Como usar o Via-in-Pad para projeto e fabricação de PCB

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O design da placa de circuito impresso em várias camadas requer um meio de estabelecer conexões entre várias camadas. Isso é feito usando vias que variam de vias através do orifício até a tecnologia via in-pad. Enquanto os traços servem como elementos de conexão horizontal, as vias funcionam como elementos de conexão vertical, permitindo que o sinal e a energia viajem entre as camadas da placa.

Antes de falarmos sobre a tecnologia via-in-pad, vamos dar uma olhada nos diferentes tipos de vias frequentemente usadas no design de PCBs com base na funcionalidade:

Diferentes tipos de PCB Vias

Diferentes tipos de PCB Vias

Quais são os diferentes tipos de vias?

A maioria dos PCBs contém essas vias para estabelecer conectividade entre as camadas de PCB:

Via através do orifício

Este é o tipo de via mais comum e é um furo perfurado em todas as camadas de uma PCB. É o tipo de via mais simples e é mais econômico. No entanto, ele ocupa mais espaço em sua PCB, reduzindo o espaço necessário para os componentes.

Blind Via

Esta via conecta as camadas externas às camadas internas do PCB sem passar por todo o PCB.

Enterrado via

As vias enterradas conectam camadas internas do PCB, são mais complexas de criar e têm um custo mais alto. Esses orifícios se originam e terminam nas camadas internas da PCB e não são visíveis do exterior.

Diferentes tipos de infográfico de Vias

Vias comuns e seus prós e contras

Microvia

Microvias são pequenos orifícios com tamanho igual ou inferior a 6 mils, perfurados em uma PCB usando um laser. Microvias são geralmente implementadas em HDI PCBs.

Faça o download do nosso guia de design do HDI:

HDI Design Guide

O que é um via-in-pad?

Aqui, a via é colocada diretamente na almofada de cobre de um componente montado na superfície e revestida com cobre (VIPPO), em oposição a uma via convencional na qual o sinal que leva o traço é direcionado para longe da almofada (osso de cão), até o através da. Um via-in-pad tem a função de miniaturizando o PCB fator de forma, reduzindo o espaço ocupado pelo roteamento de rastreamento. As aplicações mais comuns dessas via-in-pads são com componentes BGA de passos de 0,5 mm ou menos.

via na almofada

Estrutura Via-in-pad

O uso da tecnologia via-in-pad minimiza os comprimentos do caminho do sinal, reduzindo a indutância parasitária e o efeito da capacitância.

Via tradicional vs. Via-in-pad

Via tradicional vs. via in-pad

Quais são as vantagens do roteamento via-in-pad (VIP)?

O roteamento VIP é usado quando o tamanho da placa é limitado, os componentes do design têm pegadas muito pequenas e quando as opções de roteamento da superfície são restritas pelo design. O roteamento VIP geralmente é usado com BGAs.

Também é importante notar que, quando os PCBs possuem dispositivos complicados em áreas compactas, os projetistas colocam vias nas almofadas do dispositivo de montagem em superfície (SMD) para ventilar as conexões. Se o seu projeto possui recursos via pad em pastilhas SMD, a Sierra Circuits pode preencher as vias com enchimento de epóxi não condutor para obter a melhor qualidade para solda de montagem.

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Há outras vantagens também para o PCB ao usar o roteamento VIP. Quando você compara o via-in-pad com outras opções de roteamento,

  • É mais fácil rotear arrays de grade de bola com passo fino (BGAs), que podem ser menores que 32 e 40 mils (0,8 mm e 1 mm).
Matriz de grade de bola típica

Matriz de grade de bola típica

  • Quando você elimina o roteamento de superfície, pode colocar os capacitores de desvio mais próximos dos componentes, minimizando a indutância. Isso é útil para gerenciamento térmico aprimorado.
  • A conexão via plug-in não é necessária, pois as vias estão localizadas diretamente sob o componente. A obstrução por via envolve a vedação de vias abertas que podem absorver a pasta de solda durante a montagem.
  • O roteamento VIP também faz maravilhas para o aterramento de componentes de alta frequência.

Como usar o Via-in-Pad para projeto e fabricação de PCB 1

A desvantagem da tecnologia Via / Via-in-Pad limitada

O roteamento VIP pode ser alcançado superando certas complexidades na fabricação. O fabricante precisará eliminar os inchaços da superfície, complicando o processo necessário para conectar componentes como BGAs, conforme indicado abaixo:

  • O fabricante terá que criar e preencher vias extras para esse tipo de roteamento, adicionando novas etapas ao processo de fabricação, que incluem a perfuração de furos adicionais, o revestimento de vias com material condutor, como o cobre. Mais tarde, você preenche as vias com epóxi e as cobre com cobre.
  • As vias limitadas às vezes são propensas a saída de gases. A saída de gás refere-se ao vapor de sopro devido à expansão térmica do gás. O gás é o resultado da transição de fase do líquido para o vapor devido ao aquecimento durante o processo de solda.
  • O fenômeno de saída de gases leva à formação de vazios nas juntas de solda, porque as bolhas de ar viajam para cima pelas vias.
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Melhor DFM da Sierra Circuits

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Vias convencionais vs. design de placas via PCB

Você pode usar a máscara de solda como um meio de entupimento para impedir que a solda seja arrastada para a cavidade de passagem, que é um método convencional. No entanto, no caso de estruturas VIP, é necessário um preenchimento completo via cavidade para eliminar a retenção de ar e a saída de gás. Você também precisará de uma superfície plana precisamente plana para conectar BGAs de afinação fina, de forma confiável.

As opções de fabricação que você pode usar para VIP são o método mecanicamente perfurado, revestido com epoxi não condutor e métodos com ablação a laser e totalmente com cobre via via almofada.

Epóxi não condutor via preenchimento

Os furos de conexão mecânica, conforme indicado, precisam ser preenchidos com epóxi. A escolha do epóxi depende muito do coeficiente de expansão térmica (CTE) do material de preenchimento via almofada e do laminado usado. Isso é importante porque, como o PCB passa pelas fases de aquecimento e resfriamento durante o empilhamento, o material de preenchimento se move com ou contra o material do painel laminado circundante. Pode causar fraturas induzidas por estresse e até interrupções nos circuitos elétricos.

Como os epóxis não condutores têm CTEs mais próximos dos laminados, você os escolhe com frequência. Essa também é uma opção econômica também. O design e a intenção de uma PCB decidirão finalmente o tipo de epóxi necessário para um preenchimento via.

Geração Via-in-Pad

Uma das principais características da área de cobertura de componente / dispositivo determina o método de fabricação usado para gerar uma via na almofada – o diâmetro da almofada. Para atender aos requisitos mínimos de anel anular para IPC Classe 2 ou Classe 3, o tamanho da almofada deve ser suficiente para permitir o diâmetro via e juntamente com o tamanho do material necessário para as tolerâncias de fabricação.

Anel anular

Características de um anel anular

Ao usar a furação mecânica padrão, é necessário considerar o tamanho da broca piloto (diâmetro da broca pré-galvanizada) e o anel anular, que é a base após a galvanização do furo pelo cobre. Quando o anel anular restante não for suficiente após especificar o menor diâmetro da broca, você precisará usar microvias a laser. Para ficar claro, um anel anular é a área da almofada de cobre ao redor de um furo perfurado e acabado.

Sierra Capacidades

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Os cenários mais freqüentes para o uso da tecnologia via-in-pad são os seguintes. A oferta on-line da Sierra Circuits pode lidar com todos esses cenários se as vias tiverem pelo menos 6 mils (.006 ″) de largura.

Via-in-pad BGA

Almofadas BGA com Via-in-pad

Almofadas de dispositivo QFN com via-in-pad

Almofadas de dispositivo QFN com via-in-pad

Resistor e capacitor via bloco

Via presente em um bloco de componentes, como um resistor ou capacitor, etc.

IC ou componente de vários pinos via pad

O Via está dentro de um bloco ou conector de IC ou de um componente de vários pinos

Em certos casos, você não precisa preencher vias. Nesses cenários, você não precisa marcá-los como recursos “via pad”, usando a cotação on-line da Sierra Circuits.

As almofadas térmicas não precisam de solda, portanto, você não precisa contá-las como via in-pad para cotações on-line.

Almofada térmica através do furo

Almofadas térmicas que não exigem preenchimento de solda

Vias térmicas

Via orifício na almofada térmica

Quando você não coloca vias nas almofadas, não precisa preenchê-las. Portanto, você não precisa marcá-los como via almofada na ferramenta de cotação on-line da Sierra Circuits.

Via off pad

Vias que não estão realmente nas almofadas

Diretrizes para Via-in-Pad Encaminhamento

Se o design da PCB exigir a criação de vias-in-pad, você precisará reduzir os problemas de fabricação e minimizar o custo e o tempo excessivos necessários para esse tipo específico de roteamento.

Você pode usar as diretrizes do via-in-pad fornecidas abaixo para o roteamento de dispositivos de montagem em superfície:

  • Atenha-se às recomendações dadas pelos fabricantes de componentes para a colocação dos componentes e por meio de tampagem e enchimento.
  • Limite as microvias a uma camada do PCB.
  • Certifique-se de cobrir o lado não componente com máscara de solda.
  • Evite deixar as vias abertas, a menos que seja absolutamente necessário – deixar as vias abertas expõe a via de cobre ao ambiente, causando efeitos de oxidação ou algo pior. Isso pode reduzir a vida útil do PCB.

Os componentes eletrônicos estão sempre diminuindo de tamanho e os engenheiros de hardware precisarão aprender e usar ferramentas e técnicas inovadoras para instalar esses componentes de uma maneira escalável e confiável. A tecnologia Via-in-pad é um grande passo em direção a técnicas inovadoras de construção de PCB.

Faça o download do nosso manual do DFM:

Manual do DFM

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