Hvernig nota ég samstaða eða skipta vias í PCB?

PCB-hröðvísar og skáksettir blindir og grafnir gegnumholar

Hvernig nota ég samstaða eða skipta vias í PCB?

Kynning

Óþvinganleg átt til minni stærðar og betri afkvæmi í nútíma tölubúnaði hefur sett HDI-PCB-hönnun í miðju áhrifamikillar vöruþróunar. Háhraða, háþétthetar tengsl (HDI) borða ræsa allt frá farsímunum og 5G-hluta til nýjum bílakerfum, IoT-tæki og bæribanalegri nútímatækni. Þeirra aðferð? Ávinningur í PCB-gegnumholum – sérstaklega með því að nota hröðvísar og skáksettir gegnumholar til að opna næstu kynslóð af sendiháþétthætti, öryggismerkjum og framleiðslueffekt.

Að velja hvort að nota hröðuð eða skipta gegnumhola er ekki bara tæknilegur smáatriði. Það er taktískur valkostur sem áhrifar allar þættir PCB: árangur, heild, framleiðslukostnaður og einnig tími til markaðssetningar. Í háþróttnum sniðum með fínar pöntunaraðilar og flókna tengingar á milli laganna getur rétt gegnumhola gert mun á milli vörur sem ná árangri og þeirrar sem mistakast – allt á meðan lágmarksframleiðslukostnaðurinn er uppfylltur og strangar kröfur um stöðugleika eru uppfylltar.  

Hvað er gegnumhola í PCB? Skilja tegundir gegnumhola í PCB

Gönguhringur í samhengi við PCB (prentaðra kringla) er rafmagnsbeðd holu sem festir margar lag í fjölaga PCB. Gönguhringar leyfa hönnuðum að leiða rafmagnssignali bæði fram og til baka, ekki bara lárétt, sem miklu aukir flóknleika og þéttleika PCB-hönnunar. Áhrifamikil gegnum hönnun styður allt frá litlum bærilegum tæknigjörðum til hraðvirkra netkerfa og geimfara-rafkjarna.

Algengar tegundir PCB-gönguhringa

Hvað eru mikrovíur, blindar víur og faldnar víur í HDI-PCB?

Microvias

Mikrovíur eru grundvöllur nútíma HDI-PCB-þróunar í dag. Skilgreindar (samkvæmt IPC-2226) sem víur með þvermál ≤ 0,15 mm (150 μ µm), eru mikrovíur myndarðar með ljaserborun og eru yfirleitt notaðar til að tengja nágrannalaga (t.d. lag 1 við lag 2). Lítið stærð þeirra gerir það mögulegt að setja þær undir smáskrefa BGA-hlutina og innan takmarkaðra leiðbeiningakerfa þar sem hefðbundin borvél getur ekki komist að.

Vitranir:

Stuðla við leiðbeiningarþykkt á um 1500+ tengingar/cm²

Geta verið hróðaðar (lóðréttar) eða skiptar (jafnvægtar) fyrir dýpri lög.

Blinda viur

Blindar víur tengja ytri lag við fjölda innri laga en fara ekki gegnum öll plötuna:

Notaðar til að „flýja“ merkjum frá þéttum hlutapöddum yfir á innri leiðbeiningarlög.

Minnka ósköpulega rásarspennu/rásarspöngu miðað við gegnum-hola valkostana.

Algengt notað sem aðalhreyfing í gegnum pílun.

Felld gos

Grafnar viur tengja aðeins innri lög, ósýnilegar frá yvirborði PCB:

Leyfa frekari þéttar borðauppbyggingar án þess að skemma ytri tákna-/jörðulög.

Mikilvægt fyrir fjöl-lag, mjög færileg eða öryggisbundin PCB-setningar.

Hófðu viur: Skilgreining, eiginleikar og notkun

Hófðu viur eru í kerfum þar sem margar mikroviur (og oftast blindar eða fallegar viur) eru beint samstilltar lóðrétt í PCB-uppbyggingunni. Þessi skipulagning styður lóðrétt viu-hleðslu („via-on-via“ hönnun) og er lykilþáttur í möguleika á þéttum PCB-hönnunum með háan framleiðsluthykkt.  

Lykileiginleikar hófðra viur

Besta plássnotkun: Hófðu kerfi leyfa að senda margar táknsendur í lítilli lóðréttu dálki, sem opnar mikilvægt pláss fyrir afl- og jörðulög annars staðar á borðinu.

Viðheldur hárri hraðvirkni og fínum stöðum: Með miklu styttri og beinari töluskipan milli laganna hjálpa hrökkvía að minnka dregur (lægri ósköp), sem er mikilvægt fyrir hárar hraða PCB-tengingar.  

Framleiðsla í vettvangi – Þarf háþróaða byggingu: Að framleiða hrökkvía krefst háleitinnar samfelldrar lagsamsetningar, ljaserkunnáttu og reglulegra eða koparplötuduðra gegnum uppbyggingar. Þetta hefur áhrif á öryggi og kostnað.

Í lagi fyrir háþróaðar raftæki: Notuð í snjalltæki, tölvuspjald, bærileg tæki, DDR minnisþætti og næsta kynslóð FPGA-/geymirborða.

Algengt dæmi um notkun

"Við gátum minnkað 12-laga háarvirku FPGA-borðið í 6-laga HDI-PCB með því að nota nýjustu hrökkvía-tækni. Þetta batnaði töluskipun og náði 40% spara á flatarmáli." -- Forystu-PCB-hönnuður, NASDAQ-listaður fjarskiptafyrirtæki

Stöðuðar hrökkvía: Greining, eiginleikar og notkun

Staggered vias stand for an using setup where multiple vias (typically microvias) are put with a straight countered instead of beeing loaded directly in addition to each other. Aesthetically, they establish a "zigzag" or stepped course throughout the PCB layers!

Secret Functions of Staggered Vias

Increased Dependability: Their offset structure disperses mechanical and thermal tension a great deal more evenly, substantially decreasing the risk of via fracturing, barrel delamination, or insufficient plating throughout the life of the PCB. Important in mission-critical and auto systems.

Better Thermal Tracking: Considering that heat isn't focused in a singular vertical line (similar to piled vias), staggered setups allow extra efficient dissipation-- minimizing areas and improving long life.

Einfaldleiki framleiðslu: Skáskipt mikrovíur minnka nákvæmni kröfur fyrir lóðrétt borðun. Þetta leiðir til færri villa, minna þarf af dýrum láserfyllingum og betri heildarafgang í PCB framleiðsluferlinu.

Upphækkun á beinbeiningu: Með því að skáskipta víurnar eru aukin netrúm milli laganna, sem gerir kleift flóknari útgang og útflutning (fanout) í fjölaga PCB hönnun.

Venjuleg dæmi um notkun

"Við notum skáskipta mikrovíur í sterkum viðskipta stjórnborðum okkar. Niðurstaðan er hærra áreiðanleiki í óvænnum hita- og skjálftusamhverfum, með framleiðslukostnað um 30% lægra en við skáskipta viur." — Yngri hönnuður, OEM fyrir bíla rafræn tól

Töfla: Samantekt á notkunarsvæðum fyrir skáskipta víur

Fördur og vandamál við hróðurhola

Vandamál (framhald):

Áhættur vegna ósannleikar: Hver aukin hola í hróðurinn leggur við líkurnar á vandamál eins og skilun, ófullnægjandi koparplötun eða fatnaður í holunni – sérstaklega ef framleiðslustjórn eða hlutfall þátta er ekki vel viðhalda. Slæm samfelling eða ójafnvægi í plötunni getur leitt til veikinda sem geta hættat stöðugleika undir mekanískri eða hitaskiptum.

Striktar kröfur til framleiðenda: Ekki allir framleiðendur prentplóta styðja raunverulega nýjustu mikroholutekníkuna. HDI-prentplötuhús verða að bjóða upp á háþróuða lasertæknilega rannsókn, næstum fullkomna samfellingu og möguleika á koparfyllingu; án þessara hæfni geta afhendingar dregið út og tími til markaðssetningar getur verið frestaður.

Takmarkaður dýptarmörk fyrir pílur: Almennt er áskilinn í IPC-2226 að hafa takmarkaðan fjölda hólfra mikrovíu, með því að ráða aðeins um 2 eða 3 hólfra lag á undan því að áreiðanleiki minnkar verulega. Dýpri hólfra kröfur gætu krafist breytingar á innbyggðum eða óvenjulegum lausnum.

Fyrirheit og gallar við skipta víur.

Skipta víustrúktúr – góðasta valið fyrir áreiðanleikadreifðar HDI-pöntuðu kort – hefur sín eigin fjölda fyrirheita og galla.

Áhrif

Betri langtímaáreiðanleiki: Bein jafnvægi skiptu mikrovíu minnkar mekaníska og hitamikla spennusamþættun, sem útnefnir í raun líkurnar á lóðréttum sprungum sem sjást í slæmlega gerðum hólfra strúktúrum.

Miklu meiri varanlegur við hitasveiflur: Bílar og iðnaðarsvæði sjá oftast stórar hitasveiflur – skiptar blindar og innbyggðar víur standa þessum sveiflum betur og hafa lengri líftíma, sem aukar líftíma vörurna.

Einfaldleiki framleiðslu = fjárhagslegar sparnaðarmöguleikar: Þar sem gegnumborð (vias) krefjast ekki fullkominn reiðuburðar eða margra á eftir hverju komandi lagaðra aðgerða, eykst ávöxtun og minnkar kostnaður – sem gerir auðveldara að framleiða áreiðanlegar HDI-kort með háum lagafjölda.

Aukin sniðugleiki fyrir leiðbeiningar: Skásskipaður staðsetningargangur gegnumborða opnar upp viðbótargerð leiðbeiningarnets fyrir ræsurnar, sem gerir mögulegt að nota flóknari leiðbeiningarmynstur og bæta tengingar milli laga. Þessi sniðugleiki getur verið lykilatriði við útbúð differential pair-sendingar eða stýrðra óviðkvæmni-gerða.

Neikvæðar þættir

Lítillega hærri notkun á PCB-flötum: Vegna þess að gegnumborðin eru ekki hróðin saman, er meiri „áhrif“ á PCB-flötinn í X/Y-planinu. Þetta getur verið takmarkanir í mjög þéttum eða mjög háþéttnu hönnunum þar sem hver mm² telur.

Langari samskiptagönguferð og frekari óskertar eiginleikar: Þar sem táknið fer í gegnum lengri, snúðugan lóðréttan leið, er litill innbyggður viðmótur og dregið úr hraða í samanburði við lóðréttan viðhengisviðmót. Við háar gögnahraða þarf að hanna og minnka þetta.

Mögulegt vegna flóknisskipulags: Að tryggja rétta einkenni, millibili og lagaskipan krefst vandlegs hönnunar og getur bætt við vinnumengi í ECAD-hönnun – sérstaklega í PCB-setjum með fjölda laga.

Áhrif á sannleika, stöðugleika og árangur tákna

Stöðugleiki tákna er efsta áhyggjuefni við hönnun hröðra PCB – og valið á milli hröðvía og skýfðra viá mun beinlínis áhrifa á árangur kerfisins, áreiðanleika og rafmagns- og raðíósamþættleika (EMC).

Hvernig hröðviá áhrifa sannleika tákna

Styttri rafmagnsleið: Hröðviá veita fljótaskasta lóðrétt tenging á milli laga, sem minnkar dregið úr hraða og ESR (jafnvægis viðmótur). Þetta gagnar háár tíðnis táknum, svo sem í DDR-, PCIe- og SerDes-línunum.

Lágmarksraðar aukin viðbætanda induktans og rögnun: Öryggisvið sem er vel innifalið með hrúgum hjálpar til að geyma bestu regluðu ásættanleika, sem styður við að halda á góðri gæða gæðum merkis í yfirfærslum.

Hættur við yfirfærsluáhrif og EMF: Í mjög þykjum svæðum geta hrúgur sem myndast með dálkum valdið rafmagnshvolfi (yfirfærsluáhrif). Samhliða merkisbreytingar og jörð-tilbaka-gönguþræðir verða að vera vinsælt skipulagðar.

Nota jörðvarn og mismunapör.

Nota tæki fyrir merkistraust í Allegro PCB Designer eða Pace PCB hönnunarforritinu.

Hvernig skipt við gönguþræði áhrifar merkisstöðugleika

Betri merkisprivátleiki: Skiptur staðsetningu bætir rúmlegri aðskilnaði, sem lækkar líkurnar á rafvæða og raflínu hvolfi milli nærliggjandi gönguþræða.

Sjálfstætt lengri leið, sjálfstætt meiri viðbætanda eiginleikar: Snælda leiðin aukar heildarlengd merkisins, en almennt er það óverulegt fyrir flesta raunverulega samræmi ef haldið er innan hönnunarleiðbeininga.

Lægra áhrif á EMI: Dreifð notkun staðsetninga getur skipt lausum staðsetningum og lægrað útflæði.

Ályktanir um áreiðanleika

Kostnaðaráska: Hrökkuð og skáksett holur.

Kostnaður hrökkuðra holna.

Há framleiðsluflækja: Samfelld hrökkun, nákvæm láserkönnun, fylling holna og sérstök lagagerð hækka kostnaðinn miklu. Algengur kostnaðaraukningur fyrir þétta mikroholur getur verið á bilinu 15–40% hærri en einfaldar blindar eða skáksettar leiðir.

Hætta við útkomu og endurvinnslu: Meiri ferli inn og út bendir til aukinnar líkurna á tapa á afkomu, sem krefst prófunar eða endurbyggingar með hærri skilyrðum, sem aftur krefst aukinnar heildarkostnaðar.  

Kostnaðartöflu tilvik.

Rannsóknarsaga

Í marglaga HDI-kortastíls, geta yfirskjárðar blindvía eða víur sem eru of nálægt brún borðsins valdið ójafnvægi í framleiðslu; því ráðum við til að nota skiptavíur í stað hröðvía til að minnka fjölda lágþrýstingaraðferða og tengdar kostnaðarkostnaðar, ásamt aukinni áreiðanleika við hitacyklingu.

Oftakrar spurningar

1. Hver er lykilgreiningin á milli hlaðda víu og skiptavíu?

Hröðvía eru í línu fram og til baka með hröðum samliggjandi lagum, sem mynda mjög beinan og færilegan lóðréttan sendingarsúlu. Skiptavíur, í samanburði, eru færðar hliðraðar frá lagi til lags – „sigzag“ eða skeif bygging sem aukar stöðugleika og hitaeffektívleika.

2. Í hvaða tilvikum ætti ég að nota hröðvía í HDI-prentplötu?  

Notkun hröðuðra gegnumstæða með því að nota rammar þegar hámarkshornið á stýringarþykkt er nauðsynlegt í mjög fínleiklegum PCB-formötum, eins og undir BGA-hlutum í snjallsíma, tölvutöflum eða DDR4 RAM-hlutum, og þar sem lægsta mögulega skynjunarkerfi er nauðsynlegt fyrir hraða táknsendur.  

3. Hvar bæta skrefvísar gegnumstæður við jafnvel meiri gildi?

Skrefvísar gegnumstæður eru yfirleitandi fyrir áreiðanleika í bílagerð, iðnaði eða hámát vinnusviðum – þar sem vélarhræðsla, heimkjör eða hitasveiflur hætta á áreiðanleika. Þeir eru einnig gagnlegir þegar þú vilt minnka framleiðslukostnað án þess að hætta raunvirkni kerfisins.

4. Áttu gegnumstæður áfram á framleiðslukostnað PCB?

Á allan hátt. Hröðuðar gegnumstæður kosta mikið meira að framleiða vegna flókinnar ferli (ljósgeislad boring, samfelld lamination, plating og uppfylling) sem krefst. Skrefvísar gegnumstæður eru ekki bara ódýrari, heldur einfaldari og gefa betri niðurstöður í flestum framleiðslumiljum.

5. Hvernig ákvarða þættahlutfall og stærð nákvæmlega á áreiðanleika?

Þættahlutfall (gjórsdjúpriði/gjórsþvermál) er mikilvægt. Að fara yfir staðla framleiðanda eða IPC aukar hættuna á brotum og ófullnægjandi víddun. Það er venjulega ráðlagt að mikrovíur hafi þættahlutfall af 1:1 eða lægra. Vinðu alltaf innan getu framleiðanda.