כיום , מהנדסים ומעצבים מתמודדים לעתים קרובות עם דרישה לצפיפות רכיבים גבוהה יותר, אותות מהירים יותר ותצורות קומפקטיות של מעגלים מודפסים (PCB). ב לוח PCB מסוג Pad יכול לעמוד בדרישות אלו. ה-Via ממוקם ישירות מתחת ללוח של רכיבי SMT. זה יכול לפשט את הניתוב וגם להשיג חיבורים בין רכיבים לשכבות פנימיות. בבחירת Via בתכנון לוח PCB מסוג Pad , ניתן להשיג פסיעה קטנה יותר של הרכיבים, מה שמקטין את גודל הלוח הכולל. האם אתם יודעים מתי להשתמש בתכנון PCB באמצעות משטח ויה? או שזה בכלל הכרחי? על ידי קריאת מאמר זה, תבהירו את כל הבלבול ותקבלו את מה שאתם רוצים.
מתי להשתמש ב-Via בתכנון PCB של Pad ?
להלן המצבים העיקריים שבהם תכנון PCB באמצעות משטח חיבור מועיל במיוחד :
בעת טיפול בפריסות בצפיפות גבוהה
בעת תכנון PCB HDI, יש להרכיב את הרכיבים בתוך שטח מוגבל על הלוח. במקביל, נדרש גם חיווט בצפיפות גבוהה. תכנון PCB מסוג via in pad יכול להפחית את מספר ה-vias על הלוח, לחסוך מקום ולאפשר צפיפות רכיבים גבוהה יותר. טכנולוגיה זו חשובה במיוחד עבור מכשירים אלקטרוניים ממוזערים כגון מכשירי IoT, סמארטפונים ומכשירים לבישים.
כאשר נדרש ניהול תרמי טוב יותר
לוח PCB בתוך משטח ויה משמש גם כ-via תרמי, המציע נתיב תרמי ישיר מהרכיבים למישור הנחושת הפנימי. הוא יכול לפזר ביעילות את החום המצטבר מרכיבים רגישים לטמפרטורה או בעלי הספק גבוה, כגון מגברי הספק, נורות LED בעלות הספק גבוה ווסתים מתח. ניתן להפחית משמעותית את הסיכון להתחממות יתר, ובכך לשפר את אמינות הרכיבים הנמצאים בשימוש.
בעת עבודה עם רכיבים בעלי פסיעה עדינה
PCB מסוג Via in-pad משמש לעתים קרובות במארזי BGA (Ball Grid Array) ו- QFN (Quad Flat No-Leads), בעלי חיבורי IO (קלט ופלט) בצפיפות גבוהה מתחת לשבב. עבור שבבי BAG, יש מספר גדול יותר של פינים והמרווחים קטנים, מה שמקשה על המעקב. בעת שימוש ב-Via זה, קל ומהיר להעביר את האותות מהרכיבים לשכבות הפנימיות של ה-PCB. עבור QFNs, זהו פתרון יעיל לייעול הניתוב והניהול התרמי.
בעת אופטימיזציה של שלמות האות
שלמות האות חשובה במעגלים במהירות גבוהה ובתדר גבוה. באמצעות לוח PCB מובנה, אותות עוברים ישירות מהרכיבים לשכבות הפנימיות, ובכך מקצרים משמעותית את נתיב המעקב של הלוח המעגלים המודפסים. עיצוב זה מפחית את ההשראות והקיבול הטפיליים, וכן משפר את יציבות העכבה, ובסופו של דבר משפר את… שלמות האות.
כאשר ויות סטנדרטיות מספיקות
אם יש לכם מספיק מקום במעגל המודפס , חיבורי ויה מסורתיים הממוקמים ליד הפדים יכולים לעמוד בדרישות התכנון. אפשרויות אלו פשוטות יותר ולעתים קרובות משתלמות יותר בהשוואה לחיבורי ויה בתוך הפדים.
ויה דרך חור – זהו סוג נפוץ של ויה שנקדח מלמעלה למטה, ומחבר את כל שכבות המעגל המודפס. הודות למבנה פשוט, ויות אלו קלות לקדיחה וחסכוניות, אך הן תופסות מקום רב יותר על הלוח.
ויה עיוורת – הוא לא עובר דרך כל המעגל המודפס, אלא רק מחבר את השכבה החיצונית לשכבה או יותר פנימיות של המעגל המודפס. ניתן לראות את הוויה רק בצד אחד של המעגל המודפס, ולכן הוא נקרא ויה עיוורת. בהשוואה לויה עם חור עובר, ויה עיוורת קשה לייצור, אך היא יכולה לחסוך מקום בלוח.
ויה קבורה – משמשת לחיבור השכבות הפנימיות הסמוכות של המעגל המודפס, ואינה נראית מחוץ ללוח המעגלים. סוג ויה זה משמש עבור מעגלים מודפסים בעלי 4 שכבות לפחות. בהשוואה לויות עיוורות, ויות קבורות מורכבות ויקרות יותר לייצור.
מיקרו-ויה – אלו חורים קטנים מאוד הדורשים קידוח לייזר והם נפוצים במעגלים מודפסים מסוג HDI. קוטר החור שלהם בדרך כלל קטן או שווה ל-6 מיל. מיקרו-ויה יכולה לחבר שכבות סמוכות או שכבות מרובות בערימה.
להלן טבלה פשוטה שתעזור לכם להבחין טוב יותר בין ה-vias הללו , תוך הדגשת מתי vias סטנדרטיים עשויים להספיק לעומת מתי via in-pad PCB הופך הכרחי.
| סוג דרך | חיבור שכבות | קושי ייצור | דרישת שטח | שיטת קידוח | עֲלוּת | יישום אופייני |
| חור דרך | למעלה → למטה | קַל | גָבוֹהַ | מקדחה מכנית | נָמוּך | מעגלים מודפסים רב-שכבתיים סטנדרטיים |
| דרך עיוורת | פני השטח → פנימי | לְמַתֵן | בֵּינוֹנִי | מקדחה מכנית | בֵּינוֹנִי | חיסכון במקום בעיצובים קומפקטיים |
| קבור דרך | פנימי → פנימי | קָשֶׁה | נָמוּך | מקדחה מכנית | גָבוֹהַ | מעגלים מודפסים בעלי ספירת שכבות גבוהה |
| מיקרוביה | פני השטח → פנימי | קשה, לייזר | נמוך מאוד | מקדחת לייזר | גָבוֹהַ | עיצובי HDI, סמארטפונים, מכשירים לבישים |
| בְּאֶמצָעוּת ב לוח PCB | פני השטח → פנימי | קשה מאוד ( מלא וסגור ) | מִינִימָלִי | מקדחת לייזר + מילוי ומכסה | גבוה מאוד | ויאים תרמיים מסוג BGA/QFN בעלי פסיעה דקה |
כפי שמוצג בטבלה, ויות סטנדרטיות קלות וזולות יותר לייצור אך תופסות יותר מקום. בעוד ש-via in-pad PCB יכול להשיג עיצוב בצפיפות גבוהה וביצועים טובים יותר במחיר של מורכבות רבה יותר.
מדוע PCB Via in Pad אינו תמיד הבחירה הטובה ביותר
למרות שבאמצעות ב לוח PCB הוא שימושי מאוד בתכנונים בצפיפות גבוהה, אך הוא טומן בחובו אתגרים מסוימים . בעיות כאלה, כאשר אינן מטופלות כראוי, עלולות להשפיע על אמינות המכשיר האלקטרוני. אתגרים אלה מסבירים מדוע יש להשתמש בתכנון PCB באמצעות משטח כניסה (via in pad) רק בתרחישים ספציפיים.
מורכבות ייצור מוגברת
ניתוב ויה בתוך משטח המעגל המודפס דורש שלבים נוספים, מה שמגדיל מאוד את מורכבות הייצור. יצרנים צריכים לקדוח ויות נוספות, לציפוי אותן בחומרים מוליכים, לאחר מכן למלא אותן באפוקסי ולכסות אותן בנחושת.
סיכון של פליטת גזים
בתהליך ההלחמה, הוויות המכוסות עלולות לפלוט גז. זה נגרם עקב חימום, הגורם לנוזל להפוך לאדים. בועות אוויר נעות כלפי מעלה דרך משטח הוויה, ופליטה כזו עלולה לגרום לחללים בחיבור ההלחמה.
בעיות מישוריות פני השטח
בליטות פני השטח יכולות להיות תוצאה של מילוי וכיסוי לא מושלמים של לוח המעגל המודפס (PCB). בליטות אלו מהוות אתגר להלחמת רכיבים, בעיקר של כבלי ה-BGA. חיוני לשמור על פני השטח ישרים, מכיוון שהדבר ישפיע על מכלול המעגל המודפס.
אילוצי עיצוב
בעת תכנון ויה בתוך לוח PCB , יש לקחת בחשבון את השפעתם בהרכבה שלאחר מכן. אם הויאים אינם מלאים וסגורים כראוי, קיים סיכון של חדירת הלחמה לויאס בתהליך ההלחמה. לבסוף, הדבר עלול לגרום לחיבורי הלחמה חלשים.
השפעה על ביצועים חשמליים
בנוסף לתרומה לצפיפות ניתוב טובה יותר ולשלמות אות, שימוש ב-PCB בתוך הפדים יכול לתרום לבעיות חמורות יותר במקרה של שימוש לרעה. פגמים בחיבורי הלחמה עלולים לגרום לפגיעה באות או לשינויים בעכבה. לבעיות אלו עשויות להיות השלכות על הביצועים החשמליים. ואף לגרום לכישלון.
שיטות עבודה מומלצות לשימוש בתכנון PCB של Via in Pad
לאחר שקבעתם ש-PCB מובנה דרך משטח הוא הבחירה הנכונה עבור העיצוב שלכם, השיטות הבאות יכולות לעזור לכם ליישם אותו בהצלחה. על ידי ביצוע שיטות מוכחות, קל להפחית סיכונים ולהימנע מטעויות יקרות במהלך הרכבת ה-PCB.
הערכת יכולות יצרן ה-PCB מוקדם
לפני שאתם מתחילים לתכנן את לוח המעגלים שלכם, העריכו את יכולות התכנון והייצור של יצרן המעגל המודפס שלכם, כגון גודל הטבעת הטבעתית המינימלי. זה ימנע בעיות DRC ו-DFM בהמשך.
אימות קבצי עיצוב מיוצאים
בעת ייצוא מתוכנת תכנון המעגל המודפס (PCB), חשוב מאוד לבדוק את כל קבצי התכנון. פעולה זו יכולה למנוע שגיאות ובעיות רבות שעלולות להתרחש במהלך ייצור מאוחר יותר. בנוסף לדיאגרמת הקידוח הסטנדרטית, קובץ נפרד המדגיש רק את פדי ה-via-in הוא חיוני. קבצים אלה יכולים לעזור ליצרנים להבחין בבירור ביניהן מ-vias מסורתיים, ולמנוע סתימה או התמלאות בטעות.
חומרי בקרה ותהליך למניעת בליטות פני השטח
כדי להבטיח תהליך הלחמה חלק, ניתן לבחור חומרים מתאימים ולשמור על בקרת תהליך קפדנית כדי למנוע בליטות פני השטח. הוא כולל שלב מילוי וכיסויים מבוקרים בקפידה כדי לספק משטח חלק ואחיד למיקום רכיבים אמין.
כללי מידה עבור ויה ב עיצוב PCB של משטח
לחיבורים אמינים, גודל הרפידה צריך להיות בדרך כלל מעט גדול יותר מגודל ה-via. בעת תכנון גודל החור של ה-via בלוח המעגלים המודפס (PCB), מומלץ להוסיף סובלנות מתאימה לקידוח מדויק. יש צורך לשמור על טבעת טבעתית מספקת סביב ה-via, דבר שיכול להשפיע על הביצועים החשמליים של ה-PCB.
בדיקה ובדיקה לפני ייצור המוני
לפני המעבר לייצור בקנה מידה גדול, יש צורך לבדוק האם ה-via ב עיצוב ה-PCB של הפדים עומד בדרישות הביצועים והאמינות הנדרשים. להלן מספר בדיקות מרכזיות: בדיקת הלחמה, בדיקה תרמית ובדיקה חשמלית. כל הבדיקות הללו יכולות להבטיח שהעיצוב מדויק ועומד בתפקודו המיועד ומוכן לייצור המוני.
מילים אחרונות
למדתם מהבלוג הזה, וידעתם מתי להשתמש ב- VIA ב לוח PCB עיצוב. זה חוסך מקום בלוח ומגדיל את צפיפות הניתוב, מה שמניע את הפיתוח של מכשירים קומפקטיים ולבישים. למרות ש- v ia in pad PCB מביא אתגרי ייצור נוספים, ניתן ליישם אותו בהצלחה באמצעות תכנון קפדני ושיתוף פעולה עם יצרן מנוסה. עם כמעט 20 שנות ניסיון בתעשייה, MOKOPCB מספקת שירותי PCB ו-PCBA מקיפים, כולל מומחיות ב-v ia ב פתרונות PCB ללוחות מודפסים . צרו קשר כדי ללמוד כיצד נוכל לתמוך בעיצוב הבא שלכם.
