Importanza e Standard della Tecnologia Via on PAD per Circuito Stampato

Perché il PCB Necessita del Design Via on PAD

Nella progettazione del circuito stampato (PCB), il design Via on PAD è un metodo progettuale speciale, che svolge principalmente le seguenti funzioni:

1. Soddisfare i requisiti di cablaggio ad alta densità

Aumentare lo spazio per il cablaggio

Con lo sviluppo della miniaturizzazione e multifunzionalità dei prodotti elettronici, la densità dei componenti elettronici sul PCB sta diventando sempre più alta e lo spazio per il cablaggio diventa estremamente limitato.

Il design Via on PAD può realizzare la connessione elettrica tra diversi strati impostando vias sul pad nello spazio piano limitato, fornendo così più opzioni di percorso per il cablaggio e aumentando efficacemente lo spazio disponibile.

Ad esempio, nella progettazione della scheda madre di alcuni smartphone di fascia alta, a causa dell'integrazione di molti moduli funzionali, la densità dei componenti è molto elevata, e l'uso del design Via on PAD può soddisfare i complessi requisiti di cablaggio senza aumentare le dimensioni del PCB.

Realizzare connessioni di circuito complesse

In alcuni progetti di circuito complessi, potrebbe essere necessario realizzare la connessione tra più reti diverse, ma il metodo di cablaggio tradizionale potrebbe non soddisfare i requisiti.

Il design Via on PAD può collegare reti diverse impostando vias su nodi chiave per realizzare funzioni di circuito complesse.

Ad esempio, nei circuiti digitali ad alta velocità, per garantire l'integrità del segnale, è necessario controllare rigorosamente l'impedenza del segnale. Attraverso il design del Via on PAD, è possibile introdurre un via di messa a terra in una posizione specifica per realizzare il cambio del piano di riferimento del segnale, regolando così l'impedenza del segnale e soddisfacendo i requisiti della trasmissione del segnale ad alta velocità.

2. Migliorare le prestazioni elettriche

Ridurre l'impedenza di trasmissione del segnale

Quando il segnale viaggia sul PCB, la discontinuità dell'impedenza porta a problemi come riflessione e attenuazione del segnale, influenzandone la qualità.

Il design Via on PAD può ridurre la discontinuità dell'impedenza sul percorso di trasmissione del segnale ottimizzando la posizione, le dimensioni e la forma del foro passante, riducendo così l'impedenza di trasmissione del segnale e migliorandone l'integrità.

Ad esempio, nella trasmissione di segnali differenziali ad alta velocità, progettando razionalmente la posizione e la spaziatura dei fori sui pad, è possibile ottenere una migliore corrispondenza dell'impedenza della coppia differenziale, ridurre il diafonia tra i segnali differenziali e migliorare la qualità di trasmissione del segnale.

Ridurre le interferenze elettromagnetiche

Nei prodotti elettronici, l'interferenza elettromagnetica è un problema comune, che può influenzare il normale funzionamento del circuito.

Il design Via on PAD può ridurre l'impatto delle interferenze elettromagnetiche isolando i segnali sensibili dalle fonti di disturbo.

Ad esempio, in un PCB dove coesistono circuiti analogici e digitali, è possibile impostare un Via on PAD tra la massa analogica e quella digitale per realizzare la separazione dei piani di massa e ridurre l'interferenza dei circuiti digitali su quelli analogici.

3. Migliorare le prestazioni di raffreddamento

Fornire un canale di dissipazione del calore

Con l'aumentare della densità di potenza dei componenti elettronici, la dissipazione del calore è diventata uno dei fattori chiave che influenzano l'affidabilità dei prodotti elettronici.

Il design Via on PAD può formare un canale di dissipazione del calore sul PCB per trasferire il calore dall'elemento riscaldante allo strato di dissipazione o al radiatore esterno, migliorando così l'efficienza di raffreddamento.

Ad esempio, nella progettazione PCB delle apparecchiature di illuminazione a LED ad alta potenza, impostando Via on PAD sul pad del LED, il calore generato dal LED può essere rapidamente trasmesso allo strato di dissipazione termica del PCB, riducendo la temperatura di lavoro del LED e migliorandone l'affidabilità e la durata.

Distribuzione uniforme della dissipazione del calore

Su alcuni PCB di grandi dimensioni, se la dissipazione del calore non è uniforme, potrebbe portare a temperature locali eccessive, influenzando le prestazioni e la durata dei componenti elettronici.

Il design Via on PAD può distribuire il calore in modo più uniforme sul PCB distribuendo razionalmente i fori passanti, evitando il problema del surriscaldamento locale.

Ad esempio, nella progettazione di PCB di grandi dimensioni come le schede madri dei server, vengono solitamente utilizzati un gran numero di Via on PAD per ottimizzare le prestazioni di dissipazione del calore e garantire che la temperatura dell'intera scheda madre rimanga entro un intervallo di sicurezza.

4. Adattarsi a requisiti di imballaggio speciali

Soddisfare forme di imballaggio come BGA

L'imballaggio a griglia di sfere (BGA) è una forma comune di imballaggio per circuiti integrati, con un gran numero di pin e spaziatura ridotta, che richiede elevate specifiche per la progettazione del PCB.

Il design Via on PAD può fornire una buona connessione elettrica e canali di dissipazione del calore per i chip imballati in BGA, soddisfacendo i requisiti di alta densità e alte prestazioni.

Ad esempio, nella progettazione di alcune schede madri e schede grafiche per computer ad alte prestazioni, i chip imballati in BGA sono ampiamente utilizzati, e il design Via on PAD diventa una parte essenziale.

Supportare l'installazione di componenti speciali

In alcuni scenari applicativi speciali, potrebbe essere necessario installare componenti elettronici con forme o dimensioni particolari, mentre la progettazione tradizionale del PCB potrebbe non soddisfare i requisiti.

Il design Via on PAD può essere personalizzato in base alle esigenze di installazione dei componenti speciali, fornendo una connessione e fissaggio affidabili per questi componenti.

Ad esempio, in alcune apparecchiature di controllo industriale, potrebbe essere necessario installare grandi dissipatori di calore o componenti induttivi. Impostando Via on PAD sul PCB, questi componenti possono essere installati saldamente e ben collegati.

Qual è lo standard Via on PAD, per favore?

Lo standard accettabile per il design Via on PAD include principalmente i seguenti aspetti:

1. Prestazioni elettriche

Continuità

Via on PAD deve garantire una buona continuità elettrica. Possiamo testare il valore di resistenza con un multimetro o un tester di continuità speciale. Il valore di resistenza deve soddisfare il nostro valore di progettazione.

Ad esempio, per circuiti digitali ordinari, la resistenza di accensione del Via on PAD dovrebbe essere inferiore a 50 milliohm; per circuiti analogici ad alta precisione o linee di trasmissione di segnali ad alta velocità, la resistenza di accensione richiesta è inferiore, possibilmente meno di 10 milliohm.

Controllo dell'impedenza

Per circuiti digitali ad alta velocità e circuiti RF, l'impedenza del Via on PAD deve soddisfare i requisiti di progettazione. Generalmente utilizziamo apparecchiature di impedenza per testare il valore di impedenza, per assicurarci che la qualità del Via on PAD sia sotto il nostro controllo, il valore di impedenza deve rientrare nell'intervallo di tolleranza specificato.

Ad esempio, per una linea di trasmissione da 50 ohm, l'impedenza del Via on PAD dovrebbe essere controllata tra 45 e 55 ohm.

Integrità del segnale

Attraverso il test di integrità del segnale, viene valutato l'impatto del Via on PAD sulla trasmissione del segnale.

Possiamo controllare la forma d'onda, l'ampiezza, il tempo di salita, il tempo di discesa e altri parametri del segnale utilizzando dispositivi come oscillografi e analizzatori di rete, in modo da garantire che non ci siano distorsioni, attenuazioni o riflessioni evidenti quando il segnale passa attraverso il Via on PAD.

Ad esempio, per segnali digitali ad alta velocità, è richiesto che il tempo di salita e di discesa del segnale non cambi più del 10% dopo aver attraversato il foro sul pad; per segnali RF, il coefficiente di riflessione deve essere inferiore a -15db.

2. Proprietà meccaniche

Qualità della parete del foro

La parete del foro del Via sul PAD deve essere liscia, priva di crepe e sbavature. La parete del foro può essere osservata al microscopio o al microscopio elettronico per verificare la presenza di difetti.

La rugosità della parete del foro deve soddisfare i requisiti. Generalmente, la rugosità deve essere inferiore a 5 μm. Una parete del foro rugosa influenzerà l'affidabilità della connessione elettrica e potrebbe causare problemi di trasmissione del segnale.

Precisione del diametro del foro

Il diametro del Via sul PAD deve soddisfare i requisiti di progettazione e la tolleranza è solitamente entro ± 0,05 mm. È necessario misurare il diametro del via con dispositivi a raggi X o a microsezione per garantire che il diametro rientri nell'intervallo specificato.

La posizione del Via sul PAD deve essere precisa e la deviazione dal disegno di progettazione deve rientrare nell'intervallo di tolleranza specificato. È possibile utilizzare uno strumento di misurazione delle coordinate o apparecchiature di rilevamento ottico per misurare la posizione del Via sul PAD, garantendo che la sua precisione di posizionamento soddisfi i requisiti.

Ad esempio, per un progetto PCB ad alta precisione, la deviazione di posizione del Via sul PAD dovrebbe essere inferiore a ± 0,05 mm. Una deviazione di posizione eccessiva potrebbe influenzare il layout del circuito e l'affidabilità della connessione elettrica.

3. Affidabilità

Test di shock termico

Il PCB viene testato con un test di shock termico per simulare la variazione di temperatura dei prodotti elettronici nel processo di utilizzo effettivo. Attraverso ripetuti impatti ad alta e bassa temperatura, si verifica se il Via sul PAD presenta fenomeni di crepe, delaminazione, distacco, ecc.

Ad esempio, posizionare il PCB nell'intervallo di temperatura da -55 °C a 125 °C per 1000 cicli di test di shock termico, e il foro nel pad non deve presentare alcun danno.

Test di vibrazione

Il PCB viene sottoposto a test di vibrazione per simulare l'ambiente vibratorio dei prodotti elettronici durante il trasporto e l'uso. È necessario verificare se il Via sul PAD si è allentato o rotto dopo aver applicato vibrazioni di una certa frequenza e ampiezza.

Ad esempio, si esegue un test di vibrazione casuale con una frequenza di 5-500 Hz e un'accelerazione di 5g. La durata è di 2 ore e il Via sul PAD non deve subire alcun danno.

Test di saldabilità

Eseguire un test di saldabilità sul Via sul PAD per verificarne le prestazioni durante il processo di saldatura. Immergere il PCB nella vasca di stagno per far sì che il Via sul PAD entri in contatto con la lega di saldatura, e osservare se la lega bagna bene la parete del foro formando uno strato di saldatura uniforme.

Ad esempio, è richiesto che l'altezza di risalita della lega di saldatura nel Via sul PAD sia almeno il 75% della profondità del foro, e la superficie della saldatura deve essere liscia, priva di pori, microfori e altri difetti.

4. Ispezione dell'aspetto

Pianità

La superficie del PCB deve essere piatta e non devono esserci rigonfiamenti o depressioni evidenti attorno al Via sul PAD. È possibile utilizzare un misuratore di planarità per misurare la superficie del PCB, garantendo che la sua planarità soddisfi i requisiti.

Ad esempio, per un PCB ordinario, la planarità superficiale dovrebbe essere inferiore a ± 0,1 mm. Per PCB ad alta precisione, la planarità richiesta è maggiore, potendo essere entro ± 0,05 mm.

Pulizia

Il PCB deve essere mantenuto pulito e non devono essere presenti residui di olio, polvere, scorie di saldatura o altre impurità nel Via sul PAD. La pulizia del Via sul PAD può essere verificata mediante ispezione visiva o osservazione microscopica.

Se sono presenti impurità nel Via sul PAD, ciò potrebbe influenzare l'affidabilità della connessione elettrica e persino causare guasti come cortocircuiti.

Il Via sul PAD sul PCB deve essere chiaramente identificato per la produzione e la manutenzione. L'identificazione deve includere il numero del foro, il nome della rete, le dimensioni del foro e altre informazioni.

L'identificazione può essere eseguita mediante serigrafia, marcatura laser, ecc., e deve essere garantito che l'identificazione sia chiara, resistente e non facile da consumare o staccare.

5. Standard IPC-6012D o IPC 4671 VII per Via su PAD,

Adesione del rivestimento metallizzato al riempimento del via e al pad di rame. Spessore del rame. La planarità tra il materiale di riempimento e la superficie di rame. Disadattamento del CTE tra il materiale di riempimento e la metallizzazione che provoca un'intercapedine d'aria (ritiro del materiale di riempimento). Un riempimento del via inferiore al 100% può risultare in un cappuccio metallizzato troppo sottile o in un avvallamento che può anche causare aria intrappolata, generando vuoti nei giunti di saldatura BGA. I forellini nei rivestimenti metallizzati creano zone non saldabili su una piazzola dove il via incappucciato è destinato a un giunto di saldatura BGA. Anche il volume ridotto di saldatura è un problema con gli avvallamenti.

A: Situazione ideale: senza avvallamento o rigonfiamento.

B: Con avvallamento o rigonfiamento.