Miért van szükség a NYÁK-on a padon átmenő lyukak kialakítására?

A nyomtatott áramköri lap (NYÁK) tervezésében a padon átmenő lyuk (Via on PAD) kialakítása egy speciális tervezési módszer, amelynek főként a következő funkciói vannak:

1. Kielégíti a nagy sűrűségű vezeték-elvezetés követelményeit

Növeli a vezetékelhelyezési teret

Az elektronikai termékek miniatürizálódásával és multifunkcionalitásával a NYÁK-on lévő elektronikai alkatrészek sűrűsége egyre nagyobb, és a vezeték-elvezetési tér rendkívül korlátozottá válik.

A padon átmenő lyuk kialakítással a korlátozott síkbeli térben, a padon átmenő lyukak beállításával megvalósítható az elektromos kapcsolat a különböző rétegek között, így több útvonal-választási lehetőséget biztosítva a vezeték-elvezetés számára, és hatékonyan növelve a vezetékelhelyezési teret.

Például, néhány high-end okostelefon alaplapjának tervezésében, számos funkcionális modul integrálása miatt az alkatrészsűrűség nagyon magas, és a padon átmenő lyuk kialakítás használata kielégítheti az összetett vezeték-elvezetési követelményeket a NYÁK méretének növelése nélkül.

Összetett áramköri kapcsolatok megvalósítása

Egyes összetett áramkör-tervekben szükség lehet több különböző hálózat közötti kapcsolat megvalósítására, de a hagyományos vezeték-elvezetési módszer nem biztos, hogy megfelel a követelményeknek.

A padon átmenő lyuk kialakítás a kulcsfontosságú csomópontokon átmenő lyukak beállításával kapcsolhat össze különböző hálózatokat, ezzel megvalósítva az összetett áramköri funkciókat.

Például, nagysebességű digitális áramkörökben, a jel integritásának biztosítása érdekében szigorúan szabályozni kell a jel impedanciáját. A padon átmenő lyuk kialakítással egy meghatározott pozícióban bevezethető egy földelési átmenő lyuk, hogy megvalósítsa a jel referencia-síkjának váltását, ezáltal beállítva a jel impedanciáját, és kielégítve a nagysebességű jelátvitel követelményeit.

2. Javítja az elektromos teljesítményt

Csökkenti a jelátviteli impedanciát

Amikor a jel a NYÁK-on halad, az impedancia folytonosságának megszakadása olyan problémákhoz vezethet, mint a jelvisszaverődés és csillapítás, ami befolyásolja a jel minőségét.

A padon átmenő lyuk kialakítás optimalizálással az átmenő lyuk pozícióját, méretét és alakját, csökkentheti az impedancia-folytonosság megszakadását a jelátviteli útvonalon, ezáltal csökkentve a jelátviteli impedanciát és javítva a jel integritását.

Például, nagysebességű differenciális jelátvitelnél, a padon lévő lyukak pozíciójának és távolságának ésszerű tervezésével a differenciálpár impedanciája jobban illeszthető, csökkenthető a differenciális jelek közötti átcsúszás, és javítható a jel átviteli minősége.

Csökkenti az elektromágneses interferenciát

Az elektronikai termékekben az elektromágneses interferencia gyakori probléma, amely befolyásolja az áramkör normális működését.

A padon átmenő lyuk kialakítás az érzékeny jelek és az interferenciaforrások elkülönítésével csökkentheti az elektromágneses interferencia hatását.

Például, egy analóg és digitális áramkörök együtt létező NYÁK-ján, beállítható egy padon átmenő lyuk az analóg föld és a digitális föld között, hogy megvalósítsa a földsík felosztását, és csökkentse a digitális áramkörök analóg áramkörökre gyakorolt interferenciáját.

3. Javítja a hűtési teljesítményt

Hűtési csatornát biztosít

Az elektronikai alkatrészek teljesítménysűrűségének növekedésével a hőelvezetés kulcsfontosságú tényezővé vált az elektronikai termékek megbízhatóságát befolyásoló tényezők között.

A padon átmenő lyuk kialakítás hőelvezetési csatornát képezhet a NYÁK-on, hogy a hőt a fűtőelemtől a hűtőrétegbe vagy külső hűtőtestbe juttassa, ezzel javítva a hőelvezetés hatékonyságát.

Például a nagy teljesítményű LED világítótestek NYÁK-tervezésében, a LED érintkezőfelületén elhelyezett PAD-on átmenő furat beállításával a LED által termelt hő gyorsan átvihető a NYÁK hőelvezető rétegébe, csökkentve a LED működési hőmérsékletét és javítva annak megbízhatóságát és élettartamát.

Egyenletes hőeloszlás

Néhány nagy felületű NYÁK-on, ha a hőelvezetés egyenetlen, az helyi túlmelegedéshez vezethet, befolyásolva az elektronikai alkatrészek teljesítményét és élettartamát.

A PAD-on átmenő furat tervezés a furatok racionális elosztásával egyenletesebb hőeloszlást érhet el a NYÁK-on, elkerülve a helyi túlmelegedés problémáját.

Például a szerver alaplapokhoz hasonló nagy NYÁK-ok tervezésében általában nagy számú PAD-on átmenő furatot alkalmaznak a hőelvezetési teljesítmény optimalizálására, biztosítva, hogy a teljes alaplap hőmérséklete a biztonságos tartományon belül maradjon.

4. Különleges csomagolási követelményekhez való alkalmazkodás

BGA és egyéb csomagolási formák kielégítése

A gömbrácsos elrendezésű (BGA) csomagolás az integrált áramkörök egy gyakori csomagolási formája, amely nagy számú érintkezővel és kis távolsággal rendelkezik, és magas követelményeket támaszt a NYÁK-tervezéssel szemben.

A PAD-on átmenő furat tervezés jó elektromos csatlakozást és hőelvezetési csatornát biztosíthat a BGA csomagolású chipek számára, és megfelel a nagy sűrűségű és nagy teljesítményű követelményeknek.

Például néhány nagy teljesítményű számítógép alaplap és grafikus kártya tervezésében széles körben alkalmazzák a BGA csomagolású chipeket, és a PAD-on átmenő furat tervezése elengedhetetlen részévé válik.

Különleges alkatrészek felszerelésének támogatása

Néhány speciális alkalmazási helyzetben speciális alakú vagy méretű elektronikai alkatrészek felszerelése lehet szükséges, míg a hagyományos NYÁK-tervezés nem feltétlenül felel meg ezeknek a követelményeknek.

A PAD-on átmenő furat tervezés a speciális alkatrészek felszerelési követelményei szerint testreszabható, megbízható csatlakozást és rögzítést biztosítva a speciális alkatrészek számára.

Például néhány ipari vezérlőberendezésben szükség lehet nagy hűtőborda vagy induktív alkatrészek felszerelésére. A NYÁK-on elhelyezett PAD-on átmenő furatok beállításával ezek az alkatrészek biztonságosan felszerelhetők és jó kapcsolatot biztosíthatnak.

Mi a PAD-on átmenő furat szabványa?

A PAD-on átmenő furat tervezés elfogadható szabványa főként a következő szempontokat foglalja magában:

1. Elektromos teljesítmény

Folytonosság

A PAD-on átmenő furatnak jó elektromos folytonosságot kell biztosítania. Ellenállásértékét multiméterrel vagy speciális folytonosság tesztelővel mérhetjük. Az ellenállásértéknek meg kell felelnie tervezési értékünknek.

Például közönséges digitális áramkörök esetén a PAD-on átmenő furat átmeneti ellenállásának kevesebbnek kell lennie 50 millióhmnál; nagy pontosságú analóg áramkörök vagy nagysebességű jelátviteli vonalak esetén az átmeneti ellenállás még alacsonyabb, akár 10 millióhm alatti is lehet.

Impedancia szabályozás

Nagysebességű digitális áramkörök és RF áramkörök esetén a PAD-on átmenő furat impedanciájának meg kell felelnie a tervezési követelményeknek. Általában impedancia mérő berendezéssel teszteljük az impedancia értéket, hogy biztosítsuk a PAD-on átmenő furat minőségét, az impedancia értéknek a meghatározott tűréshatáron belül kell maradnia.

Például egy 50 ohmos átviteli vonal esetén a PAD-on átmenő furat impedanciáját 45 és 55 ohm között kell tartani.

Jelintegritás

A jelintegritás tesztelésével értékeljük a PAD-on átmenő furat hatását a jelátvitelre.

Oszcilloszkóppal, hálózatanalizátorral és egyéb eszközökkel ellenőrizhetjük a jel hullámformáját, amplitúdóját, emelkedési idejét, esési idejét és egyéb paramétereit, biztosítva, hogy a jel PAD-on átmenő furaton való áthaladásakor ne legyen észrevehető torzulás, csillapítás vagy visszaverődés.

Például nagysebességű digitális jelek esetén megkövetelik, hogy a jel emelkedési és esési ideje a PAD-on átmenő furaton való áthaladás után legfeljebb 10%-kal változzon; RF jelek esetén a visszaverődési tényezőt -15 dB alatt kell tartani.

2. Mechanikai tulajdonságok

Falfelület minősége

A NYÁK-on lévő PAD-en található átmenő furat fala sima legyen, repedések és szálkák mentes. A falfelületet mikroszkóppal vagy elektronmikroszkóppal lehet megfigyelni a hibák ellenőrzésére.

A falfelület érdességének meg kell felelnie az előírásoknak. Általában az érdességnek 5 μm alatt kell lennie. Érdesség a falfelületen befolyásolhatja az elektromos kapcsolat megbízhatóságát és jelek továbbítási problémákat okozhat.

Furatátmérő pontossága

A NYÁK-on lévő PAD-en található átmenő furat átmérőjének meg kell felelnie a tervezési követelményeknek, a tűrés általában ± 0,05 mm-en belül van. Az átmenő furat átmérőjét röntgen- vagy mikrometszet eszközökkel kell mérni, hogy biztosítsuk az átmérőt a meghatározott tartományon belül.

A NYÁK-on lévő PAD-en található átmenő furat helyének pontosnak kell lennie, és az eltérése a tervezési rajztól a meghatározott tűréstartományon belül kell legyen. Koordináta mérőműszer vagy optikai érzékelő berendezés használható a NYÁK-on lévő PAD-en található átmenő furat helyének mérésére, annak érdekében, hogy a helyzeti pontosság megfeleljen a követelményeknek.

Például, nagy pontosságú NYÁK tervezés esetén a PAD-en lévő átmenő furat helyzeti eltérése kevesebb legyen, mint ± 0,05 mm. Túllépő helyzeti eltérés befolyásolhatja az áramkör elrendezését és az elektromos kapcsolat megbízhatóságát.

3. Megbízhatóság

Hőciklus teszt

A NYÁK-ot hőciklus teszttel vizsgálják, hogy szimulálják az elektronikus termékek hőmérséklet-változását a tényleges használati folyamat során. Ismétlődő magas- és alacsony hőmérsékletű hatásokon keresztül ellenőrzik, hogy a PAD-en lévő átmenő furat mutat-e repedést, rétegválást, leváltást vagy egyéb jelenségeket.

Például, a NYÁK-ot -55 °C és 125 °C közötti hőmérsékleti tartományban helyezik el 1000 ciklus hőciklus tesztre, és a PAD-en lévő furatnak minden károsodástól mentesnek kell lennie.

Rezgés teszt

A NYÁK-ot rezgésvizsgálatnak vetik alá, hogy szimulálják az elektronikus termékek rezgési környezetét szállítás és használat során. Ellenőrizni kell, hogy a PAD-en lévő átmenő furat lazult-e vagy tört-e meg egy bizonyos frekvencia és amplitúdójú rezgés alkalmazása után.

Például, véletlenszerű rezgésvizsgálatot végeznek 5-500 Hz frekvenciával és 5g gyorsulással. Az időtartam 2 óra, és a PAD-en lévő átmenő furatnak minden károsodástól mentesnek kell lennie.

Forraszthatósági teszt

Forraszthatósági vizsgálatot végeznek a PAD-en lévő átmenő furaton, hogy ellenőrizzék annak teljesítményét a forrasztási folyamat során. A NYÁK-ot ónforróba merítik, hogy a PAD-en lévő átmenő furat érintkezzen a forrasztóanyaggal, és megfigyelik, hogy a forrasztóanyag jól nedvesíti-e a furat falát egyenletes forrasztóréteg kialakításához.

Például, előírás, hogy a forrasztóanyag felmászási magassága a PAD-en lévő átmenő furatban legalább a furat mélységének 75%-a legyen, és a forrasztóanyag felülete sima legyen, pórusok, tűlyukak és egyéb hibák nélkül.

4. Megjelenés vizsgálat

Síkság

A NYÁK felülete sík legyen, és a PAD-en lévő átmenő furat környékén ne legyen észrevehető kidudorodás vagy bemélyedés. Síkságmérővel lehet mérni a NYÁK felületét, hogy biztosítsák a síksági követelmények teljesülését.

Például, hétköznapi NYÁK esetén a felületi síkságnak ± 0,1 mm-nél kisebbnek kell lennie. Nagy pontosságú NYÁK esetén a síkság követelmény magasabb, ami ± 0,05 mm-en belül lehet.

Tisztaság

A NYÁK tisztán kell legyen tartva, és a PAD-en lévő átmenő furatban ne maradjon olaj, por, forrasztsalak vagy egyéb szennyeződés. A PAD-en lévő átmenő furat tisztaságát vizuális ellenőrzéssel vagy mikroszkópos megfigyeléssel lehet ellenőrizni.

Ha szennyeződések vannak a PAD-en lévő átmenő furatban, az befolyásolhatja az elektromos kapcsolat megbízhatóságát, sőt akár rövidzárlatot okozó hibákat is.

A NYÁK-on lévő PAD-en található átmenő furatot egyértelműen fel kell tüntetni a gyártás és karbantartás érdekében. A jelölés tartalmazza a furatszámot, hálózatnevet, furatméreteket és egyéb információkat.

A jelölést selyemnyomással, lézeres jelöléssel stb. lehet elvégezni, és biztosítani kell, hogy a jelölés világos, tartós és ne kopjon vagy váljon le könnyen.

5. IPC-6012D vagy IPC 4671 VII szabvány a Via on PAD-hez,

A metallizált bevonat tapadása a via kitöltéshez és a rézpádhoz. Rézvastagság. A kitöltőanyag és a rézfelület közötti planaritás. A kitöltőanyag és a metallizáció közötti CTE eltérés légrést okoz (a kitöltőanyag zsugorodása). A 100%-nál kisebb via kitöltés túl vékony metallizált kupakot vagy bemélyedést eredményezhet, ami szintén légzárványhoz vezethet, és üregeket okozhat a BGA forrasztási pontokban. A metallizált bevonatokban lévő tűlyukak forraszthatatlan területeket eredményeznek a padon, ahol a kupakos via BGA forrasztási pontként szolgál. A csökkentett forrasz mennyiség szintén aggodalomra ad okot a bemélyedések esetén.

A: Ideális helyzet: bemélyedés vagy dudor nélkül.

B: Bemélyedéssel vagy dudorral.