چرا فناوری VIPPO برای طرح‌بندی PCB فشرده و با چگالی بالا حیاتی است

در رقابت برای ساخت قطعات الکترونیکی کوچک‌تر و قدرتمندتر - از ماژول‌های 5G گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی - مهندسان با یک چالش اساسی روبرو هستند: قرار دادن اجزای بیشتر و سیگنال‌های سریع‌تر در فضاهای فشرده‌تر. طراحی‌های سنتی ویای PCB اغلب به یک گلوگاه تبدیل می‌شوند و تراکم را محدود کرده و سیگنال‌ها را کند می‌کنند. وارد شوید VIPPO (Via In Pad Plated Over) فناوری‌ای که بازی را تغییر می‌دهد و به مهندسان اجازه می‌دهد تا مرزهای طراحی اتصال متراکم (HDI) را جابجا کنند.

VIPPO جایگزین ویای سنتی حجیم با اتصالات فشرده و یکپارچه شده با پد می‌شود و طرح‌بندی‌هایی را امکان‌پذیر می‌کند که زمانی غیرممکن بودند. این راهنما نحوه عملکرد VIPPO، مزایای کلیدی آن نسبت به فناوری ویای استاندارد و دلیل ضروری شدن آن برای PCBهای پیچیده در صنایعی مانند هوافضا، مخابرات و دستگاه‌های پزشکی را توضیح می‌دهد.

نکات کلیدی
1.VIPPO (Via In Pad Plated Over) ویای را مستقیماً زیر پدهای اجزا ادغام می‌کند و اندازه PCB را 30 تا 50 درصد در مقایسه با طرح‌بندی ویای سنتی کاهش می‌دهد.
2.با حذف «مناطق ممنوعه» در اطراف ویای، VIPPO فاصله بین اجزا را تا 0.4 میلی‌متر امکان‌پذیر می‌کند که برای بسته‌های BGA و CSP حیاتی است.
3.VIPPO یکپارچگی سیگنال را در طرح‌های پرسرعت (25 گیگابیت بر ثانیه+) بهبود می‌بخشد و 50 درصد تلفات سیگنال کمتری نسبت به ویای سنتی به دلیل طول مسیرهای کوتاه‌تر دارد.
4.VIPPO با پیاده‌سازی صحیح، قابلیت اطمینان را با کاهش تنش حرارتی و جلوگیری از نفوذ لحیم افزایش می‌دهد و نرخ خرابی میدانی را تا 40 درصد در محیط‌های سخت کاهش می‌دهد.

فناوری VIPPO چیست؟
VIPPO (که به صورت «ویپو» تلفظ می‌شود) مخفف Via In Pad Plated Over است - یک طراحی ویای تخصصی که در آن ویای سوراخ‌دار مستقیماً در داخل یک پد اجزا تعبیه شده است، با مواد رسانا یا غیررسانا پر شده، صاف شده و با مس آبکاری می‌شود. این امر نیاز به سوراخ‌های ویای جداگانه و «مناطق ممنوعه» (فضاهایی در اطراف ویای که نمی‌توان اجزا را در آن قرار داد) را از بین می‌برد و تراکم بی‌سابقه‌ای را در طرح‌بندی‌های PCB باز می‌کند.

نحوه عملکرد VIPPO: فرآیند تولید
1.سوراخ‌کاری لیزری: ویای‌های ریز (قطر 50 تا 150 میکرومتر) مستقیماً در ناحیه پد PCB سوراخ می‌شوند که از آنچه مته‌های مکانیکی سنتی می‌توانند به دست آورند، کوچک‌تر است.
2.پر کردن: ویای‌ها با اپوکسی (غیررسانا) یا خمیر پر شده با نقره (رسانا) پر می‌شوند تا یک سطح صاف ایجاد شود. اپوکسی برای ویای‌های سیگنال (عایق) استفاده می‌شود، در حالی که خمیر رسانا برای ویای‌های قدرت (حمل جریان) استفاده می‌شود.
3.مسطح‌سازی: ویای پر شده برای هم‌سطح شدن با سطح PCB، سنباده زده یا صیقل داده می‌شود و یک پد صاف برای نصب اجزا تضمین می‌شود.
4.آبکاری: یک لایه نازک از مس (25 تا 50 میکرومتر) روی ویای و پد پر شده آبکاری می‌شود و یک مسیر رسانای پیوسته بدون شکاف ایجاد می‌کند.

این فرآیند که توسط استانداردهای IPC-4761 نوع 7 تعریف شده است، تضمین می‌کند که ویای به اندازه کافی برای لحیم‌کاری محکم و برای محیط‌های با لرزش بالا به اندازه کافی قابل اعتماد است.

VIPPO در مقابل ویای سنتی: یک مقایسه حیاتی
ویای‌های سوراخ‌دار سنتی به «مناطق ممنوعه» بزرگی (اغلب 2 تا 3 برابر قطر ویای) نیاز دارند تا از نفوذ لحیم به داخل سوراخ در حین مونتاژ جلوگیری شود. این امر باعث هدر رفتن فضا و اجبار به مسیرهای طولانی‌تر می‌شود. VIPPO این مشکل را برطرف می‌کند، همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است:

مزایای کلیدی VIPPO برای PCBهای با تراکم بالا
VIPPO فقط یک ترفند صرفه‌جویی در فضا نیست - عملکرد، قابلیت اطمینان و قابلیت ساخت PCB را متحول می‌کند.
1. بهینه‌سازی فضا: قرار دادن بیشتر در فضای کمتر
بارزترین مزیت VIPPO صرفه‌جویی در فضا است. با ادغام ویای در پدها، مهندسان می‌توانند:

الف. کاهش سطح PCB تا 30 تا 50 درصد در طرح‌های متراکم (به عنوان مثال، یک برد 10 سانتی‌متر مربع با VIPPO جایگزین یک برد سنتی 15 سانتی‌متر مربع می‌شود).
ب. قرار دادن اجزایی مانند BGA (آرایه‌های شبکه توپ) با گام 0.4 میلی‌متر - که با ویای سنتی غیرممکن است، که به شکاف‌های بزرگ‌تری بین توپ‌ها نیاز دارد.
ج. حذف «مناطق مرده» در اطراف ویای، تبدیل فضای استفاده‌نشده به فضای واقعی کاربردی برای مسیرها یا اجزای غیرفعال.

مثال: یک PCB سلول کوچک 5G با استفاده از VIPPO 20 درصد اجزای RF بیشتری را در همان محفظه جای می‌دهد و توان عملیاتی داده را بدون افزایش اندازه افزایش می‌دهد.

2. بهبود یکپارچگی سیگنال برای طرح‌های پرسرعت
در مدارهای پرسرعت (25 گیگابیت بر ثانیه+)، تلفات و اعوجاج سیگنال خطرات عمده‌ای هستند. VIPPO این مشکل را با موارد زیر برطرف می‌کند:

الف. کوتاه کردن مسیرهای سیگنال: مسیرها دیگر نیازی به مسیریابی در اطراف ویای ندارند و طول را 20 تا 40 درصد کاهش می‌دهند و تأخیر سیگنال را کاهش می‌دهند.
ب. به حداقل رساندن تغییرات امپدانس: ویای‌های سنتی «پله‌های» امپدانس ایجاد می‌کنند که سیگنال‌ها را منعکس می‌کنند. سطح صاف و آبکاری شده VIPPO امپدانس 50Ω/100Ω ثابت را حفظ می‌کند.
ج. کاهش تداخل متقابل: فاصله بین اجزای تنگ‌تر با VIPPO با طول مسیرهای کوتاه‌تر جبران می‌شود و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) بین سیگنال‌های مجاور را کاهش می‌دهد.

داده‌های آزمایش: یک جفت دیفرانسیل 40 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از VIPPO 0.5 دسی‌بل تلفات درج در 40 گیگاهرتز را نشان می‌دهد، در مقایسه با 1.2 دسی‌بل با ویای سنتی - که برای پیوندهای 5G و مرکز داده حیاتی است.

3. افزایش قابلیت اطمینان و دوام
VIPPO دو نقطه خرابی رایج در ویای‌های سنتی را برطرف می‌کند:

الف. نفوذ لحیم: ویای‌های سنتی مانند نی عمل می‌کنند و لحیم را از اتصالات اجزا در حین بازپخت دور می‌کنند. سطح پر شده و آبکاری شده VIPPO این کار را مسدود می‌کند و پیوندهای لحیم قوی را تضمین می‌کند که در برابر چرخه حرارتی مقاومت می‌کنند.
ب. تنش حرارتی: VIPPO از مواد پرکننده‌ای با ضریب انبساط حرارتی (CTE) استفاده می‌کند که با بستر PCB (به عنوان مثال، FR4 یا c.Rogers) مطابقت دارد و تنش را در هنگام نوسانات دما (-40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد) کاهش می‌دهد. این خطر لایه‌برداری را تا 60 درصد در کاربردهای خودرو و هوافضا کاهش می‌دهد.

داده‌های میدانی: PCBهای دستگاه‌های پزشکی با VIPPO 40 درصد نرخ خرابی کمتری نسبت به طرح‌های سنتی پس از 10000 چرخه حرارتی نشان می‌دهند.

4. توزیع برق بهتر
برای طرح‌های متراکم از نظر قدرت (به عنوان مثال، سیستم‌های مدیریت باتری EV)، ویای‌های پر شده رسانای VIPPO:

الف. 2 تا 3 برابر جریان بیشتری نسبت به ویای‌های سنتی با همان اندازه حمل می‌کنند، به لطف هسته‌های خمیر رسانای جامد.
ب. برق را به طور مساوی در سراسر PCB توزیع می‌کنند و نقاط داغ را تا 25 درجه سانتی‌گراد در مناطق با جریان بالا کاهش می‌دهند.

ملاحظات طراحی VIPPO
برای به حداکثر رساندن مزایای VIPPO، مهندسان باید عوامل کلیدی طراحی و تولید را در نظر بگیرند:
1. انتخاب مواد
مواد پرکننده: از اپوکسی برای ویای‌های سیگنال (عایق الکتریکی) و خمیر پر شده با نقره برای ویای‌های قدرت (رسانایی) استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که CTE با بستر (به عنوان مثال، 12 تا 16 ppm/°C برای FR4) مطابقت دارد.
بستر: مواد کم‌اتلاف مانند Rogers RO4350 برای طرح‌های VIPPO پرسرعت بهترین عملکرد را دارند، زیرا خواص دی‌الکتریک پایدار را در اطراف ویای حفظ می‌کنند.
آبکاری: آبکاری مس ضخیم (30 تا 50 میکرومتر) تضمین می‌کند که اتصال ویای-پد در برابر تنش حرارتی مکرر مقاومت می‌کند.

2. اندازه و فاصله ویای
قطر: 50 تا 150 میکرومتر برای ویای‌های سیگنال؛ 150 تا 300 میکرومتر برای ویای‌های قدرت (برای تحمل جریان بالاتر).
اندازه پد: 2 تا 3 برابر قطر ویای (به عنوان مثال، پد 300 میکرومتر برای ویای 100 میکرومتر) برای اطمینان از ناحیه لحیم‌کاری کافی.
گام: ≥2 برابر قطر ویای را بین ویای‌های VIPPO مجاور حفظ کنید تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود.

3. کنترل کیفیت تولید
تشخیص حفره: از بازرسی اشعه ایکس برای بررسی حفره‌ها در ویای‌های پر شده استفاده کنید - حفره‌های >5٪ از حجم ویای مقاومت را افزایش می‌دهند و خطر خرابی را افزایش می‌دهند.
مسطح‌سازی: اطمینان حاصل کنید که ویای‌های پر شده با سطح PCB هم‌سطح هستند (تلرانس ±5 میکرومتر) تا از تشکیل ضعیف اتصال لحیم جلوگیری شود.
یکنواختی آبکاری: AOI (بازرسی نوری خودکار) آبکاری مس ثابت را تأیید می‌کند که برای کنترل امپدانس حیاتی است.

کاربردهایی که VIPPO در آن می‌درخشد
VIPPO در صنایعی که به PCBهای فشرده و با کارایی بالا نیاز دارند، متحول‌کننده است:
1. مخابرات و 5G
ایستگاه‌های پایه 5G: VIPPO آرایه‌های متراکم اجزای RF و فرستنده‌های گیرنده mmWave 28 گیگاهرتز را در محفظه‌های کوچک امکان‌پذیر می‌کند و پوشش را بدون افزایش اندازه گسترش می‌دهد.
سوئیچ‌های مرکز داده: فرستنده‌های گیرنده 100 گیگابیت بر ثانیه+ از VIPPO برای مسیریابی سیگنال‌های پرسرعت بین BGAها استفاده می‌کنند و تأخیر را 15 درصد در مقایسه با طرح‌های سنتی کاهش می‌دهند.

2. دستگاه‌های پزشکی
ایمپلنت‌ها: ضربان‌سازها و محرک‌های عصبی از VIPPO برای قرار دادن مدارهای پیچیده در بسته‌های زیر 10 میلی‌متر مکعب استفاده می‌کنند، با پر کردن اپوکسی زیست‌سازگار برای جلوگیری از ورود مایعات.
تشخیص‌های قابل حمل: دستگاه‌های دستی (به عنوان مثال، آنالایزرهای خون) از VIPPO برای کاهش وزن تا 30 درصد استفاده می‌کنند و قابلیت حمل را بدون قربانی کردن عملکرد بهبود می‌بخشند.

3. هوافضا و دفاع
محموله‌های ماهواره‌ای: VIPPO وزن PCB را تا 40 درصد کاهش می‌دهد و هزینه‌های پرتاب را کاهش می‌دهد. پایداری حرارتی آن قابلیت اطمینان را در محیط‌های فضایی شدید تضمین می‌کند.
رادیوهای نظامی: PCBهای VIPPO مقاوم در برابر لرزش (20G) و دمای شدید مقاومت می‌کنند و یکپارچگی سیگنال را در شرایط میدان نبرد حفظ می‌کنند.

4. لوازم الکترونیکی مصرفی
تلفن‌های تاشو: VIPPO PCBهای انعطاف‌پذیر را در لولاها امکان‌پذیر می‌کند و نمایشگرها را با اجزای گام 0.4 میلی‌متری به بردهای اصلی متصل می‌کند - که برای طرح‌های باریک و بادوام حیاتی است.
پوشیدنی‌ها: ساعت‌های هوشمند از VIPPO برای قرار دادن حسگرها، باتری‌ها و رادیوها در محفظه‌های 40 میلی‌متری استفاده می‌کنند و در برابر خم شدن روزانه و قرار گرفتن در معرض عرق مقاومت می‌کنند.

چرا LT CIRCUIT در تولید PCB VIPPO برتری دارد
LT CIRCUIT به عنوان یک رهبر در فناوری VIPPO ظاهر شده است و بر دقت و قابلیت اطمینان تمرکز دارد:

1. حفاری پیشرفته: از حفاری لیزری UV برای ویای‌های 50 میکرومتر با دقت ±2 میکرومتر استفاده می‌کند که برای اجزای با گام تنگ حیاتی است.
2. تخصص در مواد: مواد پرکننده (اپوکسی، خمیر نقره) را انتخاب می‌کند که با CTE بستر مطابقت دارد و تنش حرارتی را کاهش می‌دهد.
3. آزمایش دقیق: بازرسی اشعه ایکس، AOI و آزمایش‌های چرخه حرارتی را برای اطمینان از ویای‌های بدون حفره و عملکرد ثابت ترکیب می‌کند.
4. راه‌حل‌های سفارشی: طرح‌های VIPPO را برای کاربردهای خاص (به عنوان مثال، پر کردن رسانا برای PCBهای EV با تراکم قدرت، اپوکسی برای بردهای 5G با فرکانس بالا) تنظیم می‌کند.

سوالات متداول
س: آیا VIPPO گران‌تر از ویای سنتی است؟
پاسخ: بله - VIPPO 20 تا 30 درصد به هزینه‌های PCB به دلیل پر کردن و آبکاری تخصصی اضافه می‌کند. با این حال، صرفه‌جویی در فضا و افزایش عملکرد اغلب سرمایه‌گذاری را توجیه می‌کند، به‌ویژه در تولید انبوه.

س: آیا می‌توان از VIPPO با PCBهای انعطاف‌پذیر استفاده کرد؟
پاسخ: بله - PCBهای VIPPO انعطاف‌پذیر از بسترهای پلی‌امید و پرکننده اپوکسی انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند و اجزای گام 0.4 میلی‌متری را در طرح‌های قابل خم شدن (به عنوان مثال، لولاهای تلفن تاشو) امکان‌پذیر می‌کنند.

س: کوچک‌ترین اندازه ویای ممکن با VIPPO چقدر است؟
پاسخ: ویای‌های VIPPO با لیزر سوراخ شده می‌توانند به اندازه 50 میکرومتر کوچک باشند، اگرچه 100 میکرومتر برای قابلیت ساخت رایج‌تر است.

س: آیا VIPPO با لحیم بدون سرب کار می‌کند؟
پاسخ: قطعاً - سطح آبکاری شده VIPPO با لحیم‌های بدون سرب (به عنوان مثال، SAC305) سازگار است و در برابر دمای بازپخت تا 260 درجه سانتی‌گراد مقاومت می‌کند.

س: VIPPO چه تأثیری بر تعمیر PCB دارد؟
پاسخ: ویای‌های VIPPO نسبت به ویای‌های سنتی چالش‌برانگیزتر هستند، اما ابزارهای تخصصی (به عنوان مثال، میکرو مته‌ها) امکان تعویض اجزا را در سناریوهای کم‌حجم فراهم می‌کنند.

نتیجه
فناوری VIPPO آنچه را که در طراحی PCB با تراکم بالا امکان‌پذیر است، دوباره تعریف کرده است و قطعات الکترونیکی فشرده و با کارایی بالا را که نوآوری مدرن را هدایت می‌کنند، امکان‌پذیر می‌کند. با ادغام ویای در پدها، چالش‌های فضا، سیگنال و قابلیت اطمینان را که زمانی طرح‌های HDI را محدود می‌کردند، حل می‌کند.

چه در حال ساخت یک فرستنده گیرنده 5G، یک ایمپلنت پزشکی یا یک تلفن تاشو باشید، VIPPO تراکم و عملکرد مورد نیاز برای رقابتی ماندن را ارائه می‌دهد. با شرکایی مانند LT CIRCUIT که تولید دقیق و راه‌حل‌های سفارشی را ارائه می‌دهند، مهندسان اکنون می‌توانند حتی پیچیده‌ترین چالش‌های طرح‌بندی را به واقعیت تبدیل کنند.

همانطور که قطعات الکترونیکی همچنان کوچک‌تر و سریع‌تر می‌شوند، VIPPO فقط یک گزینه نخواهد بود - بلکه برای هر کسی که محدودیت‌های ممکن را جابجا می‌کند، یک ضرورت خواهد بود.