أهمية ومعايير Via على تقنية PAD لـ PCB

لماذا تحتاج لوحة الدوائر المطبوعة إلى تصميم الفتحة على الوسادة

في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، يعد تصميم الفتحة على الوسادة أسلوب تصميم خاص، يتمتع بشكل أساسي بالوظائف التالية:

1- تلبية متطلبات التوصيل عالي الكثافة

زيادة مساحة التوصيل

مع تطور التصغير وتعدد الوظائف في المنتجات الإلكترونية، تزداد كثافة المكونات الإلكترونية على لوحة الدوائر المطبوعة بشكل متزايد، وتصبح مساحة التوصيل محدودة للغاية.

يمكن لتصميم الفتحة على الوسادة تحقيق الاتصال الكهربائي بين الطبقات المختلفة عن طريق وضع فتحات على الوسادة في المساحة المستوية المحدودة، مما يوفر خيارات مسار أكثر للتوصيل ويزيد بشكل فعال من مساحة التوصيل.

على سبيل المثال، في تصميم اللوحة الأم لبعض الهواتف الذكية عالية الجودة، نظرًا لتكامل العديد من الوحدات الوظيفية، تكون كثافة المكونات عالية جدًا، واستخدام تصميم الفتحة على الوسادة يمكن أن يلبي متطلبات التوصيل المعقدة دون زيادة حجم لوحة الدوائر المطبوعة.

تحقيق اتصال دائري معقد

في بعض تصميمات الدوائر المعقدة، قد يكون من الضروري تحقيق الاتصال بين عدة شبكات مختلفة، لكن طريقة التوصيل التقليدية قد لا تلبي المتطلبات.

يمكن لتصميم الفتحة على الوسادة توصيل الشبكات المختلفة عن طريق وضع فتحات على العقد الرئيسية لتحقيق وظائف الدائرة المعقدة.

على سبيل المثال، في الدوائر الرقمية عالية السرعة، لضمان سلامة الإشارة، يجب التحكم بدقة في معاوقة الإشارة. من خلال تصميم الفتحة على الوسادة، يمكن إدخال فتحة التأريض في موضع محدد لتحويل مستوى الإشارة المرجعي، وبالتالي ضبط معاوقة الإشارة وتلبية متطلبات نقل الإشارة عالية السرعة.

2- تحسين الأداء الكهربائي

تقليل معاوقة نقل الإشارة

عند نقل الإشارة على لوحة الدوائر المطبوعة، ستؤدي عدم استمرارية المعاوقة إلى مشاكل مثل انعكاس الإشارة وتوهينها، مما يؤثر على جودة الإشارة.

يمكن لتصميم الفتحة على الوسادة تقليل عدم استمرارية المعاوقة في مسار نقل الإشارة عن طريق تحسين موضع الفتحة وحجمها وشكلها، وبالتالي تقليل معاوقة نقل الإشارة وتحسين سلامة الإشارة.

على سبيل المثال، في نقل الإشارة التفاضلية عالية السرعة، من خلال تصميم موضع وتباعد فتحات الوسادة بشكل معقول، يمكن تحقيق تطابق أفضل في معاوقة الزوج التفاضلي، وتقليل التداخل بين الإشارات التفاضلية، وتحسين جودة نقل الإشارة.

تقليل التداخل الكهرومغناطيسي

في المنتجات الإلكترونية، يعد التداخل الكهرومغناطيسي مشكلة شائعة تؤثر على التشغيل الطبيعي للدائرة.

يمكن لتصميم الفتحة على الوسادة تقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي عن طريق عزل الإشارات الحساسة عن مصادر التداخل.

على سبيل المثال، في لوحة دوائر مطبوعة تجمع بين الدوائر التناظرية والرقمية، يمكن وضع فتحة على الوسادة بين التأريض التناظري والرقمي لتحقيق تقسيم مستوى التأريض وتقليل تداخل الدوائر الرقمية على الدوائر التناظرية.

3- تحسين أداء التبريد

توفير قناة تبريد

مع تزايد كثافة الطاقة للمكونات الإلكترونية، أصبحت إدارة الحرارة أحد العوامل الرئيسية المؤثرة على موثوقية المنتجات الإلكترونية.

يمكن لتصميم الفتحة على الوسادة تشكيل قناة تبريد على لوحة الدوائر المطبوعة لنقل الحرارة من العنصر المولد للحرارة إلى طبقة التبريد أو المشتت الحراري الخارجي لتحسين كفاءة التبريد.

على سبيل المثال، في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة لمصابيح الإضاءة LED عالية الطاقة، من خلال وضع Via on PAD على مسند LED، يمكن نقل الحرارة الناتجة عن LED بسرعة إلى طبقة تبديد الحرارة في لوحة الدوائر المطبوعة، مما يقلل من درجة حرارة عمل LED ويحسن موثوقيتها وعمرها.

توزيع موحد لتبديد الحرارة

في بعض لوحات الدوائر المطبوعة ذات المساحات الكبيرة، إذا كان تبديد الحرارة غير متساوٍ، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية بشكل مفرط، مما يؤثر على أداء ومكونات الإلكترونية وعمرها.

يمكن لتصميم Via on PAD جعل الحرارة توزع بشكل أكثر تساوياً على لوحة الدوائر المطبوعة من خلال توزيع الثقوب الممرة بشكل معقول لتجنب مشكلة السخونة الموضعية.

على سبيل المثال، في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة الكبيرة مثل لوحة الخادم الرئيسية، عادة ما يتم استخدام عدد كبير من Via on PAD لتحسين أداء تبديد الحرارة وضمان بقاء درجة حرارة اللوحة بأكملها ضمن النطاق الآمن.

4. التكيف مع متطلبات التغليف الخاصة

تلبية أشكال التغليف مثل BGA وغيرها

تغليف مصفوفة الشبكة الكروية (BGA) هو شكل شائع لتغليف الدوائر المتكاملة، يتميز بعدد كبير من المسارات وتباعد صغير، مما يفرض متطلبات عالية على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة.

يمكن لتصميم Via on PAD توفير قناة توصيل كهربائي وتبديد حرارة جيدة للرقائق المغلقة بتقنية BGA، وتلبية متطلبات الكثافة العالية والأداء العالي.

على سبيل المثال، في تصميم بعض لوحات الكمبيوتر الرئيسية وكرت الشاشة عالية الأداء، تستخدم الرقائق المغلقة بتقنية BGA على نطاق واسع، ويصبح تصميم Via on PAD جزءاً لا غنى عنه.

دعم تركيب المكونات الخاصة

في بعض سيناريوهات التطبيق الخاصة، قد تكون هناك حاجة لتركيب بعض المكونات الإلكترونية ذات الأشكال أو الأحجام الخاصة، بينما قد لا يلبي تصميم لوحة الدوائر المطبوعة التقليدي المتطلبات.

يمكن تصميم Via on PAD بشكل مخصص وفقاً لمتطلبات تركيب المكونات الخاصة، لتوفير اتصال وتثبيت موثوق للمكونات الخاصة.

على سبيل المثال، في بعض معدات التحكم الصناعي، قد يكون من الضروري تركيب بعض المشتتات الحرارية الكبيرة أو المكونات الحثية. من خلال وضع Via on PAD على لوحة الدوائر المطبوعة، يمكن تثبيت هذه المكونات بشكل متين وتوصيلها بشكل جيد.

ما هو معيار Via on PAD من فضلك؟

يشمل المعيار المقبول لتصميم Via on PAD بشكل رئيسي الجوانب التالية:

1. الأداء الكهربائي

الاستمرارية

يجب أن يضمن Via on PAD استمرارية كهربائية جيدة. يمكننا اختبار قيمة المقاومة باستخدام مقياس متعدد أو جهاز اختبار استمرارية خاص. يجب أن تفي قيمة المقاومة بقيمتنا التصميمية.

على سبيل المثال، للدوائر الرقمية العادية، يجب أن تكون مقاومة التوصيل لـ Via on PAD أقل من 50 ملي أوم؛ للدوائر التناظرية عالية الدقة أو خطوط نقل الإشارة عالية السرعة، تكون متطلبات مقاومة التوصيل أقل، وقد تكون أقل من 10 ملي أوم.

التحكم في المعاوقة

للدوائر الرقمية عالية السرعة ودوائر الترددات الراديوية، يجب أن تفي معاوقة Via on PAD بمتطلبات التصميم. نستخدم عادةً معدات قياس المعاوقة لاختبار قيمة المعاوقة، للتأكد من أن جودة Via on PAD تحت سيطرتنا، ويجب أن تكون قيمة المعاوقة ضمن نطاق التسامح المحدد.

على سبيل المثال، لخط نقل 50 أوم، يجب التحكم في معاوقة Via on PAD بين 45 و55 أوم.

سلامة الإشارة

من خلال اختبار سلامة الإشارة، يتم تقييم تأثير Via on PAD على نقل الإشارة.

يمكننا فحص شكل الموجة، السعة، وقت الصعود، وقت الهبوط وغيرها من معلمات الإشارة باستخدام أجهزة مثل راسم الذبذبات ومحلل الشبكات، وذلك لضمان عدم وجود تشويه واضح أو توهين أو انعكاس عند مرور الإشارة عبر Via on PAD.

على سبيل المثال، للإشارات الرقمية عالية السرعة، يُشترط ألا يتغير وقت صعود وهبوط الإشارة بأكثر من 10٪ بعد مرورها عبر الثقب في المسند؛ للإشارات الترددية الراديوية، يُشترط أن يكون معامل الانعكاس أقل من -15 ديسيبل.

2. الخصائص الميكانيكية

جودة جدار الفتحة

يجب أن يكون جدار الفتحة للفتحة الموصلة على الوسادة أملسًا وخاليًا من الشقوق والحواف الخشنة. يمكن ملاحظة جدار الفتحة باستخدام المجهر أو المجهر الإلكتروني للتحقق من العيوب.

يجب أن تستوفي خشونة جدار الفتحة المتطلبات. بشكل عام، يشترط أن تكون الخشونة أقل من 5 ميكرومتر. جدار الفتحة الخشن سيؤثر على موثوقية التوصيل الكهربائي وقد يتسبب في مشاكل نقل الإشارة.

دقة قطر الفتحة

يجب أن يلبي قطر الفتحة الموصلة على الوسادة متطلبات التصميم، وعادة ما يكون التسامح ضمن ± 0.05 مم. نحتاج إلى قياس قطر الفتحة باستخدام أجهزة الأشعة السينية أو المقاطع الدقيقة، لضمان بقاء قطر الفتحة ضمن النطاق المحدد.

يجب أن يكون موقع الفتحة الموصلة على الوسادة دقيقًا، وأن يكون الانحراف عن رسم التصميم ضمن نطاق التسامح المحدد. يمكن استخدام جهاز قياس الإحداثيات أو معدات الكشف البصرية لقياس موقع الفتحة الموصلة على الوسادة لضمان استيفاء دقة موقعها للمتطلبات.

على سبيل المثال، بالنسبة لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة عالية الدقة، يجب أن يكون انحراف موقع الفتحة الموصلة على الوسادة أقل من ± 0.05 مم. الانحراف المفرط في الموقع قد يؤثر على تخطيط الدائرة وموثوقية التوصيل الكهربائي.

3. الموثوقية

اختبار الصدمة الحرارية

يتم اختبار لوحة الدوائر المطبوعة باختبار الصدمة الحرارية لمحاكاة تغير درجة حرارة المنتجات الإلكترونية في عملية الاستخدام الفعلية. من خلال التكرار المتعاقب للصدمات عالية ومنخفضة الحرارة، يتم التحقق مما إذا كانت الفتحة الموصلة على الوسادة تعاني من ظواهر مثل التشقق، أو التقشر، أو السقوط.

على سبيل المثال، وضع لوحة الدوائر المطبوعة في نطاق درجة حرارة من -55 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية لـ 1000 دورة من اختبار الصدمة الحرارية، ويجب أن تكون الفتحة في الوسادة خالية من أي تلف.

اختبار الاهتزاز

يتم اختبار لوحة الدوائر المطبوعة للاهتزاز لمحاكاة بيئة الاهتزاز للمنتجات الإلكترونية أثناء النقل والاستخدام. نحتاج إلى التحقق مما إذا كانت الفتحة الموصلة على الوسادة قد ارتخت أو انكسرت بعد تطبيق اهتزاز بتردد وسعة معينين.

على سبيل المثال، نقوم بإجراء اختبار اهتزاز عشوائي بتردد 5-500 هرتز وتسارع 5 جرام. المدة ساعتان، ويجب أن تكون الفتحة الموصلة على الوسادة خالية من أي تلف.

اختبار القابلية للحام

إجراء اختبار قابلية الحام على الفتحة الموصلة على الوسادة للتحقق من أدائها في عملية اللحام. يتم غمر لوحة الدوائر المطبوعة في فرن القصدير لجعل الفتحة الموصلة على الوسادة تلامس اللحام، وملاحظة ما إذا كان اللحام يمكنه ترطيب جدار الفتحة جيدًا لتشكيل طبقة لحام موحدة.

على سبيل المثال، يشترط أن يكون ارتفاع تسلق اللحام في الفتحة الموصلة على الوسادة على الأقل 75٪ من عمق الفتحة، ويجب أن يكون سطح اللحام أملسًا وخاليًا من عيوب مثل المسامات والثقوب الدقيقة.

4. فحص المظهر

الاستواء

يجب أن يكون سطح لوحة الدوائر المطبوعة مستويًا، ولا يجب أن يكون هناك انتفاخ أو انخفاض واضح حول الفتحة الموصلة على الوسادة. يمكن استخدام مقياس الاستواء لقياس سطح لوحة الدوائر المطبوعة لضمان استيفاء استوائها للمتطلبات.

على سبيل المثال، بالنسبة للوحة الدوائر المطبوعة العادية، يجب أن يكون استواء السطح أقل من ± 0.1 مم. بالنسبة للوحة الدوائر المطبوعة عالية الدقة، فإن متطلبات الاستواء تكون أعلى، وقد تكون ضمن ± 0.05 مم.

النظافة

يجب الحفاظ على نظافة لوحة الدوائر المطبوعة، ولا يجب أن يكون هناك بقايا زيت أو غبار أو خبث لحام أو شوائب أخرى في الفتحة الموصلة على الوسادة. يمكن فحص نظافة الفتحة الموصلة على الوسادة عن طريق الفحص البصري أو الملاحظة المجهرية.

إذا كانت هناك شوائب في الفتحة الموصلة على الوسادة، فقد تؤثر على موثوقية التوصيل الكهربائي، بل وقد تسبب أعطالاً مثل القصر الكهربائي.

يجب أن تكون الفتحة الموصلة على الوسادة على لوحة الدوائر المطبوعة محددة بوضوح للإنتاج والصيانة. يجب أن تتضمن التعريف رقم الفتحة، واسم الشبكة، وحجم الفتحة وغيرها من المعلومات.

يمكن إجراء التعريف بواسطة وسائل مثل الطباعة الحريرية، أو النقش بالليزر، وما إلى ذلك، ويجب التأكد من أن العلامة واضحة، وثابتة، وغير قابلة للتآكل أو السقوط بسهولة.

5. معيار IPC-6012D أو IPC 4671 VII للفتحة على الوسادة،

التصاق الطلاء المعدني بحشوة الفتحة ووسادة النحاس. سمك النحاس. الاستواء بين مادة الحشو وسطح النحاس. عدم تطابق معامل التمدد الحراري بين مادة الحشو والتعدين مما يؤدي إلى فجوة هوائية (انكماش مادة الحشو). قد يؤدي الحشو غير الكامل للفتحة (أقل من 100%) إلى غطاء معدني رقيق جدًا أو انبعاج يمكن أن يتسبب أيضًا في احتباس الهواء مما يؤدي إلى فراغات في وصلات لحام BGA. الثقوب الدبوسية في الطلاءات المعدنية تؤدي إلى مناطق غير قابلة للحام في الأرضية حيث تكون الفتحة المغطاة مخصصة لوصلة لحام BGA. انخفاض حجم اللحام هو أيضًا مصدر قلق مع الانبعاجات.

أ: الحالة المثالية: بدون انبعاج أو نتوء.

ب: مع انبعاج أو نتوء.