PCB için PAD Teknolojisinde Vianın Önemi ve Standardı

PCB Tasarımında Neden PAD Üzerinde Via Kullanılır?

Baskılı devre kartı (PCB) tasarımında, PAD üzerinde Via tasarımı özel bir tasarım yöntemidir ve başlıca şu işlevlere sahiptir:

1. Yüksek yoğunluklu kablo döşeme gereksinimlerini karşılama

Kablo döşeme alanını artırma

Elektronik ürünlerin küçülmesi ve çok işlevliliği ile birlikte, PCB üzerindeki elektronik bileşenlerin yoğunluğu giderek artmakta ve kablo döşeme alanı son derece sınırlı hale gelmektedir.

PAD üzerinde Via tasarımı, sınırlı düzlem alanında pad üzerinde viyalar ayarlayarak farklı katmanlar arasında elektriksel bağlantı sağlayabilir, böylece kablo döşeme için daha fazla yol seçeneği sunar ve kablo döşeme alanını etkili bir şekilde artırır.

Örneğin, bazı üst düzey akıllı telefonların anakart tasarımında, birçok işlevsel modülün entegrasyonu nedeniyle bileşen yoğunluğu çok yüksektir ve PAD üzerinde Via tasarımının kullanılması, PCB boyutunu artırmadan karmaşık kablo döşeme gereksinimlerini karşılayabilir.

Karmaşık devre bağlantısını gerçekleştirme

Bazı karmaşık devre tasarımlarında, birden fazla farklı ağ arasında bağlantı kurulması gerekebilir, ancak geleneksel kablo döşeme yöntemi bu gereksinimleri karşılayamayabilir.

PAD üzerinde Via tasarımı, kritik düğümlerde viyalar ayarlayarak farklı ağları bağlayabilir ve karmaşık devre işlevlerini gerçekleştirebilir.

Örneğin, yüksek hızlı dijital devrelerde, sinyal bütünlüğünü sağlamak için sinyal empedansının sıkı kontrol edilmesi gerekir. PAD üzerinde Via tasarımı aracılığıyla, belirli bir konuma topraklama viyası eklenerek sinyalin referans düzlemi değiştirilebilir, böylece sinyal empedansı ayarlanarak yüksek hızlı sinyal iletimi gereksinimleri karşılanabilir.

2. Elektriksel performansı iyileştirme

Sinyal iletim empedansını azaltma

Sinyal PCB üzerinde iletildiğinde, empedans süreksizliği sinyal yansıması ve zayıflaması gibi sorunlara yol açarak sinyal kalitesini etkiler.

PAD üzerinde Via tasarımı, via konumu, boyutu ve şeklini optimize ederek sinyal iletim yolundaki empedans süreksizliğini azaltabilir, böylece sinyal iletim empedansını düşürür ve sinyal bütünlüğünü artırır.

Örneğin, yüksek hızlı diferansiyel sinyal iletiminde, pad viyalarının konumu ve aralığı makul bir şekilde tasarlanarak diferansiyel çiftin empedansı daha iyi eşleştirilebilir, diferansiyel sinyaller arasındaki çapraz konuşma azaltılabilir ve sinyalin iletim kalitesi iyileştirilebilir.

Elektromanyetik girişimi azaltma

Elektronik ürünlerde, elektromanyetik girişim yaygın bir sorundur ve devrenin normal çalışmasını etkiler.

PAD üzerinde Via tasarımı, hassas sinyalleri girişim kaynaklarından izole ederek elektromanyetik girişimin etkisini azaltabilir.

Örneğin, analog ve dijital devrelerin bir arada bulunduğu bir PCB'de, analog toprak ile dijital toprak arasına bir PAD üzerinde Via yerleştirilerek toprak düzlemi bölümlendirmesi gerçekleştirilebilir ve dijital devrelerin analog devrelere olan girişimi azaltılabilir.

3. Soğutma performansını iyileştirme

Soğutma kanalı sağlama

Elektronik bileşenlerin güç yoğunluğunun artmasıyla birlikte, ısı dağılımı elektronik ürünlerin güvenilirliğini etkileyen kilit faktörlerden biri haline gelmiştir.

PAD üzerinde Via tasarımı, PCB üzerinde bir ısı dağıtım kanalı oluşturarak ısıyı ısı üreten elemandan soğutma katmanına veya harici radyatöre aktarabilir ve ısı dağıtım verimliliğini artırabilir.

Örneğin, yüksek güçlü LED aydınlatma armatürlerinin PCB tasarımında, LED pedi üzerine PAD üzerinde Via ayarlayarak LED'in ürettiği ısı hızla PCB'nin ısı dağıtım katmanına iletilerek LED'in çalışma sıcaklığı düşürülebilir ve güvenilirliği ile ömrü artırılabilir.

Düzgün ısı dağılımı

Bazı geniş yüzeyli PCB'lerde, ısı dağılımı düzgün olmazsa yerel aşırı sıcaklığa yol açarak elektronik bileşenlerin performansını ve ömrünü etkileyebilir.

Via on PAD tasarımı, delikleri uygun şekilde dağıtarak ısının PCB üzerinde daha eşit dağılmasını sağlayabilir ve yerel aşırı ısınma sorununu önleyebilir.

Örneğin, sunucu anakartı gibi büyük PCB tasarımlarında, genellikle çok sayıda Via on PAD kullanılarak ısı dağıtım performansı optimize edilir ve tüm anakartın sıcaklığının güvenli aralıkta kalması sağlanır.

4. Özel paketleme gereksinimlerine uyum

BGA ve diğer paketleme formlarını karşılama

Top ızgara dizisi (BGA) paketlemesi, entegre devre paketlemesinin yaygın bir formudur; çok sayıda bacağa ve küçük aralıklara sahiptir ve PCB tasarımı için yüksek gereksinimler getirir.

Via on PAD tasarımı, BGA paketli çipler için iyi bir elektriksel bağlantı ve ısı dağıtım kanalı sağlayabilir ve yüksek yoğunluk ile yüksek performans gereksinimlerini karşılayabilir.

Örneğin, bazı yüksek performanslı bilgisayar anakartları ve ekran kartları tasarımlarında, BGA paketli çipler yaygın olarak kullanılır ve Via on PAD tasarımı vazgeçilmez bir parça haline gelir.

Özel bileşenlerin montajını destekleme

Bazı özel uygulama senaryolarında, özel şekilli veya boyutlu elektronik bileşenlerin montajı gerekebilirken geleneksel PCB tasarımı bu gereksinimleri karşılayamayabilir.

Via on PAD tasarımı, özel bileşenlerin montaj gereksinimlerine göre özelleştirilebilir ve özel bileşenler için güvenilir bağlantı ve sabitleme sağlayabilir.

Örneğin, bazı endüstriyel kontrol ekipmanlarında büyük soğutucular veya endüktif bileşenler monte etmek gerekebilir. PCB üzerinde Via on PAD ayarlayarak bu bileşenler sağlam bir şekilde monte edilebilir ve iyi bağlantı sağlanabilir.

Via on PAD Standardı Nedir Lütfen?

Via on PAD tasarımı için kabul edilebilir standartlar temel olarak aşağıdaki yönleri içerir:

1. Elektriksel performans

Süreklilik

Via on PAD, iyi bir elektriksel süreklilik sağlamalıdır. Direnç değerini multimetre veya özel bir süreklilik test cihazı ile test edebiliriz. Direnç değeri tasarım değerimizi karşılamalıdır.

Örneğin, sıradan dijital devreler için Via on PAD'in açık direnci 50 miliohm'dan az olmalıdır; yüksek hassasiyetli analog devreler veya yüksek hızlı sinyal iletim hatları için açık direncin daha düşük olması gerekir, bu da 10 miliohm'dan az olabilir.

Empedans kontrolü

Yüksek hızlı dijital devreler ve RF devreleri için Via on PAD'in empedansı tasarım gereksinimlerini karşılamalıdır. Genellikle empedans ekipmanı kullanarak empedans değerini test ederiz, Via on PAD kalitesinin kontrolümüz altında olduğundan emin olmak için empedans değeri belirtilen tolerans aralığında olmalıdır.

Örneğin, 50 ohm'luk bir iletim hattı için Via on PAD'in empedansı 45 ile 55 ohm arasında kontrol edilmelidir.

Sinyal bütünlüğü

Sinyal bütünlüğü testi aracılığıyla, Via on PAD'in sinyal iletimi üzerindeki etkisi değerlendirilir.

Osiloskop, ağ analizörü gibi cihazlarla sinyalin dalga formu, genliği, yükselme süresi, düşme süresi gibi parametrelerini kontrol edebiliriz, böylece sinyal Via on PAD'den geçerken belirgin bir bozulma, zayıflama veya yansıma olmadığından emin oluruz.

Örneğin, yüksek hızlı dijital sinyaller için, sinyalin diski deliğinden geçtikten sonra yükselme ve düşme sürelerinin %10'dan fazla değişmemesi gerekir; RF sinyalleri için yansıma katsayısının -15db'den az olması gerekir.

2. Mekanik özellikler

Delik duvar kalitesi

PAD üzerindeki Via'nın delik duvarı düzgün, çatlak ve çapaktan arınmış olmalıdır. Delik duvarı, kusurları kontrol etmek için mikroskop veya elektron mikroskobu ile gözlemlenebilir.

Delik duvarının pürüzlülüğü gereksinimleri karşılamalıdır. Genellikle pürüzlülüğün 5 μm'den az olması istenir. Pürüzlü delik duvarı, elektriksel bağlantının güvenilirliğini etkiler ve sinyal iletim sorunlarına neden olabilir.

Delik çapı hassasiyeti

PAD üzerindeki Via'nın çapı tasarım gereksinimlerini karşılamalıdır ve tolerans genellikle ± 0.05mm içindedir. Via çapını, belirtilen aralıkta olduğundan emin olmak için X-ışını veya mikro kesit cihazları ile ölçmemiz gerekir.

PAD üzerindeki Via'nın konumu doğru olmalı ve tasarım çiziminden sapması belirlenen tolerans aralığı içinde olmalıdır. Konum hassasiyetinin gereksinimleri karşıladığından emin olmak için, PAD üzerindeki Via'nın konumunu ölçmek için koordinat ölçüm cihazı veya optik tespit ekipmanı kullanılabilir.

Örneğin, yüksek hassasiyetli PCB tasarımı için, PAD üzerindeki Via'nın konum sapması ± 0.05mm'den az olmalıdır. Aşırı konum sapması, devre düzenini ve elektriksel bağlantının güvenilirliğini etkileyebilir.

3. Güvenilirlik

Termal şok testi

PCB, elektronik ürünlerin gerçek kullanım sürecindeki sıcaklık değişimini simüle etmek için termal şok testine tabi tutulur. Tekrarlanan yüksek ve düşük sıcaklık darbeleri yoluyla, PAD üzerindeki Via'da çatlama, tabakalanma, dökülme gibi olayların olup olmadığı kontrol edilir.

Örneğin, PCB'yi -55°C ile 125°C sıcaklık aralığında 1000 döngü termal şok testine tabi tutun, diskteki delik herhangi bir hasardan arınmış olmalıdır.

Titreşim testi

PCB, elektronik ürünlerin taşınma ve kullanım sırasındaki titreşim ortamını simüle etmek için titreşim testine tabi tutulur. Belirli bir frekans ve genlikte titreşim uygulandıktan sonra PAD üzerindeki Via'nın gevşeyip gevşemediğini veya kırılıp kırılmadığını kontrol etmemiz gerekir.

Örneğin, 5-500Hz frekans ve 5g ivme ile 2 saat süren rastgele bir titreşim testi yapıyoruz ve PAD üzerindeki Via herhangi bir hasardan arınmış olmalıdır.

Lehimlenebilirlik testi

PAD üzerindeki Via'ya lehimlenebilirlik testi yapılarak, lehimleme sürecindeki performansı kontrol edilir. PCB'yi kalay fırınına daldırarak PAD üzerindeki Via'nın lehim ile temas etmesi sağlanır ve lehimin delik duvarını iyi ıslatıp düzgün bir lehim tabakası oluşturup oluşturmadığı gözlemlenir.

Örneğin, PAD üzerindeki Via'da lehimin tırmanma yüksekliğinin delik derinliğinin en az %75'i olması ve lehim yüzeyinin düzgün, gözenek, iğne deliği vb. kusurlardan arınmış olması gerekmektedir.

4. Görünüş muayenesi

Düzlük

PCB yüzeyi düz olmalı ve PAD üzerindeki Via çevresinde belirgin bir kabarıklık veya çöküntü olmamalıdır. PCB yüzeyinin düzlüğünün gereksinimleri karşıladığından emin olmak için düzlük ölçer kullanılabilir.

Örneğin, sıradan PCB'ler için yüzey düzlüğü ± 0.1 mm'den az olmalıdır. Yüksek hassasiyetli PCB'ler için düzlük gereksinimi daha yüksektir, ± 0.05 mm içinde olabilir.

Temizlik

PCB temiz tutulmalı ve PAD üzerindeki Via'da artık yağ, toz, lehim cürufu gibi yabancı maddeler bulunmamalıdır. PAD üzerindeki Via'nın temizliği görsel muayene veya mikroskobik gözlem ile kontrol edilebilir.

PAD üzerindeki Via'da yabancı madde varsa, bu elektriksel bağlantının güvenilirliğini etkileyebilir ve hatta kısa devre gibi arızalara neden olabilir.

PCB üzerindeki PAD üzerindeki Via, üretim ve bakım için açıkça tanımlanmalıdır. Tanımlama, delik numarası, ağ adı, delik boyutu gibi bilgileri içermelidir.

Tanımlama, ipek baskı, lazer işaretleme vb. yollarla yapılabilir ve tanımlamanın net, sağlam ve aşınmaya veya dökülmeye karşı dayanıklı olması sağlanmalıdır.

5. PAD Üzerindeki Via için IPC-6012D veya IPC 4671 VII standardı,

Metalize kaplamanın via dolgusuna ve bakır pede yapışması. Bakır kalınlığı. Dolgu malzemesi ile bakır yüzey arasındaki düzlemsellik. Dolgu malzemesi ile metalizasyon arasındaki CTE uyumsuzluğunun hava boşluğuna yol açması (dolgu malzemesi büzülmesi). %100'den az via dolgusu, çok ince bir metalize kapak veya BGA lehim bağlantılarında boşluklara neden olabilecek hapsolmuş havaya yol açabilen bir çöküntü (dimple) ile sonuçlanabilir. Metalize kaplamalardaki iğne delikleri, BGA lehim bağlantısı için tasarlanmış kapaklı via bulunan bir landın lehimlenemeyen alanlarına neden olur. Çöküntülerle birlikte azalan lehim hacmi de bir endişe kaynağıdır.

A: Mükemmel durum: çöküntü veya tümsek olmadan.

B: Çöküntü veya tümsek ile.