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In Produzione di PCBI vias collegano i diversi strati di un circuito stampato. Poiché i dispositivi elettronici diventano sempre più compatti e complessi, la foratura e la placcatura dei vias da sole non sono più sufficienti a garantire prestazioni stabili. È qui che tramite riempimento diventa essenziale, in quanto migliora sia l'affidabilità elettrica che la resistenza meccanica del PCB. Ampiamente utilizzato in Schede HDI e i pacchetti di componenti avanzati come BGA e QFN, il riempimento dei passaggi è diventato una tecnologia chiave per ottenere miniaturizzazione, prestazioni elevate e durata.
Questa guida analizza il riempimento dei circuiti stampati, compresi la definizione, i tipi e il processo di produzione del riempimento dei circuiti stampati. ELEPCB fornisce anche linee guida per la progettazione e soluzioni ai guasti più comuni che portano a una fabbricazione più robusta e ad alto rendimento.
Che cos'è il riempimento delle vie dei circuiti stampati?
A via è un minuscolo foro praticato in un circuito stampato (PCB) per creare una connessione elettrica tra diversi strati. Nei progetti standard di PCB, le vias sono tipicamente cave e placcate in rame. Consultate questo post del blog per Per saperne di più sui vias: Che cos'è il PCB Via? Una guida completa!
Tramite riempimento si riferisce a riempire i fori con materiali conduttivi o non conduttivi. I riempitivi conduttivi, come l'argento epossidico o il rame, consentono il passaggio della corrente attraverso i vias e aumentano la dissipazione del calore. I riempitivi non conduttivi, come la resina o l'epossidica, aggiungono resistenza meccanica alla struttura del passaggio, impediscono alla saldatura di fluire nei fori durante il processo di saldatura. assembleae formare una superficie piana per il montaggio dei componenti.
Quando utilizzare il riempimento di vie nella progettazione di PCB
Il riempimento di PCB Via è particolarmente vantaggioso nelle applicazioni in cui integrità del segnaleLa gestione termica e l'affidabilità sono fondamentali.
Su schede di interconnessione ad alta densità (HDI) con microfori o vias impilati, il riempimento dei vias rinforza meccanicamente i vias e garantisce la planarità durante la laminazione o il montaggio dei componenti.
- Il riempimento via è comunemente applicato in progetti con vias nelle piazzolecome ad esempio sotto i BGA, QFNo CSP. Questo sistema fa da collante per la saldatura e fornisce una superficie liscia per giunti di saldatura stabili.
- Per ad alta velocità o circuiti ad alta frequenza, I vias con riempimento conduttivo riducono al minimo la variazione di impedenza e la riflessione del segnale. Per l'elettronica di potenza e i pad termici, il riempimento conduttivo aumenta la capacità di trasporto della corrente e la dissipazione termica.
- Quando i pannelli sono esposti ad ambienti umidi o corrosiviIl riempimento sigilla i vias e ne migliora l'affidabilità a lungo termine.
Nota: Se il layout ha pochi vias e richiede bassa potenza e bassa velocitàe non richiede un'elevata resistenza meccanica, allora può essere sufficiente una semplice via non riempita (o semplicemente placcata).
Riempimento via e riempimento via
È importante distinguere tra tramite riempimento e attraverso il collegamento. Sebbene entrambi comportino la copertura o la sigillatura dei vias, il tamponamento dei vias significa solitamente chiudendo parzialmente la via con maschera di saldatura o resinamentre il riempimento via si riferisce a riempire completamente il barile di via. I vias riempiti sono spesso richiesti in design via-in-padsoprattutto con pacchetti a passo fine come BGAdove una superficie liscia e affidabile del tampone è fondamentale.
| Caratteristica / Aspetto | Via Riempimento | Tramite l'innesto |
| Definizione | Il processo di riempimento completo del cilindro di passaggio con materiale conduttivo o non conduttivo. | Il processo di chiusura parziale della via mediante maschera di saldatura o resina |
| Materiale utilizzato | Pasta conduttiva (ad esempio, argento epossidico, rame) o resina/ epossidica non conduttiva | Principalmente inchiostro per maschere di saldatura o resina |
| Copertura | Riempie l'intero foro passante (barile) | Sigilla parzialmente l'apertura del passaggio, non riempiendo l'intero foro. |
| Risultato della superficie | Crea una superficie piatta e solida, adatta al montaggio dei componenti. | La superficie può presentare ancora una leggera depressione o una protuberanza. |
| Applicazione | Comune nelle progettazioni via-in-pad per pacchetti BGA/QFN, PCB HDI e schede ad alta frequenza | Utilizzato quando i vias devono essere protetti dalla contaminazione o dalle perdite di saldatura, ma non necessariamente appiattiti. |
| Vantaggi | Migliora l'affidabilità, previene il wicking delle saldature, migliora le prestazioni termiche ed elettriche. | Costo inferiore, processo più semplice, sufficiente per applicazioni meno impegnative |
| Il miglior caso d'uso | Progetti ad alta densità e a passo fine che richiedono un'elevata affidabilità | Schede standard dove l'efficienza dei costi è più importante |
Tipi di otturazioni via
Materiale di riempimento del PCB può essere selezionato per massimizzare la conduzione elettrica, la dissipazione termica o qualche tipo di tamponamento.L'obiettivo del processo di riempimento di solito determina quale di questi criteri è desiderato.
Il materiale per il riempimento dei passaggi dei circuiti stampati può essere scelto per massimizzare la conduzione elettrica, la dissipazione termica o un qualche tipo di tamponamento; l'obiettivo del processo di riempimento di solito determina quale di questi criteri è desiderato.
Riempimento epossidico conduttivo
Un riempimento epossidico conduttivo è costituito da uno speciale materiale composto da una resina polimerica con elementi metalliciIl risultato sono vias riempiti di rame o d'argento. In questo modo si ottiene un tappo rigido che serve sia per la conduzione elettrica che per l'aumento della conduttività calda tra il barile della via. Viene utilizzato principalmente nei dispositivi via-in-paddove è fondamentale per la creazione di un'area piatta saldabile sopra il passaggio.
- Un esempio è l'utilizzo di vias conduttivi riempiti di resina epossidica che possono essere utilizzato per posizionare una pallina di saldatura su una piazzola direttamente sotto una Griglia a sfere (BGA) componente e dissipare efficacemente il calore dal processore per mantenere la CPU fresca e garantire prestazioni elettriche sicure.
Riempimento epossidico non conduttivo
Il riempimento epossidico non conduttivo è una pasta polimerica isolante per riempire completamente una canna di passaggioma per garantire che non si formi un percorso. È principalmente destinati ad essere utilizzati per prevenire guasti catastrofici dell'assemblaggio.come il wicking della saldatura, in cui la saldatura scorre lungo un foro durante il riflusso come risultato di un foro vuoto, affamando il giunto superficiale e lasciandolo aperto. È utile anche per sigillare il foro per intrappolare le sostanze chimiche di processo o l'umidità che possono in seguito volatilizzarsi e causare delaminazione o "popcorning".
- Un'applicazione tipica è quella di bordare la periferia di un BGA di grandi dimensioni e riempire i vias nelle aree che non sono oggetto di fan-outIn questo modo la saldatura non è presente in ogni giunzione dove non è necessaria, e quindi l'affidabilità è compromessa.
Riempimento Soldermask
Il riempimento del Soldermask comporta la utilizzo di materiale per soldermask Liquid Photo Imageable (LPI) per riempire le aperture dei fori passanti. Si tratta di un modo molto economico per garantire una protezione ambientale di base e proteggere la via dall'umidità e da una contaminazione minima. Tuttavia, poiché le campate si estendono principalmente attraverso l'apertura a forma di ponte, il più delle volte lasciano uno spazio d'aria al di sotto e non sono una superficie perfettamente piana. È quindi inadeguato per le applicazioni via-in-pad, dove la planarità è di estrema importanza per il posizionamento del componente. Inoltre, non consente la conduzione o il rafforzamento del calore.
- Un'applicazione tradizionale è in elettronica di consumo a basso costoin cui i vias vengono posati in aree non critiche in cui la planarità della superficie non è la priorità assoluta.
Tabella di confronto dei metodi di riempimento delle vie
| Metodo di riempimento | Materiali utilizzati | Caratteristiche principali | Vantaggi | Limitazioni / Considerazioni | Applicazioni tipiche |
| Riempimento Soldermask | Inchiostro Soldermask | Copre l'apertura della via senza riempire completamente la canna | Basso costo, facilità di lavorazione, prevenzione della contaminazione e dei ponti di saldatura | Non è un vero e proprio riempimento (ma solo una copertura), resistenza meccanica debole | PCB standard, schede a bassa densità dove l'affidabilità non è fondamentale |
| Riempimento epossidico non conduttivo | Resina epossidica, materiali dielettrici | Riempie completamente la via con materiale isolante (nessuna conduttività) | Fornisce un rinforzo meccanico, impedisce il trascinamento delle saldature, è economicamente vantaggioso | Non conduce elettricità, non è adatto a percorsi termici/correnti. | Via-in-pad per BGA/QFN, PCB HDI, rafforzamento meccanico |
| Riempimento epossidico conduttivo | Argento epossidico, pasta conduttiva | Riempie la via con materiale conduttivo, consentendo il flusso di corrente e il trasferimento di calore. | Migliora la dissipazione termica e l'affidabilità elettrica | Costo più elevato, rischio di vuoti, richiede una lavorazione precisa | Elettronica di potenza, vias termici, progetti ad alte prestazioni o ad alta corrente |
Vantaggi del riempimento delle vie
Il riempimento via fornisce una lunga serie di vantaggi che sono fondamentali per l'attuale processo di produzione e assemblaggio dei PCB.
Affidabilità migliorata
Elimina l'intrappolamento di aria, umidità o sostanze chimiche di processo durante l'assemblaggio (ad es. saldatura, pulizia) che possono formare gas, corrosione o delaminazione dopo l'assemblaggio.
Migliore gestione termica
I riempimenti epossidici conduttivi possono essere utilizzati come vias termici, dove il calore può essere facilmente trasferito dai componenti ad alta potenza, come CPU e GPU, ai dissipatori di calore sul lato opposto della scheda.
Prevenzione dello spurgo delle saldature
Durante tecnologia a montaggio superficiale (SMT) Nel caso di un assemblaggio, la pasta saldante può scendere attraverso uno spazio in una via, affamando la giunzione prevista sulla superficie e lasciando un difetto di saldatura. Il via blocca questo percorso.
Supporto alla progettazione ad alta densità
I vias riempiti e tappati supportano la progettazione via-in-pad, in cui i vias sono posizionati direttamente nel pad del componente. Ciò è necessario per l'instradamento di Ball Grid Array (BGA) a passo fine e per l'instradamento di componenti a passo ridotto. pacchetto su scala chip (CSP) componenti.
Miglioramento della planarità
I vias vengono riempiti e planarizzati per ottenere una superficie planare, importante per poter posizionare con precisione i componenti sui vias. Una superficie non liscia può provocare il tombstoning o la mancanza di connessioni di saldatura.
Processo di produzione dei vial riempiti
Fase 1: foratura
Fase 2: pulizia e desmear
Fase 3: Deposizione di rame chimico
Fori passanti sono tipici dei trapani a mandrino ad alta velocità e controllati da computer con punte in carburo solido. I laser tagliano il materiale con precisione per formare i vias conici e puliti necessari nei progetti HDI. Le schede di ingresso e di riserva vengono forate per evitare sbavature e mantenere la qualità dei fori puliti. Sia la velocità di avanzamento che la velocità di rotazione della punta sono determinate dinamicamente in base al materiale di impilamento per eliminare il più possibile lo stress termico e le sbavature.
I fori vengono ripuliti dai detriti e viene utilizzato un processo chimico per rimuovere le sbavature di resina nei pad di rame dello strato interno. Le incisioni al plasma sono utilizzate su substrati esotici e ad alta affidabilità (o plasma desmear). L'incisione anisotropa dei residui organici viene eseguita da un plasma di gas reattivi (ad esempio, CF₄/O₂), che produce una superficie più pulita e microscopicamente ruvida che migliora l'adesione della placcatura.
La ramatura elettrolitica viene utilizzata per depositare un sottile strato primario di rame sulle pareti dei fori in modo che conducano l'elettricità. Le pareti del foro e del pannello ricevono uno strato conduttivo continuo di rame (di solito 0,5-1,0 µm) depositato attraverso un processo di riduzione chimica autocatalitica sull'intera superficie delle pareti e del pannello. Questo processo è realizzato senza elettricità.
Fase 4: galvanotecnica
Fase 5: riempimento
Fase 6: polimerizzazione
Sulle pareti dei fori viene galvanizzato uno strato di rame più spesso e robusto. per garantire una connessione elettrica sicura. Il catodo è fissato alla scheda, mentre il bagno elettrolitico contiene rame e immerge la scheda. Il rame viene depositato sull'intera superficie del pannello e sulle pareti dei fori di passaggio con uno spessore uniforme (25-40 µm o circa 1 mil). In questo modo si crea un conduttore di rame solido e cilindrico nei fori.
A spatola speciale o apparecchio per il vuoto è per forzare una pasta di epossidica non conduttiva o conduttiva nei fori passanti placcati. I fori passanti vengono placcati con una pasta epossidica specializzata a bassa viscosità e alta stabilità termogravimetrica (conduttiva o non conduttiva), che viene forzata meccanicamente nei fori placcati. Ciò avviene tramite un riempimento assistito dal vuoto o attraverso una procedura di stampa/spatolatura sequenziale.
La tavola viene posta in un forno per indurire completamente e fissare la sostanza epossidica all'interno dei vias. Le lastre vengono sottoposte a un ciclo termico controllato in un forno convogliato. Questa fase indurisce la resina epossidica e fa evaporare i solventi, indurendo completamente il materiale in modo che non sia più una pasta, ma un tappo solido.
Fase 7: Planarizzazione
Fase 8: placcatura superficiale
L'epossidica non polimerizzata che si trova sulla superficie deve essere levigata. utilizzando una rettifica meccanica per ottenere una finitura completamente liscia. La superficie deve essere parallela o quasi al substrato di rame che la circonda, con una deviazione inferiore a 2 mil (0,05 mm). Si tratta di una planarità perfetta, obbligatoria per il posizionamento efficace dei componenti via-in-pad e a passo fine.
Un rame elettrolitico (di solito 15-25 µm) viene placcato sull'intera superficie. In questo modo si deposita un nuovo strato di rame che ricopre uniformemente la via planarizzata e diventa parte del circuito di superficie che sarà successivamente sottoposto a imaging e incisione.
Considerazioni chiave per la progettazione del riempimento di via
Quando si progetta utilizzando processi di riempimento, è fondamentale considerare una serie di fattori per garantire affidabilità, producibilità e prestazioni a lungo termine. I seguenti elementi hanno un impatto significativo sul risultato finale.
Ottimizzare Rapporto d'aspetto per l'affidabilità
Il quoziente della profondità della via e del suo diametro. Un rapporto d'aspetto più piccolo (6:1 e seguenti) sarà più semplice da riempire perché una lacuna non si noterà.
Il rapporto è di 8:1, utilizzando un diametro di foratura di 0,2 mm su una tavola di 1,6 mm di spessore, e questo è un riempimento ad alto rischio. È invece più sicuro un rapporto di 5,3:1 con una punta da 0,3 mm. In questo modo il materiale epossidico scorrerà fino in fondo e non ci saranno vuoti che intrappoleranno le sostanze chimiche, con conseguenti problemi di affidabilità in futuro.
Selezionare la dimensione corretta della via per un riempimento più semplice
Quando si utilizzano vias riempite, non utilizzare le comuni punte meccaniche da 0,1 mm per riempire un indossabile denso di 0,8 mm di spessore. Il foro piccolo è difficile da lavare e sigillare. Utilizzo Vias da 0,15 mm forati al laserLa quantità di questi vias è complessivamente inferiore, ma è più semplice riempirli fino all'orlo senza lasciare una fossetta superficiale dopo la planarizzazione.
Scegliere un materiale di riempimento adatto per ottenere migliori prestazioni
Selezionare il materiale di riempimento (conduttivo/non conduttivo) in base ai requisiti elettrici/termici. Nella posa di un circuito integrato dotato di array di vie di alimentazione termica, applicare la pasta epossidica conduttiva all'array di vie termiche. In questo modo si forma un tappo continuo e solido, che forma un condotto a bassa resistenza per il trasferimento di calore tra i componenti e verso il piano di massa interno, migliorando notevolmente la conduttività termica e la gestione.
Garantire una superficie piana nei progetti Via-in-Pad
Nel caso di un BGA via-in-pad, il rame deve essere galvanizzato nella via riempita per formare una superficie completamente liscia e piatta. Si tratta di una fase importante della tappatura, per evitare che la pasta saldante si infiltri nel passaggio o si riempia in una fossetta durante il riflusso, formando un giunto di saldatura difettoso.
Analisi dei guasti di vias riempite
Vuoti (Aria Bolle di riempimento)
I vuoti si creano di solito quando riempire un rapporto d'aspetto insufficiente o eccessivo, intrappolando l'aria.
Il rimedio è quello di massimizzare il processo di riempimento attraverso l'applicazione del vuoto, ridurre al minimo il rapporto d'aspetto della via nel progetto e riempire il materiale con una viscosità adeguata per garantire il riempimento completo della cavità.
Cattiva planarità della superficie
Questo perché il la superficie epossidica che funge da base per il processo di riempimento non è planarizzata o, in altre parole, non viene messa a terra dopo il processo di indurimento.
Per risolvere questo problema, è necessario utilizzare un produttore di PCB che disponga di un hardware di planarizzazione molto preciso e controllare rigorosamente il processo di planarizzazione, oltre a indicare chiaramente la planarità necessaria (cioè la planarizzazione) della superficie sui disegni di fabbricazione.
Guasto elettrico
Questo errore critico può manifestarsi con l'uso di una resina epossidica non conduttiva in un passaggio che avrebbe dovuto essere elettricamente continuo tra gli strati.
La risposta è comunicare accuratamente ed esaminare con precisione l'intento progettuale di ogni via con il fabbricante, chiarire qualsiasi riempimento elettrico e non elettrico.
Conformità e qualità: Standard IPC
Per il riempimento della via, si usano comunemente standard di ispezione della qualità includono IPC-4761, IPC-6012, IPC-TM-650 e altri.
- L'IPC-4761 classifica i vias riempiti (Tipo VI) e i vias tappati (Tipo VII) in base al tipo di protezione.
- I criteri di accettazione, tra cui la massima tolleranza di vuoto ammissibile e la necessaria planarità della superficie, sono stabiliti nell'IPC-6012 per garantire prestazioni accettabili.
- La conformità è verificata in base ai test IPC-TM-650 nell'analisi trasversale.
Conclusione
Tramite riempimento è un processo di fabbricazione di PCB intricato ed essenziale, che svolge un ruolo significativo nella risoluzione del problema dell'elettronica ad alta densità. Inoltre, aumenta notevolmente l'affidabilità della scheda, consente la miniaturizzazione con layout via-in-pad e ha una gestione termica superiore. La chiave del successo sta nella scelta accurata dei materiali, in un processo di produzione strettamente gestito e in una progettazione attenta che eviti le solite trappole come i vuoti o addirittura la planarità.
A ELEPCB, noi combinano l'avanzata tecnologia di riempimento sottovuoto con la stretta osservanza degli standard IPC per offrire risultati impeccabili. Se siete alla ricerca di un partner affidabile per massimizzare i vantaggi del riempimento via e garantire le prestazioni a lungo termine dei PCB, contattate i nostri esperti oggi stesso per discutere del vostro progetto.
FAQ
A1: I sintomi estetici sono costituiti da palline di saldatura intorno alla via dopo il riflusso, fossette o fori visibili nel tappo della via o un aspetto frastagliato della piazzola di saldatura. Si tratta di segni di degassamento del riempimento.
A2: Le piazzole BGA possono contenere vias non riempite che causano il wicking della saldatura, che provoca una connessione inaffidabile o interrotta. I vias riempiti possono non essere ben progettati e quindi una sfera non viene a contatto correttamente; questo è noto come difetto "head-in-pillow".
A3: I progetti con vias in rapporto d'aspetto, vias molto grandi o alte densità di vias in un'area ridotta esacerbano la difficoltà di ottenere un riempimento completo e privo di vuoti e comportano un rischio maggiore di problemi di planarità.
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