مقایسه Vias Capped و سایر فن آوری های Via برای طرح های PCB مدرن

در عصر PCB های با تراکم بالا، دستگاه های 5G از گوشی های هوشمند گرفته تا ایمپلنت های پزشکی از طریق فناوری یک عامل مهم هستند.ویاس ها (دوره های کوچکی که لایه های PCB را به هم متصل می کنند) تعیین می کنند که یک تخته تا چه اندازه سیگنال ها را مدیریت می کند، گرما و مونتاژ. در میان بسیاری از از طریق انواع، Capped Vias تکنولوژی با توانایی خود را برای مهر سوراخ، جلوگیری از نشت جوش،و افزایش قابلیت اطمینان که برای طرح های HDI (ارتباط با تراکم بالا) و اجزای باریک مانند BGA ضروری استبا این حال، لوله های سنتی (شکاف، کور، دفن) هنوز هم در پروژه های ساده تر و حساس به هزینه ها جای خود را دارند. این راهنما تفاوت های بین لوله های بسته شده و سایر فن آوری ها را تجزیه می کند.,عملکرد آنها، قابلیت تولید و نحوه انتخاب مناسب برای طراحی PCB شما.

نکات کلیدی
1• لوله های پوشانده در قابلیت اطمینان برجسته هستند: سوراخ های مهر و موم شده و پر شده از لوله های جوش، نفوذ رطوبت و آسیب گرما جلوگیری می کنند
2مزایای سیگنال و حرارتی: ویاس های پوشانده شده از دست دادن سیگنال را 20٪ تا 30٪ کاهش می دهند (پد های مسطح = مسیرهای کوتاه تر) و انتقال گرما را 15٪ در مقایسه با ویاس های خالی بهبود می بخشند.
3هزینه در مقابل ارزش: وایاس های پوشانده شده 10٪ به 20٪ از هزینه های PCB اضافه می کنند اما نقص های مونتاژ را 40٪ کاهش می دهند و آنها را برای HDI / طرح های باریک ارزش می دهند.
4.فایوس های سنتی برای سادگی: فایوس های سوراخ شده برای تخته های کم چگالی ارزان و قوی هستند؛ فایوس های کور / دفن شده بدون هزینه پوشش فضا را صرفه جویی می کنند.
5.استانداردها مهم هستند: IPC 4761 نوع VII را برای ویاس های پوشانده دنبال کنید تا از نقص هایی مانند چاله ها یا حفره ها جلوگیری شود.

راه های محدود چیست؟ تعریف و مزایای اصلی
ویاس های پوشانده شده یک فناوری تخصصی هستند که برای حل دو مشکل مهم در PCB های مدرن طراحی شده اند: نشت جوش (در طول مونتاژ) و آسیب محیط زیست (رطوبت، گرد و غبار).لوله های پوشانده شده با یک ماده رسانا/غیر رسانا (اپوکسی) پر شده اند، مس) و با یک کاپ صاف (قفل جوش، پوشش مس) مهر و موم می شود، ایجاد یک سطح صاف و غیر قابل نفوذ.

تعریف اصلی
یک لوله پوشانده شده یک لوله است که پس از حفاری و پوشش دو مرحله کلیدی را طی می کند:

1پر کردن: سوراخ از طریق با رزین اپوکسی (برای نیازهای غیر رسانا) یا خمیر مس (برای رسانایی حرارتی / الکتریکی) پر می شود.
2پوشش: یک لایه نازک و مسطح (ماسک سولدر یا مس) بر بالای / پایین سوراخ پر شده اعمال می شود و آن را به طور کامل مهر و موم می کند.

این فرآیند فضای خالی را از میان می برد و مانع از جریان جوش در سوراخ در هنگام جوش مجدد می شود و مانع از ورود آلاینده ها به PCB می شود.

ویژگی های اصلی لوله های پوشانده

چرا لبه های پوشیده در طراحی های مدرن اهمیت دارند؟
در PCB های HDI (معمولاً در تلفن های هوشمند ، پوشیدنی ها) ، فضای زیادی وجود دارد. اجزای مانند BGA دارای پد هایی با عرض 0.4 میلی متر هستند. ویاس های خالی در این طرح ها باعث دو مشکل عمده می شوند:

1.پوشش پیاژ: پیاژ در طول جریان مجدد به طریق جریان می رسد، پدی را خالی می گذارد و مفاصل ضعیف ایجاد می کند.
2نابرابری پد: ویاس های خالی ایجاد حفره در پد، منجر به عدم تراز قطعات می شود.

در پروژه های HDI، راه های پوشیده هر دو را با ایجاد یک بستر صاف و مسطح حل می کنند.

نحوه ساخت ویاس های پوشیده: فرآیند تولید
ویاس های پوشانده نیاز به مراحل بیشتری نسبت به ویاس های سنتی دارند، اما تلاش اضافی در قابلیت اطمینان سود می برد. در زیر جریان کار تولید استاندارد:

1آماده سازی پایه: شروع با یک لایه ای مس پوشانده (به عنوان مثال FR-4) که به اندازه مورد نظر برش داده شده است.
2حفاری دقیق: استفاده از حفاری لیزری (برای میکروویا < 150μm) یا حفاری مکانیکی (برای ویاس های بزرگتر) برای ایجاد سوراخ ها باید ± 5μm باشد تا موازی را تضمین کند.
3پوشش: دیواره های واسطه با مس (25-30μm ضخیم) برای ایجاد یک اتصال الکتریکی بین لایه ها الکتروپلاستی می شوند.
4پر کردن:
پر کردن اپوکسی: برای نیازهای غیر رسانا (به عنوان مثال، ویاس های سیگنال) ، رزین اپوکسی در ویاس تزریق می شود و در 120-150 °C خشک می شود.
پر کردن مس: برای رسانایی حرارتی / الکتریکی (به عنوان مثال، ویاس های قدرت) ، pasta مس اعمال می شود و برای تشکیل یک رسانای جامد سینتر می شود.
5.طرح بندی: از طریق پر شده برای ایجاد یک سطح صاف خرد می شود ، بدون هیچ تپ و یا چاله ای (برای جوشاندن حیاتی) تضمین می شود.
6پوشش: یک لایه نازک از ماسک جوش (برای پوشش های غیر رسانا) یا مس (برای پوشش های رسانا) برای مهر و موم مسیر اعمال می شود.این مرحله مطابق با استاندارد های IPC 4761 نوع VII برای جلوگیری از سوراخ های پین است.
7. بازرسی: دستگاه های اشعه ایکس برای پر کردن حفره ها بررسی می کنند؛ AOI (بررسی نوری خودکار) مسطحیت و تراز کاپ را بررسی می کند.

نکته حرفه ای: حفاری لیزری برای میکروویا (<150μm) که از طریق طرح ها بسته شده است، اجباری است

تکنولوژی های سنتی راه: چگونه آنها را در مقایسه با راه های پوشانده
ویاس های سنتی (از طریق سوراخ، کور، دفن، میکروویاس) ساده تر و ارزان تر از ویاس های پوشانده هستند اما فاقد ویژگی های مهر و موم و قابلیت اطمینان هستند.در زیر یک تجزیه و تحلیل از هر نوع و چگونه آنها را به هم می چسبند.

1. راه هاي سوراخ شده
قدیمی ترین و رایج ترین از طریق سوراخ های نوعی که به طور کامل از طریق PCB عبور می کنند، با دیواره های مس.

ویژگی های کلیدی
a.ساختاری: لایه های بالا و پایین را به هم متصل می کند؛ اغلب برای اجزای سوراخ (IC های DIP، خازن ها) استفاده می شود.
b. استحکام: می تواند 2 ¢ 3A جریان (1mm سوراخ، 1 اونس مس) و مقاومت در برابر ارتعاش ¢ ایده آل برای PCB صنعتی / نظامی را تحمل کند.
c.Cost: کمترین هزینه از همه از طریق انواع (بدون مراحل پر کردن / پوشش).

محدودیت ها در مقابل راه های محدود
a. ناکارآمدی فضای: 2 برابر فضای بیشتر PCB را نسبت به میکروویای پوشانده می گیرند، که آنها را برای طرح های HDI مناسب نمی کند.
ب.مسائل جوش: سوراخ های خالی خطر جوشیدن جوش را دارند، به ویژه با اجزای ظریف.
c. از دست دادن سیگنال: مسیرهای طولانی (از طریق کل صفحه) باعث کاهش سیگنال 30٪ در فرکانس های بالا (> 1 GHz) می شود.

براي:
PCB های ساده (به عنوان مثال ، تخته های Arduino) ، طرح های کم تراکم و اجزای سوراخ که در آن هزینه و قدرت بیشتر از کوچک سازی اهمیت دارد.

2. "ویاس کور"
لوله هایی که یک لایه بیرونی را به یک یا چند لایه داخلی متصل می کنند اما از طریق کل صفحه عبور نمی کنند.

ویژگی های کلیدی
a. صرفه جویی در فضا: کاهش اندازه PCB تا 30٪ در مقایسه با ویاس های سوراخ شده رایج در تلفن های هوشمند و تبلت.
b.کیفیت سیگنال: مسیرهای کوتاه تر، 25 درصد کمتر نسبت به ویاس های سوراخ می شوند.

محدودیت ها در مقابل راه های محدود
a.بدون مهر و موم: ویاس های کور پر نشده هنوز خطر نشت جوش و نفوذ رطوبت را دارند.
b. پیچیدگی تولید: نیاز به حفاری لیزر و کنترل دقیق عمق (± 10μm) ، اضافه کردن هزینه در مقایسه با سوراخ های سوراخ اما کمتر از ویاس های پوشانده.

براي:
PCB های دارای تراکم متوسط (به عنوان مثال، صفحه تلویزیون هوشمند) که فضای آن محدود است اما محدودیت هزینه اضافی توجیه نشده است.

3"ویاس" دفن شد
لبه هایی که فقط لایه های داخلی را به هم متصل می کنند و هرگز به بالای یا پایین PCB نمی رسند.

ویژگی های کلیدی
a. حداکثر کارایی فضای: لایه های بیرونی را برای اجزای آزاد کنید، که 40٪ تراکم بالاتر در مقایسه با ویاس های کور را امکان پذیر می کند.
ب.سلامت سیگنال: هیچ گونه قرار گرفتن در معرض آلاینده های خارجی، که آنها را برای سیگنال های با سرعت بالا (به عنوان مثال، PCIe 5.0) ایده آل می کند.

محدودیت ها در مقابل راه های محدود
a.عایب های پنهان: امکان بازرسی بصری ندارد، نیاز به اشعه ایکس دارد و هزینه های آزمایش را افزایش می دهد.
ب.بدون مزایای حرارتی: لوله های دفن نشده در مقایسه با لوله های پوشانده، گرما را به طور ضعیف انتقال می دهند.

براي:
PCB های دارای لایه های بالا (به عنوان مثال، motherboard های سرور) که در آن اتصالات لایه داخلی بسیار مهم هستند و فضای لایه بیرونی محدود است.

4میکروویا
ویاس های کوچک (قطر <150μm) که با لیزر سوراخ می شوند، در طرح های HDI استفاده می شوند.

ویژگی های کلیدی
a.Ultra-miniature: اندازه پد های کوچک به اندازه 0.2mm را فعال می کند، برای BGA ها و پوشیدنی ها مناسب است.
b.سرعت سیگنال: از فرکانس های تا 40 گیگاهرتز با حداقل از دست دادن پشتیبانی می کند.

محدودیت ها در مقابل راه های محدود
a. شکنندگی: میکروویا های خالی به راحتی تحت فشار حرارتی شکسته می شوند (به عنوان مثال، جوش مجدد).
خطر جوش: سوراخ های کوچک مستعد جوش هستند و میکروویای پوشانده شده این مشکل را حل می کنند اما 15٪ هزینه را افزایش می دهند.

براي:
دستگاه های بسیار جمع و جور (به عنوان مثال ساعت های هوشمند، سمعک های شنوایی) که در آن میکروویای پوشانده شده اغلب برای افزایش قابلیت اطمینان استفاده می شود.

راه های پوشیده در مقابل راه های سنتی: مقایسه سر به سر
برای انتخاب نوع مناسب، باید عملکرد، هزینه و قابلیت تولید را در نظر بگیرید. در زیر یک مقایسه دقیق وجود دارد:

مثال دنیای واقعی: مجمع BGA
برای BGA 0.4mm-pitch (معمولا در گوشی های هوشمند):

a.پوش های پوشیده شده: پد های مسطح مانع از لوله کشی جوش کننده می شوند و منجر به بهره وری 99.5٪ مفصل می شوند.
ب.میکروویا های پر نشده: جوش به سوراخ ها می رود و باعث می شود 15٪ از مفاصل شکست بخورند.
d.فایوس های سوراخ: غیرممکن است که استفاده شود

چه زمانی از ویاس های پوشانده استفاده کنیم (و چه زمانی از آنها اجتناب کنیم)
لوله های پوشانده یک راه حل برای همه نیستند. از آنها استفاده کنید زمانی که مزایای آنها هزینه را توجیه می کند، و برای لوله های سنتی انتخاب کنید زمانی که سادگی یا بودجه کلیدی است.

چه موقع باید از لوله های پوشیده استفاده کنیم؟
1.HDI یا طرح های پیچ باریک: BGA ها، QFN ها، یا اجزای دارای <0.5mm pitch-capped vias-pads flat اطمینان از جوش قابل اعتماد را فراهم می کنند.
2محیط های با استرس بالا: خودرو (تحت پوشش) ، هوافضا یا دستگاه های پزشکی
3سیگنال های با سرعت بالا: سیگنال های >1 گیگاهرتز (5G، PCIe) که در آن از دست دادن سیگنال کم از طریق محدود بسیار مهم است.
4اجزای برق: تنظیم کننده ولتاژ یا تقویت کننده های پر شده باعث بهبود انتقال گرما می شوند و از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کنند.

چه زمانی از راه های پوشیده اجتناب کنیم؟
1PCB های ارزان قیمت و ساده: تخته های Arduino، سنسورهای اساسی
2طراحی های کم تراکم: نیازی به HDI ٪ کور / دفن vias صرفه جویی در فضا بدون محدود کردن هزینه ها.
3نمونه سازی: تکرار سریع از راه های سنتی ارزان تر بهره مند می شود؛ تنها اگر قابلیت اطمینان حیاتی باشد.

چالش ها و راه حل های تولید برای ویاس های پوشانده
لوله های مغلق نیاز به تولید دقیق دارند. اشتباهات منجر به نقص هایی مانند حفره ها، چاله ها یا عدم تراز می شوند. در زیر چالش های رایج و نحوه رفع آنها آورده شده است:
1. پر کردن خال ها
مشکل: حباب های هوا در پر کردن اپوکسی / مس باعث نقاط ضعیف و انتقال گرمای ضعیف می شوند.
راه حل: از پر کردن با کمک خلاء برای خارج کردن هوا استفاده کنید؛ برای 60 دقیقه در 150 درجه سانتیگراد برای اطمینان از سخت شدن کامل خشک کنید.

2. گودال های کلاه
مشکل: سطح بندی نامنظم باعث ایجاد شکاف های کوچک در کپس می شود که منجر به مشکلات جوش می شود.
راه حل: از استانداردهای IPC 4761 نوع VII برای خرد کردن پیروی کنید (از پد های خیس کننده 1μm استفاده کنید) و با AOI برای بررسی سطح (تساملی ±2μm) بررسی کنید.

3شکاف هاي فشار حرارتي
مشکل: مواد مس و PCB با سرعت های متفاوت گسترش می یابند و باعث ترک در دیواره می شوند.
راه حل: از FR-4 با Tg بالا (Tg > 170 °C) برای مطابقت با گسترش حرارتی مس استفاده کنید؛ ویاس های صفحه ای با مس 30μm ضخیم برای قدرت بیشتر.

4. اشتباهات تراز
مشکل: انحراف در راستای سیم کشی (شکاف از مرکز) باعث می شود که اتصال لایه ها ضعیف باشد.
راه حل: استفاده از حفاری لیزری با تراز دید (دقت ± 1μm) ؛ بررسی اشعه ایکس پس از حفاری برای تأیید موقعیت.

استانداردها برای لوله های پوشانده شده: IPC 4761 نوع VII
برای اطمینان از کیفیت، لوله های پوشانده باید با IPC 4761 نوع VII مطابقت داشته باشند، استاندارد صنعت برای لوله های پر شده و پوشانده. الزامات اصلی عبارتند از:

مواد پرکننده: اپوکسی باید دمای انتقال شیشه ای (Tg) >120°C داشته باشد؛ خمیر مس باید >95٪ رسانایی داشته باشد.
b. ضخامت کلاه: کلاه ماسک جوش دهنده باید ضخامت 1020μm داشته باشد؛ کلاه مس باید ضخامت 510μm داشته باشد.
c. سطح مسطح: سطح کاپ باید حداکثر انحراف ±2μm داشته باشد تا اطمینان از قابلیت اتصال جوش را تضمین کند.
d.بررسی: 100٪ بازرسی اشعه ایکس برای پر کردن حفره ها؛ AOI برای مسطح بودن و تراز شدن کاپ.

پیروی از این استانداردها باعث کاهش ۵۰ درصد نقص ها و اطمینان از سازگاری با فرآیندهای تولید جهانی می شود.

سوالات عمومی
1آیا وایاس های بسته شده یکپارچگی سیگنال را بهبود می بخشند؟
وایاس های Yes ✓Capped مسیرهای سیگنال کوتاه تر و مسطح تری را ایجاد می کنند که باعث کاهش 20٪ induktansi انگل در مقایسه با وایاس های خالی می شود. این باعث می شود که آنها برای سیگنال های با سرعت بالا مانند 5G یا PCIe ایده آل باشند.

2.چه مقدار از لوله های بسته شده به هزینه های PCB اضافه می شود؟
ویاس های پوشانده شده 10 ٪ 20٪ از کل هزینه های PCB را اضافه می کنند. با این حال ، آنها نقص های مونتاژ را 40٪ کاهش می دهند ، بنابراین هزینه اضافی اغلب با کار مجدد کمتر جبران می شود.

3آیا می توان از وایاس های پوشیده در PCB های انعطاف پذیر استفاده کرد؟
بله PCB های انعطاف پذیر از بستر های پلی آمید و ویاس های پر از اپوکسی استفاده می کنند. مواد پر شده بدون از بین بردن انعطاف پذیری به مناطق مهم (به عنوان مثال پد های اتصال) سفتی اضافه می کنند.

4آیا گزینه های دیگری برای لیک شدن جوش دار وجود دارد؟
ویاس های چادر دار (که با ماسک جوش پوشانده شده اند) یک جایگزین ارزان تر اما کمتر موثر هستند. ماسک جوش پوشانده می تواند پوسته شود و باعث نشت شود. ویاس های پوشانده تنها راه حل برای مهر و موم قابل اعتماد هستند.

5چه تفاوتی بین وایاس های پوشانده و وایاس های پوشانده وجود دارد؟
Via-in-pad (VIP) یک نوع وی پی است که از پر کردن و پوشاندن برای جلوگیری از مشکلات جوش استفاده می کند. وی پی های بدون پوشش خطر جوش زدن را دارند.VIP ها اينو حل کنن.

نتیجه گیری
وایاس های پوشانده یک تغییر دهنده بازی برای طرح های PCB مدرن هستند، پاسخ به نیازهای حیاتی HDI، قطعات باریک و محیط های استرس بالا.ساختار پر شده از نقص های جوش جلوگیری می کند، یکپارچگی سیگنال را افزایش می دهد و طول عمر PCB را افزایش می دهد که آنها را برای تلفن های هوشمند، الکترونیک خودرو و دستگاه های پزشکی ضروری می کند.پس از آن، لوله های سنتی (از طریق سوراخ)، نابینا، دفن شده) بهترین انتخاب برای پروژه های ساده و کم هزینه باقی می ماند.

کلید انتخاب درست از طریق تکنولوژی هماهنگی آن با اهداف طراحی شما است:

a.به قابلیت اطمینان و تراکم اولویت دهید: راه های محدود را انتخاب کنید (پای IPC 4761 نوع VII را دنبال کنید).
ب. اولویت بندی هزینه و سادگی: انتخاب سوراخ یا کور / دفن vias.
c. اولویت دادن به مینیاتوریزاسیون فوق العاده: مایکروویا های پوشیده را انتخاب کنید.

با ادامه کوچک شدن PCB ها و ظریف تر شدن اجزای آنها، ویاس های پوشانده فقط اهمیت بیشتری پیدا می کنند.شما PCB هایی را می سازید که کوچکتر هستند، قابل اطمینان تر و مناسب تر برای خواسته های الکترونیک مدرن است.