Išsamus PCB dizaino užpildymo vadovas

Įvadas

Elektriniai perėjimai yra spausdintinės plokštės skylės, leidžiančios sluoksnius sujungti elektra. Pirma, užpildant angas išvengiama skysčių ar oro įstrigimo, kuris gali sukelti surinkimas gedimų, taip pagerinant grandinės patikimumą ir veikimą. Visa tai gali padėti geriau patobulinti šį PCB projektavimo procesą – straipsnyje pateikiama įžvalga apie užpildymą, jo privalumus, būdus, medžiagas ir geriausią praktiką, kaip užpildyti vias.

Vias supratimas PCB

Kas yra Via Filling?

Užpildymas yra vienas iš svarbiausių žingsnių gaminant spausdintinę plokštę (PCB); čia perėjimas – tam tikras vamzdis, jungiantis skirtingus PCB sluoksnius – yra užpildytas tokiomis medžiagomis kaip epoksidinė derva, derva arba varis. Taikant išsamius planus, kuriais drastiškai siekiama sumažinti susijusias komplikacijas, pavyzdžiui, oro ar skysčių įstrigimą, kurie kitu atveju galėtų atsirasti dėl akivaizdžių klaidų jų surinkimo metu, galima žymiai padidinti PCB elektrinį ir mechaninį efektyvumą. Tai taip pat labai svarbus procesas gerinant bendrą daugiasluoksnių PCB patikimumą ir ilgalaikį pobūdį, skirtą naudoti kompleksuose. elektroninis sistemas.

Via užpildymo tipai

Šioje straipsnio dalyje daugiausia dėmesio buvo skiriama kai kurioms spausdintinių grandinių plokščių užpildymo laidžiomis ir nelaidžiomis medžiagomis metodams, skirtiems užpildymui. Tinkamas „Via Filling“ tipų supratimas padės inžinieriams pasirinkti optimaliausią užpildymo techniką, kad padidėtų našumas, patikimumas ir kaina.

Laidus per užpildymą

Kai kurios laidumą gerinančios angos yra supakuotos su laidžiomis pastomis, kurios padeda pagerinti plokščių laidumo savybes. Kitas būdas – į angas patepti vario arba sidabro epoksidine medžiaga, siekiant pagerinti šilumos laidumą, o tai palengvins efektyvų šiluma prie radiatoriaus. Nors tai gali būti brangu, vario epoksidinės medžiagos šilumos laidumo savybė yra labai gera. Vizos turi būti užpildytos, kad būtų galima efektyviai perduoti elektrinį signalą tarp skirtingų spausdintinės plokštės sluoksnių. Dėl metalinio užpildo ir laminato išsiplėtimo skirtumai lengvai gimsta lūžiai. Paprastai laidus užpildymas pagerina bendrą PCB plokščių veikimą ir patikimumą.

Nelaidus per užpildymas

Svarbu tai, kad nelaidus perpylimas reiškia visiško visų angų sandarinimo procesą, kad teršalai, pavyzdžiui, lydmetalis, nepatektų į angas. Rezultatas yra galutinis konstrukcijos mechaninės sistemos nuoseklumo pagerinimas, kartu su ištaisytu užpildymo būdu. Tai gana dažnai naudojama „vidur-in-pad“ konstrukcijoje, siekiant išvengti trapių litavimo jungčių susidarymo. Šios technikos pritaikymas labai naudingas dizainui su poliruotu paviršiumi, nes tai garantuoja išskirtinį rezultatą ssenėjimo procesas. Prie nelaidžio plombavimo pranašumo prisideda du veiksniai: įvairių tipų plombų stabilumas ir patikimumas, tuo tarpu tiek nelaidūs, tiek laidūs plombos yra ekonomiškai efektyvūs.

Variu padengtos uždarytos užpildytos perėjos

Tai yra artimos mikro arba kiaurymės angos, kurios turi gana geras šilumos perdavimo ir šilumos laidumo savybes. Šios technologijos gali būti gerai pritaikytos tais atvejais, kai reikia efektyviai išsklaidyti šilumą su sandariomis skylėmis. „NetVia Group“ buvo viena iš pirmtakų gaminant iki 12 mylių skersmens padengtas, sandarias skyles, be problemų, tokių kaip tuštumos, oro kišenės ir skysčių įstrigimas. Jis taikomas tais atvejais, kai kraštinių santykis yra didesnis nei 10:1 arba skersmuo mažesnis nei 8 mil. Tačiau plonos medžiagos, apvyniojimo dengimo standartai arba PTFE/teflono medžiagos savaime sukelia medžiagų iškraipymo ar plyšimo problemą. Uždaryti angas galima padengti varis plokštė, naudojama kaip veiksminga priemonė šilumos valdymui padidinti PCB projektuojant.

„Via Fill“ metodų palyginimas

Elektros laidumas užpildant:

• Medžiaga Sudėtis: daugiausia sudaryta iš laidžių medžiagų, įskaitant varį arba sidabro epoksidą.
• Elektros ir šilumos laidumo tobulinimas.
• Jis siūlo patikimą temperatūros valdymą, o signalo vientisumas vertinamas labai gerai.
• Trūkumai: Brangiau nei naudojant nelaidų užpildą kaip išlaidas laidžioms medžiagoms.
• Taikymas: grandinėms, kurioms reikia greito šilumos išsklaidymo arba palankiausių elektros laidumo kelių.

Nelaidus plėvelės užpildymas:

• Sudarytas iš izoliacinių medžiagų, tokių kaip epoksidinė derva.
• Neleidžia lydmetaliui ar kitiems teršalams patekti į angą.
• Privalumai: nebrangus, paprastas naudoti ir pritaikyti, turi pakankamai mechaninės paramos.
• Trūkumai: suteikia ribotą šiluminį arba elektrinį stiprinimą.
• Taikymas: naudojamas lanksčios spausdintinės grandinės ir per in-pad programoms.

Variu padengtos per angas

• Dizainas: pilnai užpildytas CFA ir hermetiškai uždarytas varis.
• Tikslas: optimizuoja šilumos laidumą.
• Suvart: labai brangu, nes reikės specializuotos įrangos ir medžiagų.
• Tikslinis pritaikymas: taikoma grandinėms, kuriose yra efektyvus šilumos išsklaidymas, didelio našumo elektronika arba maži perėjimai ir (arba) didelis kraštinių santykis.

Naudojant užpildymo būdus

Yra du pagrindiniai pildymo būdai, kurie yra žinomi:

Vario dengimas

Iš esmės kalbant, procesas, kurį naudojant vario dengimas papildomas galvanizavimo būdu visiškai užpildo perėjimo skyles po to, kai buvo atliktas pradinis padengimas:

Varis nusėda perforuotų ertmių viduje elektrolitinio nusodinimo būdu.
Dangos storis sukuriamas laipsniškai pridedant.
Skylės lygiai taip pat paskirsto vario ribas.
Šis procesas kartojamas tol, kol skylė užpildoma variu. Tai garantuoja vienodą vario nusodinimo kokybę ir patikimas jungtis, tačiau šiam procesui reikalinga įranga iš tikrųjų yra gana brangi.

Laidus rašalo užpildymas

Užpildykite buteliukus litavimo kaukės skysčiais ir (arba) laidžiais dažais.

Leidžia užpildyti angas po gręžimo. Rašalas nusodinamas, spausdinamas trafaretu arba kitaip dedamas rašalas. Vienu metu galima užpildyti kelias angas. Tai procesas, kurio metu rašalas sukietėja, kai plokštė kaitinama po jos pagaminimo.

Taigi užpildymas tampa ekonomišku ir keičiamo dydžio procesu laidus rašalas. Net ir tada reikėtų vengti komplikacijų ir tinkamai optimizuoti procesą, kad būtų galima užpildyti rašalu.

Medžiagos, naudojamos užpildymui

Užpildymui naudojamos įvairios medžiagos, tačiau dažniausiai procese ir gamyboje naudojamos šios medžiagos:

Galvanizuotas varis

Po to, naudojant galvanizavimo procesą, vidinės angos yra persmelktos grynu variu. Tai reiškia puikų laidumą: IACS 100%. Sukibimas su varine statine buvo puikus. Tai užtikrina nuoseklų ir patikimą užpildymą. Reikalauja didelių investicijų į įrangą.

Beelektrinis varis

Tai reiškia autokatalizinį vario nusodinimą.
Elektros laidumas yra šiek tiek silpnesnis nei gryno vario.
Neįmanoma pasiekti panašaus storio padidėjimo naudojant galvanizavimą.
Tai užtikrina tolygų ir nuoseklų sluoksnį ant vidinių skylės sienelių. Ekonomiškai efektyvesnis būdas.

Litavimo kaukė

Šiuo atveju litavimo kaukė buvo uždėta ant vių; Tai yra dervos pagrindu pagaminta medžiaga, pigi ir lengvai pritaikoma. Jie padarė apsauginius sluoksnius, tačiau jie buvo pagaminti iš epoksidinių ar panašių junginių.

Laidus epoksidas

Laidus epoksidinis derinys Su atitinkamu užpildymu ir elektros jungtimis užtikrina puikų sukibimą ir gerą veikimą. Tačiau įdaras yra labai brangus ir visiškai atima daug laiko reikalaujantis kietėjimo procesas. Vizos užpildytos laidžiais užpildais, tokiais kaip sidabras arba anglis, sumaišyti su epoksidine derva.

Užpildytų angų gamybos procesas

Norėdami tinkamai užpildyti vielius, atlikite šiuos veiksmus:

Gręžimas

VIA galima atlikti naudojant mechaninius grąžtus arba lazerio spindulį. Tai teisingas mikrovių pavyzdys. Gautos skylės yra šiek tiek standartizuotos, tačiau nėra tikrai tikslios dydžio, formos ir padėties. Jūsų pasirinkimas priklausys nuo kelių veiksnių, tokių kaip kaina, reikalaujamas PCB skaičius, tikslumas ir skylės dydis. Mechaniniai grąžtai gali turėti nedidelių nukrypimų, todėl gręžimo metu išvengiama įtrūkimų, jei žiedinis žiedas aplink skylę yra pakankamai didelis. Tinkami skaičiavimai naudojant grąžtų dydžius, atsižvelgiant į tinkamą kraštinių santykį, kad juos būtų galima tinkamai įgyvendinti.

Vias sanitarija

Vizos valomos po gręžimo, kartu paėmus šiukšles, įdubas ar dervą. Skirtingi valymo tipai apima mechaninius kombinuotus procesus ir abrazyvinius cheminius. Išvalant skylutes nuo teršalų, teptuku tepamas tirpiklis. Kruopščiai kontroliuojamas, plokštė mato papildomas valymo ir dengimo voneles, kurios ruošiasi lygiam vario dengimui per angas.

Pildymas

Šiame etape per skylutes užpildykite nelaidžia arba laidžia derva. Reikia atlikti du užpildymo etapus. Pirma, užpildymas atliekamas naudojant slėgį ir vakuumą, kad skylės būtų užpildytos be tarpų. Šiame antrajame etape nuvalykite dervos perteklių nuo plokštės paviršiaus, kad ją paruoštumėte planaravimui. Via yra paruošta, paruošta per šį procesą ir užpildyta tolesniems veiksmams.

Planarizacija

Procesas daugiausia apima angų užpildymą nelaidžia arba laidžia derva. Vizų užpildymą galima suskirstyti į du etapus. Pirma, jis turi būti veikiamas slėgio ir vakuumo, kad skylių viduje neliktų tarpo. Antra, dervos perteklius ant plokštės paviršius reikia pašalinti, kad būtų galima toliau ruoštis planarizacijai. Iki šiol viai bus gerai paruošti ir užpildyti, paruošti tolesniems procesams.

Sąnaudos

• Tai yra keletas veiksnių, kurie užpildo PCB vius.
• Skylių skaičius: kuo daugiau angų ar kiaurymių jūsų PCB, tuo daugiau kainuos užpildyti. Tai reiškia daugiau medžiagų ir darbo.
• Pastos tipas: Įdarui naudojamos pastos sudėtis labai priklauso nuo visų išlaidų. Skiriasi įvairių pastų kaina ir efektyvumas.
• Gamybos sudėtingumas: tai reiškia jūsų PCB dizaino sudėtingumą ir todėl turi įtakos sąnaudoms. Sudėtingesniems projektams reikės pažangių technikų, todėl padidės išlaidos.
• Testavimas ir kokybės kontrolė: Testavimas, susijęs su užpildytų angų kokybės tikrinimu, padidina visas išlaidas.
• Šių veiksnių žinojimas tikrai gali padėti susidoroti su PCB gamybos sąnaudomis.

Per užpildymo privalumus

Net ir esant papildomoms išlaidoms, naudojant užpildą, atsiranda keletas teigiamų padarinių. Žymiai pagerėjo PCB mechaninis stiprumas ir šiluminis valdymas. Elektros našumas taip pat yra daug geresnis, nes sumažėja signalo triukšmas. Dažnai pastebimas patikimumo pagerėjimas.

Privalumai ir pagrindinės savybės

Įvairių užpildymo būdų savybės

Pasirinkimai, kuriuos galite turėti, kai reikia užpildyti PCB angas, yra laidus, nelaidus ir varinis užpildymas. Kiekvienas iš jų turi savo nuosavybę. Laidus užpildymas padidina šilumos ir elektros laidumą, todėl puikiai tinka didelės galios reikmėms. Nelaidus užpildymas yra gana geras, kad būtų sumažintos sąnaudos, kartu užtikrinant gerą struktūrinę paramą. Vario užpildas užtikrina geriausias elektrines charakteristikas ir gali būti tinkamas naudoti naudojant mažus BGA žingsnius ir aukšto dažnio konstrukcijas.

Įvairių naudojamų medžiagų privalumai

Labai svarbus nustatant PCB našumą, maršruto tankio pagerinimas kartu su sluoksnių ar plokštės dydžio sumažinimu žymiai pagerina trinkelių tvirtinimą. Tegul užpildo medžiagos taip pat sumažina EMI ir siūlo trumpiausią kelią apeiti aukšto dažnio kondensatorius. Pasirinkę tinkamą užpildymo metodą ir gerą užpildymo medžiagų pasirinkimą, greičiausiai pasiūlysite geresnį PCB našumą ir didesnį patikimumą.

Via užpildymo dizainerio gairės

Svarbūs aspektai kuriant dizainą

Gamindami PCB atsiminkite kai kuriuos svarbius vių užpildymo veiksmus. Stebėkite svarbius pėdsakus, kuriuos reikia užpildyti, ypač greito arba didelės srovės jungtis. Taip signalai bus aiškūs ir viskas veiks. Pasirinkite per dydžius kurios atitinka lentos tipą: tinkamas dydis, forma ir santykis tarp grąžto ir gatavo dydžio yra pagrindiniai gero dizaino veiksniai. Visada naudokite apvalius žiedus aplink trinkeles, kad būtų tvirtos litavimo jungtys, o tai savo ruožtu pailgins plokštės tarnavimo laiką.

Laikykitės šių gairių:

• Didelės spartos arba didelės srovės keliai: norint išlaikyti našumą, perėjimai turi būti užpildyti didelės spartos arba didelės srovės keliais.
• Pasirinkite tinkamus angų dydžius ir suderinkite angų dydį bei formą su gręžimo ir apdailos dydžio santykiu pagal konkrečią jūsų įdiegtą plokščių technologiją.
• Žiediniai žiedai: Vieno žiedo uždėjimas aplink kiekvieną padą padės sukurti tvirtas litavimo jungtis ir padidinti jungties patikimumą.
• Pildymo proceso informacijos užklausa: paklauskite plokštės gamintojo, ką jie naudoja užpildydami vius.
• Užklauskite kupono testą: paprašykite užpildyti kuponą tuščioje lentos vietoje, kad patikrintumėte užpildymo kokybę.
• Vias patikra: naudojant mikroskopą, gamybinių plokščių užpildytos angos patikrinamos pagal standartinę kokybę.
• Šiluminio įtempio bandymas: atlikite terminio įtempio bandymą, kad nustatytumėte vientisumą ir patikimumą esant svyruojančioms temperatūroms.

Per užpildymo ir dangos standartus

Tinkamas užpildymas ir uždengimas sukurs geros kokybės ir tvirtos struktūros PCB pagal standartus. Vizos užpildymas užtikrins, kad angos būtų tinkamai užsandarintos, todėl plokštės tvirtumas bus didesnis, išskyrus galimą riziką dėl šiluminių pokyčių ar kitų aplinkos poveikių. Tinkamai užpildytos angos taip pat pagerina elektros našumą, nes jos užtikrins nuoseklų ryšį, sumažindamos signalo problemų ir perėjimo galimybę.

Be to, tinkamas medžiagų apdorojimas, dengiantis angas, suteikia ir kitokią apsaugą; danga apsaugo nuo nešvarumų ir skylių oksidacijos, kuri gali pakenkti laidumui. Tinkamai uždengus angas, plokštę galima lengviau lituoti, kai dalys bus tinkamai pritvirtintos, ir ji veiks taip, kaip numatyta.

Tokių standartų kūrimas užtikrina, kad jūsų PCB bus tvirtos ir labai funkcionalios. Tokiu būdu labai sumažėja signalo praradimo, gedimų ir žalos aplinkai rizika, todėl jūs gaunate patikimiausius ir ilgiausiai tarnaujančius gaminius. Kokybė ir stabilumas yra labai svarbūs parametrai didelio našumo programose.

Užpildytų Vias taikymas

Per tiek daug PCB dizainas funkcionalumui ir ilgaamžiškumui pagerinti buvo panaudotos užpildytos metodikos. Paprastai jie randami greitose arba aukšto dažnio grandinėse, kur padeda palaikyti aiškius signalus. Užpildyti perėjimai yra dažni plokštėse, kuriose yra daug komponentų, nes jie leidžia dizaineriams sukurti maketus naudojant mažiau vietos ir taip pasirinkti daugiau maršruto. Tokios jungtys naudojamos didesnėms srovėms valdyti galia sistemos, todėl perkaitimo problemos pašalinamos, kad viskas veiktų vėsiai. Užpildytos skylės padidins plokštės mechaninį stiprumą ir sumažins tikimybę, kad ji bus pažeista, todėl pagerės bendras veikimas.

Iššūkiai per užpildymą

Užpildymas gali būti susijęs su daugybe apdirbimo problemų ir sumažinti jūsų PCB kokybę bei patikimumą. Viena iš dažnų problemų yra tuštumų susidarymas: kai užpildytose angose ​​susidaro tarpai arba susidaro oro burbuliukai, jie dar labiau sumažina jų efektyvumą. Dėl to gali būti blogas elektros ryšys ir silpna mechanika. Kita problema yra ta, kad netolygi užpildo medžiaga nepatenka į pilną angą ir veikia netaisyklingai. Taigi dėl perpildymo iš tiesų gali susidaryti gabalėliai ar paviršiai, kurie nėra išlyginti ant lentos, o tai vėliau gali sukelti surinkimo problemų. Be to, prastos medžiagos arba perpildymo metodai sukelia prastą šilumos ir elektros laidumą. Visas šias problemas reikia išspręsti, kad būtų užtikrintas jūsų PCB patikimumas ir geras darbas.

Alternatyvūs nebrangūs užpildymo būdais

Apsvarstykite galimybę naudoti užpildymo kištukai, kuris sutaupys daug pinigų gaminant daugybę PCB. Visų pirma, pakrovimo išlaidos gamybos metu taip pat paprastai yra mažos, palyginti su įprastais užpildymo būdais. Jie padeda sumažinti užpildymo išlaidas, tačiau efektyviai apsaugo ir palaiko jūsų lentą. Naudoti užpildymo kamščius gali būti ypač naudinga esant dideliems gamybos etapams, nes dėl jų procesas tampa paprastesnis ir ekonomiškesnis. Be to, šis metodas nepervertins jūsų biudžeto, nors jis užtikrina jūsų PCB kokybę ir patikimumą.

DUK

Kada reikia užpildyti PCB angas?

Aukšto dažnio grandinėms, daug apgyvendintoms plokštėms, daugiasluoksnėms konstrukcijoms, didelės srovės naudojimui ir prispaudžiamoms kaiščių jungtims reikia užpildyti PCB perėjimus. „Via“ užpildymas taip pat atliekamas naudojant didelius kraštinių santykius naudojant BGA, siekiant pagerinti našumą ir patikimumą. Visada peržiūrėkite poreikius, kad gautumėte geresnių rezultatų.

Kokie yra pagrindiniai užpildytų vių naudojimo trūkumai?

Yra keletas problemų pildant via: the gamyba kaina yra didesnė, gali prireikti šiek tiek papildomo apdorojimo laiko, kai ji užpildoma, užpildyti angai gali turėti terminio plėtimosi problemų ir gali sukelti deformaciją, netinkamai užpildant gali atsirasti tuštumų arba nelygaus paviršiaus, o tai turės įtakos plokštės veikimui. , užpildyti vieliai gali apsunkinti būsimą remontą ar pakeitimus. Tačiau šie trūkumai turi būti įvertinti atsižvelgiant į veiksmingo PCB projektavimo naudą.

Kaip pasirinkti optimalią užpildymo medžiagą?

Renkantis geriausią užpildymo medžiagą, yra keletas pagrindinių veiksnių. Pirmiausia atsižvelkite į PCB elektros ir šiluminius poreikius. Esant dideliam laidumui, gali būti naudojamos laidžios medžiagos, pvz., varis arba laidžios epoksidinės dervos. Tačiau jei norite izoliuoti, geriau jį pakeisti galėtų nelaidžios medžiagos, pvz., derva. Taip pat patikrinkite kainą ir taikymo paprastumą. Įsitikinkite, kad medžiaga atitinka jūsų plokštės dizaino ir gamybos reikalavimus. Visi jie yra subalansuoti, kad būtų galima pasirinkti tinkamiausią užpildymo medžiagą.

Kas lemia prastą užpildymo kokybę arba nepatikimą?

Gali prastai arba nepatikimai užpildyti tuštumą dėl dalinio užpildymo dėl įstrigusių oro kišenių arba nepilno tuštumos užpildymo. Neteisingai parinkta medžiaga, kuri gali blogai sąveikauti su pagrindu – silpnas sukibimas Prastas naudojimas, pavyzdžiui, nevienodas užpildo tūris arba netgi „perpildymas“ Kiti netinkamo kietėjimo ir užteršimo atvejai lemia prastos kokybės užpildą. Atsižvelkite į šiuos veiksnius ir atkreipkite dėmesį į naudojimo būdus, kurie užtikrina patikimumą užpildant gamybos metu.

Kokios yra prastos kokybės arba nepatikimo užpildymo priežastys?

Prasta kokybė arba gedimas dažnai gali būti siejami su viena iš kelių tipiškų problemų. Jei visos angos neužsipildys, greičiausiai atsiras oro kišenė arba tuštuma. Per mažai užpildo medžiagos sukels silpnas arba prastai veikiančias jungtis. Netinkami lygiai – tiek virš, tiek mažesni – kelia problemų. Be to, blogas kietėjimo ar užpildymo užterštumas taip pat yra problemiškas. Tokias problemas būtų galima sumažinti tik gaminant nuolat laikantis tinkamų užpildymo būdų ir medžiagų.

Išvada

Šiame išsamiame vadove sužinojote, kad užpildymas yra labai svarbus norint padidinti PCB patikimumą ir našumą. Užpildytos angos padeda išvengti tokių problemų kaip oro ar skysčio įstrigimas, pagerina elektros jungtis ir mechaninį stiprumą. Suprasdami įvairias užpildymo medžiagas, pvz., galvanizuotą varį, beelektrinį varį, litavimo kaukę ir laidžią epoksidą, galite pasirinkti geriausią variantą pagal savo konkrečius poreikius. Tinkamai užpildytos angos užtikrina aukšto dažnio signalus ir tuo pačiu gerą šilumos valdymą bei tvirtus ryšius. Įsitikinkite, kad jūsų geriausia praktika renkantis tinkamas medžiagas užtikrina aukštą, bet ir patikimą PCB dizainą.