابینا در مقابل راه های دفن شده: مقایسه کنار هم
جدول زیر تفاوت های حیاتی بین ویاس های کور و دفن شده را در تولید، عملکرد و معیارهای کاربردی برجسته می کند که برای انتخاب نوع مناسب برای طراحی شما ضروری است.

فرآیند تولید: چگونه ویاس های کور و دفن شده ساخته می شوند
بزرگترین تمایز بین ویاس های کور و دفن شده در جریان های کاری تولید آنهاست که هرکدام با اتصال لایه های منحصر به فرد خود متناسب هستند.درک این فرآیندها به توضیح تفاوت هزینه ها و محدودیت های طراحی کمک می کند..
تولید لامپ های کور
ویاس های کور نیاز به حفاری دقیق و لایه بندی متوالی دارند تا اطمینان حاصل شود که آنها در لایه داخلی صحیح متوقف می شوند. این فرآیند برای ویاس های تک هپ در مقابل چند هپ کمی متفاوت است ، اما مراحل اصلی عبارتند از:
1آماده سازی لایه داخلی:
با یک لایه داخلی پایه (به عنوان مثال لایه 2) با ردپای مس از قبل الگویی شروع کنید.
یک لایه دی الکتریک نازک (prepreg) را به لایه 2 اعمال کنید. این آن را از لایه بیرونی (layer 1) جدا می کند.
2. حفاری کور:
از لیزر UV (طول موج 355nm) برای حفاری از طریق لایه بیرونی (طبقه 1) و دی الکتریک استفاده کنید و دقیقاً در لایه 2 متوقف شوید.حفاری لیزری به کنترل عمق ±5μm می رسد که برای جلوگیری از نفوذ ضروری است (حفر از طریق لایه 2).
برای ویاس های کور بزرگتر (≥0.3 میلی متر) ، حفاری مکانیکی استفاده می شود، اما نیاز به نظارت عمیق تر دارد.
3.از آب کردن و چسباندن:
برای اطمینان از چسبندگی مس، روغن های رزین را از طریق دیواره ها (از طریق برقی پلاسما) حذف کنید.
صفحه ای را با مس بدون برق (0.5μm پایه) و سپس با مس الکتروپلاستی (1520μm) برای ایجاد یک مسیر رسانا بین لایه 1 و لایه 2.
4. لامیناسیون دنباله دار (برای Vias Multi-Hop):
برای ویاس های کور متصل به لایه های داخلی عمیق تر (به عنوان مثال، لایه 1 → لایه 4) ، مراحل 1 ¢ 3 را تکرار کنید: یک لایه دی الکتریک دیگر اضافه کنید، یک کور دوم را از لایه 2 به لایه 3، صفحه،و تکرار کنید تا به لایه 4 برسید..
لایه بندی متوالی هزینه را افزایش می دهد اما اتصال لایه های پیچیده را در PCB های HDI امکان پذیر می کند.
5.پاکسازی لایه بیرونی:
ماسک جوش دهنده را روی لایه بیرونی قرار دهید و پرده را از طریق باز کردن برای جوش بخش قرار دهید.

تولید ویاس های دفن شده
پیش از اضافه کردن لایه های بیرونی، ویاس های دفن شده ساخته می شوند، اطمینان حاصل می شود که آنها بین لایه های داخلی پنهان می شوند.
1.پايه ي داخلي:
لایه های داخلی را که باید متصل شوند (به عنوان مثال لایه 2 و لایه 3) انتخاب کنید. ردیف های مس را در هر دو لایه الگوی کنید و از طریق پد ها در نقاط اتصال مورد نظر قرار دهید.
2حفاری دفن شده:
سوراخ کردن لایه های داخلی (طبقه 2 → لایه 3) با استفاده از یک سوراخ مکانیکی (برای ≥0.2mm) یا لیزر (برای ≤0.2mm).دریل باید به طور کامل با پد های از طریق در هر دو لایه هم تراز شود، بنابراین تحمل ±3μm.
3.پلاينگ و ديزنيگ:
از طریق دیوارها و صفحه با مس، ایجاد یک مسیر رسانا بین لایه 2 و لایه 3.
4لایه بندی:
لایه های دی الکتریک (prepreg) را به هر دو طرف از دفن شده از طریق پشته اضافه کنید (layer 2 √ 3).
لایه های بیرونی (سطح 1 و 4) را بر روی دی الکتریک لاستیک کنید، و به طور کامل از طریق دفن شده را پوشش دهید.
5پردازش لایه بیرونی:
الگوی و صفحه لایه های بیرونی (طبقه 1 و 4) به عنوان مورد نیاز، دسترسی به مرزهای دفن شده مورد نیاز نیست.

چالش اصلی: هماهنگی
ویاس های دفن شده در طول لایه بندی بر تراز دقیق بین لایه های داخلی تکیه می کنند. حتی یک تغییر 5μm می تواند ویاس را از یک لایه جدا کند و منجر به مدار های ′′باز′′ شود.تولید کنندگان از علامت های معتبر (هدف های مس 1 میلی متر) و بازرسی نوری خودکار (AOI) برای اطمینان از تراز استفاده می کنند.

تفاوت های عملکردی حیاتی: چه زمانی باید کور یا دفن را انتخاب کنیم
فراتر از تولید، ویاس های کور و دفن شده در یکپارچگی سیگنال، مدیریت حرارتی و عوامل هزینه ای که انتخاب برنامه را هدایت می کنند متفاوت هستند.
1صداقت سیگنال: خط های دفن شده برتری دارند
یکپارچگی سیگنال برای طرح های فرکانس بالا (5G ، PCIe 6.0) بسیار مهم است ، جایی که از طریق stubs (غیر ضروری از طریق طول) و قرار گرفتن در معرض لایه بیرونی باعث ایجاد سر و صدا و از دست دادن می شود.
a.Blind Vias: مسیرهای سیگنال کوتاه (بدون نفوذ کامل) طول ستوب را با 50٪ 70٪ در مقایسه با سوراخ ها کاهش می دهد.قرار گرفتن آنها در معرض لایه های بیرونی باعث می شود که آنها به EMI (مداخلات الکترومغناطیسی) از اجزای نزدیک حساس باشند..
مورد استفاده: آنتن های تلفن های هوشمند 5G (28GHz) ، جایی که فضای محدود است اما EMI را می توان با سپر مدیریت کرد.
ب. راه های دفن شده: عدم قرار گرفتن در معرض لایه بیرونی خطرات EMI را از بین می برد و طراحی کاملاً بسته آنها بازتاب سیگنال را به حداقل می رساند.آنها بهترین انتخاب برای سیگنال های فرکانس فوق العاده بالا (≥40GHz) مانند رادار هوافضا هستند.
مورد استفاده: فرستنده های ماهواره ای، که در آن از دست دادن سیگنال 0.1dB می تواند محدوده ارتباطات را به مایل کاهش دهد.

نقطه داده: یک مطالعه توسط IPC نشان داد که ویاس های دفن شده از دست دادن ورودی را 0.3dB / اینچ در 40GHz در مقابل ویاس های کور کاهش می دهند که به اندازه کافی برای گسترش پوشش ایستگاه پایه 5G 10٪ است.

2مدیریت حرارتی: راه های دفن شده برای انزوا، کور برای انتقال
عملکرد حرارتی بستگی به این دارد که آیا از طریق نیاز به انتقال گرما به یا از لایه های بیرونی است.
a.Blind Vias: منابع حرارتی لایه بیرونی (به عنوان مثال، یک LED سمت بالا) را به هواپیماهای مس داخلی متصل کنید، گرمای را از اجزای خارج می کند. قرار گرفتن آنها در معرض لایه های بیرونی آنها را برای انتقال گرما ایده آل می کند.
مورد استفاده: دستگاه های پوشیدنی LED با قدرت بالا، که در آن LED (طبقه بیرونی) گرما تولید می کند که باید به یک سطح حرارتی داخلی منتقل شود.
b.Buried Vias: گرمای لایه داخلی (به عنوان مثال یک تقویت کننده قدرت داخلی) را از لایه های بیرونی جدا می کند و مانع از رسیدن گرما به اجزای حساس مانند سنسورها می شود.
مورد استفاده: سنسورهای ADAS خودرو، که در آن لایه های انرژی داخلی گرما تولید می کنند که می تواند سیگنال های دوربین یا رادار را مختل کند.

مثال دنیای واقعی: یک ECU خودرو با استفاده از ویاس های دفن شده برای لایه های قدرت داخلی، دمای لایه بیرونی را 12 درجه سانتیگراد کاهش می دهد و طول عمر سنسور را 30٪ افزایش می دهد.

3هزینه: راه های کور اقتصادی تر هستند
هزینه های ویاس های دفن شده 25 تا 30 درصد بیشتر از سوراخ های سوراخ است، در حالی که هزینه های ویاس های کور 15 تا 20 درصد بیشتر است که به دلیل پیچیدگی تولید است.
a.Blind Vias: حفاری لیزری و لایه بندی تک مرحله ای به صورت دنباله ای کمتر از دفن از طریق فرآیندهایی است. برای PCB های HDI دسته کوچک (به عنوان مثال، نمونه های اولیه 100 واحد) ، blind vias save (500 ′′) 1،000 در مقابل. دفن شده
b.Buried Vias: نیاز به تراز دقیق لایه های داخلی و لامیناسیون چند مرحله ای، افزایش هزینه های کار و مواد دارد. آنها فقط در تولید حجم بالا (10k+ واحد) مقرون به صرفه هستند.در صورتی که هزینه های راه اندازی بر روی صفحه های بیشتری توزیع می شود.

نکته هزینه: برای طرح هایی که به هر دو نیاز دارند، از ترکیب های "کشف نابینا" استفاده کنید (به عنوان مثال، یک کشف نابینا از لایه 1 → لایه 2 و یک دفن شده از لایه 2 → لایه 3) برای تعادل عملکرد و هزینه.

کاربردها: جایی که چشم های کور و دفن شده درخشان است
هر یک از این انواع در صنایع خاص برتری دارند، بر اساس عملکرد و مزایای صرفه جویی در فضا.

چشم پوشی: HDI و الکترونیک کوچک
وایاس های کور در طرح هایی که فضای بالاترین اولویت است و دسترسی به لایه بیرونی مورد نیاز است، برجسته می شوند.
a.الکترونیک مصرف کننده:
تلفن های هوشمند (به عنوان مثال، آیفون 15 پرو): ویاس های کور BGA های لایه بالا (0.4 میلی متر) را به هواپیماهای داخلی قدرت متصل می کنند، و 20٪ بیشتر اجزای را در همان فضا قرار می دهند.
پوشیدنی ها (به عنوان مثال Apple Watch): ویاس های کور کوچک (0.1 میلی متر) باعث می شود PCB های نازک (0.5 میلی متر ضخامت) که با مچ دست مطابقت دارند.
ماژول های 5G:
آنتن های موج میلیمتر (mmWave antennas) (۲۸۶۰GHz) از واس کور برای اتصال عناصر آنتن لایه بیرونی به لایه های سیگنال داخلی استفاده می کنند و از دست دادن سیگنال را به حداقل می رسانند.

ویاس های دفن شده: کاربردهای لایه بالا و محکم
ویاس های دفن شده برای PCB های چند لایه ای که در آن اتصالات لایه های داخلی حیاتی هستند و لایه های بیرونی برای اجزای خارجی اختصاص داده شده اند، ایده آل هستند.
a.برنامه های الکترونیک خودرو:
اینورترهای EV (PCB های 12 لایه): ویاس های دفن شده لایه های داخلی قدرت (600V) را به هم متصل می کنند تا از افشای مسیرهای ولتاژ بالا در لایه های بیرونی جلوگیری شود.
ECU های ADAS: ویاس های دفن شده لایه های سیگنال داخلی را از سنسورهای خارجی جدا می کنند و تداخل EMI را کاهش می دهند.
ب.هوافضا و دفاع:
سیستم های رادار (PCB های لایه 8 ′′16): ویاس های دفن شده سیگنال های 40GHz + را با حداقل از دست دادن ، برای نظارت نظامی حیاتی می کنند.
هواپیمایی: طراحی بسته شده توسط ویاس های دفن شده در برابر ارتعاش (20G) و دمای شدید (-55 ° C تا 125 ° C) مقاومت می کند و با استانداردهای MIL-STD-883 مطابقت دارد.
ج. دستگاه های پزشکی:
دستگاه های ام آر آی: ویاس های دفن شده از EMI از اجزای لایه بیرونی جلوگیری می کنند و سیگنال های تصویربرداری واضح (10 ′′ 30GHz) را تضمین می کنند.

چالش های رایج و چگونگی کاهش آنها
هر دو واس کور و دفن شده چالش های تولید را ارائه می دهند. طراحی پیشگیرانه و انتخاب شریک می تواند از اشتباهات پرهزینه جلوگیری کند.
1. چالش های نابینا
a.Breakthrough: حفاری لیزر بیش از حد عمیق لایه داخلی هدف را سوراخ می کند و یک مدار کوتاه ایجاد می کند.
راه حل: برای تایید پارامترهای حفاری از مانیتورهای عمق لیزر در خط (دقیقیت ± 1μm) و کوپن های آزمایش استفاده کنید.
ب.پولیدن از طریق: پُر شدن از طریق بستن های کور در طول مونتاژ باعث ایجاد نقص های مفصلی می شود.
راه حل: برای یک سطح صاف، ویاس ها را با مس یا اپوکسی (VIPPO) پر کنید.

2. از طریق چالش ها دفن شده
a.خطاهای تراز: تغییر لایه داخلی، اتصال از یک لایه را قطع می کند.
راه حل: استفاده از پریس های لایه بندی با دقت بالا (معادل ±3μm) و علامت های فیدوشیا برای تراز در زمان واقعی.
ب. مدارهای باز: پوسته های خالی در ویاس های دفن شده غیرممکن است که پس از تولید ترمیم شوند.
راه حل: استفاده از بازرسی اشعه ایکس برای بررسی از طریق پوشش قبل از ورق بندی؛ تخته ها با > 2٪ خالی را رد کنید.

3طراحی بهترین شیوه ها
a. از استانداردهای IPC پیروی کنید: IPC-6012 (تأهل PCB) و IPC-2221 (استانداردهای طراحی) حداقل را از طریق اندازه ها و فاصله ها تعریف می کنند.
ب.از پیچیدگی بیش از حد اجتناب کنید: برای کاهش هزینه ها در صورت امکان از ویاس های کور تک هپ به جای چند هپ استفاده کنید.
ج.شراکت با کارشناسان:تولید کنندگان را انتخاب کنید (مانند LT CIRCUIT) با قابلیت های تخصصی حفاری لیزری و لایه بندی متوالی آنها می توانند بازخورد DFM را برای بهینه سازی طراحی شما ارائه دهند.

سوالات عمومی
س: آیا یک PCB می تواند از هر دو واس کور و دفن شده استفاده کند؟
A: بله ✓ PCB های کامبو دفن شده کور در طرح های پیچیده رایج هستند (به عنوان مثال، ECUهای خودرو 12 لایه ای). به عنوان مثال، یک کور از طریق لایه 1 (خارج) به لایه 2 (داخل) متصل می شود.و یک دفن از طریق لایه 2 به لایه 5 (داخلی) متصل می شود، بهینه سازی فضای و عملکرد.

س: آیا لوله های کور برای PCB های با قدرت بالا (به عنوان مثال 100W +) مناسب هستند؟
A: بله، اما آنها نیاز به قطر بزرگتر (≥0.2mm) و پر کردن مس برای مقابله با جریان های بالا دارند.که آن را برای رانندگان LED و ماژول های قدرت کوچک مناسب می کند.

س: چرا لوله های دفن شده گران تر از لوله های کور هستند؟
A: ویاس های دفن شده نیاز به مراحل اضافی جهت گیری لایه داخلی، لایه بندی تخصصی و بازرسی اشعه ایکس برای تأیید اتصالات دارند که همه آنها هزینه های کار و مواد را افزایش می دهند. برای تولید حجم بالا,این هزینه ها با عملکرد بهتر جبران می شوند.

س: آیا می توان در صورت شکست، ویاس های دفن شده را تعمیر کرد؟
A: هیچ ویاس دفن شده ای بین لایه های داخلی قرار ندارد، بنابراین تعمیر آنها نیاز به تجزیه PCB (که آن را نابود می کند) دارد.به همین دلیل است که بررسی اشعه ایکس قبل از لامیناسیون برای تشخیص زود هنگام نقص ها بسیار مهم است.

س: حداقل اندازه برای ویاس های کور و دفن شده چیست؟
A: لوله های کور لیزر سوراخ شده می توانند به اندازه 0.1 میلی متر (4 میلی متر) کوچک باشند ، در حالی که لوله های دفن شده (لیزر سوراخ شده) از 0.15 میلی متر (6 میلی متر) شروع می شوند. حفاری مکانیکی برای هر دو نوع محدود به ≥ 0.2 میلی متر (8 میلی متر) است.

نتیجه گیری
وایاس های کور و دفن شده هر دو برای طراحی PCB مدرن ضروری هستند ، اما تفاوت های آنها در اتصال لایه ، تولید و عملکرد آنها را برای موارد استفاده متمایز مناسب می کند.لوله های کور در HDI می درخشند، الکترونیک کوچک که در آن دسترسی لایه بیرونی و بهره وری هزینه مهم است. ویاس های دفن شده بر برنامه های کاربردی لایه بالا و قوی که در آن یکپارچگی سیگنال، عایق حرارتی،و مقاومت EMI بسیار مهم است..

کلید موفقیت هماهنگی انتخاب شما با اولویت های طراحی شما است: فضا، هزینه، فرکانس سیگنال و محیط زیست. با پیروی از استانداردهای IPC، همکاری با تولید کنندگان باتجربه،و استفاده از ابزار بازرسی پیشرفته، شما می توانید پتانسیل کامل آنها را از طریق انواع PCB ایجاد کنید که نیازهای نوآوری 5G، خودرو و هوافضا را برآورده می کند.