A Importância e Padrão da Tecnologia Via on PAD para Placa de Circuito Impresso

Por que a PCB Precisa do Design Via on PAD

No design da placa de circuito impresso (PCB), o design Via on PAD é um método de design especial, que possui principalmente as seguintes funções:

1. Atender aos requisitos de alta densidade de cabeamento

Aumentar o espaço de cabeamento

Com o desenvolvimento da miniaturização e multifuncionalidade dos produtos eletrônicos, a densidade dos componentes eletrônicos na PCB está cada vez maior, e o espaço para cabeamento torna-se extremamente limitado.

O design Via on PAD pode realizar a conexão elétrica entre diferentes camadas, definindo vias no pad dentro do espaço plano limitado, fornecendo assim mais opções de caminho para o cabeamento e aumentando efetivamente o espaço disponível.

Por exemplo, no design da placa-mãe de alguns smartphones de alta gama, devido à integração de muitos módulos funcionais, a densidade de componentes é muito alta, e o uso do design Via on PAD pode atender aos complexos requisitos de cabeamento sem aumentar o tamanho da PCB.

Realizar conexões de circuito complexas

Em alguns designs de circuito complexos, pode ser necessário realizar a conexão entre múltiplas redes diferentes, mas o método de cabeamento tradicional pode não atender aos requisitos.

O design Via on PAD pode conectar diferentes redes definindo vias em nós-chave, realizando assim funções de circuito complexas.

Por exemplo, em circuitos digitais de alta velocidade, para garantir a integridade do sinal, é necessário controlar estritamente a impedância do sinal. Através do design do Via on PAD, uma via de aterramento pode ser introduzida em uma posição específica para realizar a troca do plano de referência do sinal, ajustando assim a impedância do sinal e atendendo aos requisitos da transmissão de sinal de alta velocidade.

2. Melhorar o desempenho elétrico

Reduzir a impedância de transmissão do sinal

Quando o sinal é transmitido na PCB, a descontinuidade da impedância levará a problemas como reflexão e atenuação do sinal, afetando sua qualidade.

O design Via on PAD pode reduzir a descontinuidade de impedância no caminho de transmissão do sinal, otimizando a posição, o tamanho e a forma da via, reduzindo assim a impedância de transmissão do sinal e melhorando sua integridade.

Por exemplo, na transmissão de sinais diferenciais de alta velocidade, projetando racionalmente a posição e o espaçamento das vias nos pads, a impedância do par diferencial pode ser melhor casada, reduzindo a diafonia entre os sinais diferenciais e melhorando a qualidade de transmissão do sinal.

Reduzir a interferência eletromagnética

Em produtos eletrônicos, a interferência eletromagnética é um problema comum, que afetará o funcionamento normal do circuito.

O design Via on PAD pode reduzir o impacto da interferência eletromagnética isolando sinais sensíveis das fontes de interferência.

Por exemplo, em uma PCB onde coexistem circuitos analógicos e digitais, um Via on PAD pode ser definido entre o terra analógico e o terra digital para realizar a divisão do plano de terra e reduzir a interferência dos circuitos digitais nos circuitos analógicos.

3. Melhorar o desempenho de resfriamento

Fornecer canal de resfriamento

Com a crescente densidade de potência dos componentes eletrônicos, a dissipação de calor tornou-se um dos fatores-chave que afetam a confiabilidade dos produtos eletrônicos.

O design Via on PAD pode formar um canal de dissipação de calor na PCB, transferindo o calor do componente que aquece para a camada de dissipação ou para um radiador externo, melhorando a eficiência do resfriamento.

Por exemplo, no projeto de PCB de luminárias LED de alta potência, ao configurar Via no PAD sobre o terminal do LED, o calor gerado pelo LED pode ser rapidamente transmitido para a camada de dissipação de calor do PCB, reduzindo a temperatura de operação do LED e melhorando sua confiabilidade e vida útil.

Distribuição uniforme de dissipação de calor

Em alguns PCBs de grande área, se a dissipação de calor for desigual, pode levar a temperaturas locais excessivas, afetando o desempenho e a vida útil dos componentes eletrônicos.

O design Via no PAD pode fazer com que o calor seja distribuído de forma mais uniforme no PCB, através da distribuição racional das vias, evitando o problema de superaquecimento local.

Por exemplo, no design de PCBs grandes, como placas-mãe de servidores, geralmente se utiliza uma grande quantidade de Via no PAD para otimizar o desempenho de dissipação de calor e garantir que a temperatura de toda a placa-mãe permaneça dentro de uma faixa segura.

4. Adaptar-se a requisitos especiais de encapsulamento

Atender a formas de encapsulamento como BGA

O encapsulamento em matriz de esferas (BGA) é uma forma comum de encapsulamento de circuitos integrados, com um grande número de pinos e pequeno espaçamento, o que impõe altas exigências ao projeto do PCB.

O design Via no PAD pode fornecer uma boa conexão elétrica e canal de dissipação de calor para chips encapsulados em BGA, atendendo aos requisitos de alta densidade e alto desempenho.

Por exemplo, no projeto de algumas placas-mãe e placas de vídeo de computadores de alto desempenho, chips encapsulados em BGA são amplamente utilizados, e o design Via no PAD torna-se uma parte essencial.

Suportar a instalação de componentes especiais

Em alguns cenários de aplicação especiais, pode ser necessário instalar alguns componentes eletrônicos com formas ou tamanhos especiais, enquanto o projeto tradicional de PCB pode não atender aos requisitos.

O design Via no PAD pode ser personalizado de acordo com os requisitos de instalação de componentes especiais, para fornecer conexão e fixação confiáveis para esses componentes.

Por exemplo, em alguns equipamentos de controle industrial, pode ser necessário instalar alguns dissipadores de calor grandes ou componentes indutivos. Ao configurar Via no PAD no PCB, esses componentes podem ser firmemente instalados e bem conectados.

O que é o Padrão Via no PAD, por favor?

O padrão aceitável para o design Via no PAD inclui principalmente os seguintes aspectos:

1. Desempenho elétrico

Continuidade

O Via no PAD deve garantir boa continuidade elétrica. Podemos testar o valor de resistência com um multímetro ou um testador de continuidade especial. O valor de resistência deve atender ao nosso valor de projeto.

Por exemplo, para circuitos digitais comuns, a resistência de condução do Via no PAD deve ser inferior a 50 miliohms; para circuitos analógicos de alta precisão ou linhas de transmissão de sinal de alta velocidade, exige-se que a resistência de condução seja ainda menor, possivelmente inferior a 10 miliohms.

Controle de impedância

Para circuitos digitais de alta velocidade e circuitos de RF, a impedância do Via no PAD deve atender aos requisitos de projeto. Geralmente utilizamos equipamentos de impedância para testar o valor de impedância, para garantir que a qualidade do Via no PAD esteja sob nosso controle, o valor de impedância deve estar dentro da faixa de tolerância especificada.

Por exemplo, para uma linha de transmissão de 50 ohms, a impedância do Via no PAD deve ser controlada entre 45 e 55 ohms.

Integridade do sinal

Através do teste de integridade do sinal, avalia-se a influência do Via no PAD na transmissão do sinal.

Podemos verificar a forma de onda, amplitude, tempo de subida, tempo de descida e outros parâmetros do sinal utilizando dispositivos como osciloscópio e analisador de redes, para garantir que não haja distorção, atenuação ou reflexão significativa quando o sinal passa pelo Via no PAD.

Por exemplo, para sinais digitais de alta velocidade, exige-se que o tempo de subida e descida do sinal não mude mais de 10% após passar pelo furo no terminal; para sinais de RF, exige-se que o coeficiente de reflexão seja inferior a -15dB.

2. Propriedades mecânicas

Qualidade da parede do furo

A parede do furo do Via no PAD deve ser lisa, sem rachaduras e rebarbas. A parede do furo pode ser observada com um microscópio ou microscópio eletrônico para verificar defeitos.

A rugosidade da parede do furo deve atender aos requisitos. Geralmente, a rugosidade deve ser inferior a 5 μm. A parede do furo rugosa afetará a confiabilidade da conexão elétrica e pode causar problemas de transmissão de sinal.

Precisão do diâmetro do furo

O diâmetro do Via no PAD deve atender aos requisitos de projeto, e a tolerância geralmente está dentro de ± 0,05 mm. Precisamos medir o diâmetro do via com dispositivos de raio-X ou microseccionamento, para garantir que o diâmetro do via esteja dentro do intervalo especificado.

A posição do Via no PAD deve ser precisa, e o desvio em relação ao desenho de projeto deve estar dentro do intervalo de tolerância especificado. Instrumento de medição por coordenadas ou equipamento de detecção óptica pode ser usado para medir a posição do Via no PAD, garantindo que sua precisão de posição atenda aos requisitos.

Por exemplo, para projetos de PCB de alta precisão, o desvio de posição do Via no PAD deve ser inferior a ± 0,05 mm. Desvio de posição excessivo pode afetar o layout do circuito e a confiabilidade da conexão elétrica.

3. Confiabilidade

Teste de choque térmico

A PCB é testada por teste de choque térmico para simular a variação de temperatura dos produtos eletrônicos no processo de uso real. Através de repetidos impactos de alta e baixa temperatura, verifica-se se o Via no PAD apresenta rachaduras, delaminação, queda e outros fenômenos.

Por exemplo, coloque a PCB na faixa de temperatura de -55 °C a 125 °C para 1000 ciclos de teste de choque térmico, e o furo no disco deve estar livre de qualquer dano.

Teste de vibração

A PCB é testada quanto à vibração para simular o ambiente de vibração dos produtos eletrônicos durante o transporte e uso. Precisamos verificar se o Via no PAD ficou solto ou quebrado após aplicar vibração de certa frequência e amplitude.

Por exemplo, realizamos um teste de vibração aleatória com frequência de 5-500 Hz e aceleração de 5g. A duração é de 2 horas, e o Via no PAD deve estar livre de qualquer dano.

Teste de soldabilidade

Realize teste de soldabilidade no Via no PAD para verificar seu desempenho no processo de soldagem. Mergulhe a PCB no banho de estanho para fazer o Via no PAD entrar em contato com a solda, e observe se a solda consegue umedecer bem a parede do furo para formar uma camada de solda uniforme.

Por exemplo, é exigido que a altura de ascensão da solda no Via no PAD seja de pelo menos 75% da profundidade do furo, e a superfície da solda deve ser lisa, sem poros, alfinetadas e outros defeitos.

4. Inspeção de aparência

Planicidade

A superfície da PCB deve ser plana, e não deve haver protuberância ou depressão óbvia ao redor do Via no PAD. O medidor de planicidade pode ser usado para medir a superfície da PCB, garantindo que sua planicidade atenda aos requisitos.

Por exemplo, para PCB comum, a planicidade da superfície deve ser inferior a ± 0,1 mm. Para PCB de alta precisão, a planicidade exigida é maior, podendo estar dentro de ± 0,05 mm.

Limpeza

A PCB deve ser mantida limpa, e não deve haver óleo residual, poeira, escória de solda e outras impurezas no Via no PAD. A limpeza do Via no PAD pode ser verificada por inspeção visual ou observação microscópica.

Se houver impurezas no Via no PAD, isso pode afetar a confiabilidade da conexão elétrica, e até causar falhas como curto-circuito.

O Via no PAD na PCB deve ser claramente identificado para produção e manutenção. A identificação deve incluir número do furo, nome da rede, tamanho do furo e outras informações.

A identificação pode ser realizada por meio de serigrafia, marcação a laser, etc., e deve-se garantir que a identificação seja clara, firme e não fácil de desgastar ou cair.

5. Padrão IPC-6012D ou IPC 4671 VII para Via sobre PAD,

Aderência do revestimento metalizado ao preenchimento da via e ao pino de cobre. Espessura do cobre. A planaridade entre o material de preenchimento e a superfície de cobre. Incompatibilidade de CTE entre o material de preenchimento e a metalização resultando em lacuna de ar (contração do material de preenchimento). Preenchimento da via inferior a 100% pode resultar em uma tampa metalizada muito fina ou em uma depressão que também pode causar ar aprisionado, resultando em vazios nas junções de solda BGA. Microperfurações nos revestimentos metalizados resultam em áreas não soldáveis de uma pista onde a via tampada é destinada a uma junção de solda BGA. Volume de solda reduzido também é uma preocupação com depressões.

A: Situação perfeita: sem depressão ou saliência.

B: Com depressão ou saliência.