W projektowaniu PCB podstawowe elementy są elementami fundamentowymi (humble via i płytowane przez przejście, PTH), jednak ich niewłaściwe zastosowanie jest główną przyczyną awarii pola, problemów termicznych i degradacji sygnału. Choć często używane zamiennie, PTH i vias służą różnym celom elektrycznym, mechanicznym i termicznym. Mylenie prowadzi do nieefektywnych projektów, zawyżonych kosztów i obniżonej niezawodności. Ten przewodnik, oparty na 25-letnim doświadczeniu Jerico w produkcji, stanowi ostateczne porównanie. Wykraczamy poza podstawowe definicje, by zbadać, jak zaawansowane technologie za pomocą technologii — od wypełnionych vias dla aplikacji o wysokim prądzie po mikrowije dla HDI — są kluczowe dla rozwiązywania współczesnych wyzwań w dziedzinie elektroniki mocy, systemów motoryzacyjnych i komunikacji dużych prędkości.
Krytyczne rozróżnienie: Plated Through Hole (PTH) vs. Via
Zrozumienie podstawowej funkcjonalnej różnicy między PTH a via to pierwszy krok do doskonałości w projektowaniu pod kątem produkcji (DFM). Wybór ten wpływa na wszystko – od wydajności montażu po długoterminową niezawodność.
| Cecha | Płytowany otwór przelotny (PTH) | Via (Przez Via, Blind, Duried) | Praktyczne implikacje projektowe |
|---|---|---|---|
| Główna funkcja | Montaż komponentów i połączenie elektryczne. Zaprojektowany do mechanicznego zabezpieczania i elektrycznego łączenia elementów technologii through-hole (THT), takich jak złącza, duże kondensatory czy urządzenia zasilania. | Tylko połączenie elektryczne międzywarstwowe. Zapewnia wyłącznie przewodzącą ścieżkę między różnymi warstwami PCB. Nigdy nie używano go do wyprowadzaczy komponentów. | Użycie via do zamontowania komponentu się nie uda.Pierścień pierścieniowy nie jest zaprojektowany do naprężeń mechanicznych, a otwór może powodować przerywanie obwodów. Zawsze określaj PTH dla części THT w swojej bibliotece CAD. |
| Typowy rozmiar i proporcje obrazu | Większa średnica (np. 0,8 mm – 2,0 mm). Proporcje obrazu (grubość deski/średnica otworu) zazwyczaj są utrzymywane poniżej8:1Dla niezawodnego nakładania na talerz. | Mniejsza średnica (np. 0,2 mm – 0,5 mm dla przelotów). Mikrowia może mieć ≤0,1 mm. Proporcje obrazu przy przelotnych wejściach są również utrzymane w rozsądnym zakresie, podczas gdy mikrowizje mają bardzo niskie proporcje. | PTH zajmują więcej miejsc.Niewłaściwe użycie dużego PTH, gdzie mała via wystarczy, marnuje cenną przestrzeń trasowania, zwłaszcza w gęstych projektach, niepotrzebnie podnosząc liczbę warstw i koszty. |
| Skupienie na produkcji i kosztach | Wymaga precyzyjnej kontroli rozmiaru otworu do dopasowania komponentu.Czynnik kosztowy:Wiercenie większych otworów i zapewnienie integralności powłoki mechanicznej. | Skup się na niezawodności powłok pod kątem przewodności.Czynnik kosztowy:Wiercenie laserowe dla mikrowi/HDI, dodatkowe etapy laminacji do ślepych/zakopanych przejść. | Optymalizuj pod kątem funkcji.Do czystego trasowania użyj najmniejszej niezawodnej przejściowej ścieżki. Do komponentów użyj odpowiednio dobranego PTH. Darmowy DFM Jerico wykrywa ten powszechny błąd. |
| Rola termiczna i prądowa | Może przewodzić znaczny prąd/ciepło przez sam przewód komponentu. Lufa PTH zapewnia dodatkową masę termiczną. | Podstawowe narzędzie do zarządzania termicznym (Thermal vias). Pojemność prądu jest ograniczona przez cienką powłokę lufy, chyba że jest to specjalnie zaprojektowane (np. wypełnione wizery). | W przypadku pochłaniania ciepła macierze termicznych vias pod podkładką są skuteczniejsze niż pojedynczy PTH.Przy wysokim prądzie wymagane są specjalistyczne wypełnione via lub wiele równoległych vias. |
Dlaczego błąd kosztuje: Rzeczywiste scenariusze
- Scenariusz 1 (Awaria niezawodności):Projektant używa standardowego via do zamontowania pinu nagłówka. Podczas falowego lut spływa po cylindrze przez cewkę, pozostawiając pustkę w połączeniu. Drgania w polu powodują pękanie kruchego połączenia.Przyczyna źródłowa:Via używana jako PTH.
- Scenariusz 2 (Wpływ kosztów i wydajności):Aby być "bezpiecznym", projektant stosuje 0,8 mm PTH do wszystkich przejść warstw na 16-warstwowej płytce cyfrowej. To zajmuje o 30% więcej powierzchni trasowania, zmuszając do przejścia z 8-warstwowego na 10-warstwowy, co zwiększa koszt płyty o 25% i dodaje niepotrzebną indukcyjność pasożytniczą do linii dużych prędkości.Przyczyna źródłowa:Nadmierne użycie PTH tam, gdzie były odpowiednie VIA.
Zaawansowane technologie VI: Rozwiązywanie wyzwań wysokich prądów, termicznych i HDI
Gdy opanujesz podstawowe rozróżnienie PTH/Via, kolejnym poziomem jest wybór i określenieWłaściwy typZ Via dla Twoich potrzeb elektrycznych i termicznych. Standardowe przeloty często są niewystarczające dla zaawansowanych zastosowań.
1. Rozwiązanie wysokiego prądu i termicznego: wypełnione i zatkane przechodniki
W elektronice mocy (ładowarki EV, napędy silników) oraz w zastosowaniach LED o dużej mocy, standardowe barby via barrel są wąskim gardłem dla prądu i ciepła. Via o średnicy 0,3 mm i ścianie miedzianej 25 μm ma rezystancję stałą o kilku miliohmach i ograniczoną masę cieplną.
Rozwiązanie inżynieryjne Jerico:Oferujemypoprzez wypełnianie i zatykanie miedzijako kluczowa zdolność, często zintegrowana z naszymCiężka miedziana płytka drukowanaTechnologia.
- Termicznie przewodzące wypełnienie epoksydowe:Elementy pod prądem są wypełniane specjalnym epoksydem. To1)zapobiega wplężaniu lutu podczas montażu,2)zapewnia bezpośrednią ścieżkę termiczną do płaszczyzn wewnętrznych lub przeciwległej strony, oraz3)dodaje wsparcie mechaniczne.
- Windper-Plugged Vias (VIPPO):Dla maksymalnej jakości przewodzenia prądu i przewodności cieplnej, watory są całkowicie galwanicznie uszczelniane miedzią. Tworzy to solidny miedziany słupek przenikający przez płytkę, zmniejszając opór o ponad 50% i działając jako znakomita kolumna termiczna. Ten proces jest kluczowy dlaIPC Klasa 3orazIATF 16949zgodne z przepisami samochodowymi, gdzie długoterminowa niezawodność cyklu termicznego jest niepodważalna.
Dane dotyczące wydajności:Dla 0,3mm via w płytce 1,6mm z napięciem 5A DC:
•Standardowe przez:~4,2 mΩ rezystancja, ~0,8°C/W opór termiczny.
•Zapchany miedzią pośredniczą:~1,8 mΩ rezystancja, ~0,3°C/W rezystancja termiczna.
To przekłada się na~60% niższa strata mocyoraz~60% lepsza wymiana ciepła, co pozwala na większą gęstość mocy lub większą niezawodność.
2. Rozwiązanie HDI i integralności sygnału: mikrowije i ślepe/zakopane żyłki
W przypadku szybkich projektów cyfrowych (płyty główne serwerów, płyty FPGA) oraz urządzeń o ograniczonym miejscu (smartfony, urządzenia noszone) tradycyjne przezrężne przewody są poważną przeszkodą. Przebijają wszystkie warstwy, tworząc długie, pasożytnicze "stuby", które działają jak anteny, odbijając sygnały i pogarszając integralność przy prędkościach wielogigabitowych.
Ekspertyza Jerico w zakresie HDI:NaszePłytka drukowana HDIProdukcja wykorzystuje laserowo wiercone mikrowije oraz sekwencyjną laminację do budowy precyzyjnych połączeń.
- Mikrowia (⌀ ≤ 0,15 mm):Wiercone laserem, łączą tylko dwie sąsiadujące warstwy (np. L1-L2 lub L2-L3). Całkowicie eliminują one zatrzaski, drastycznie zmniejszając pojemność i indukcyjność pasożytniczą.
- Ślepe i zakopane przejścia:Ślepe wejścia łączą zewnętrzną warstwę z warstwą wewnętrzną, ale nie przechodzą przez całą płytkę. Zakopane żyłki łączą tylko wewnętrzne warstwy. Te konstrukcje, budowane poprzez sekwencyjną laminację, uwalniają 100% powierzchni trasowania na warstwach, do których nie są połączone, umożliwiając większą gęstość komponentów.
Wpływ na integralność sygnału:Zastąpienie przelotowego w 10-warstwowej, 100-omowej parze różnicowej przez kombinację mikrowii bez stubów/ślepego przez połączenie może poprawić straty wstawień o 0,5-1,0 dB przy 10 GHz i znacząco zmniejszyć niepożądany rezonans, umożliwiając czystszą transmisję danych dla protokołów takich jak PCIe 5.0 czy 112G SerDes.
Przewaga Jerico: Od przeglądu projektu do certyfikowanej niezawodności
Określanie tego prawa za pomocą technologii jest bezcelowe, jeśli producent nie potrafi go wykonać z precyzją i powtarzalnością. Jerico łączy zamysł projektowy z wyprodukowaną rzeczywistością.
Partnerstwo Factory-Direct DFM
JakoProducent fabryczny, nasi inżynierowie przeglądają Twój projekt przed przystąpieniem do narzędzi. Nie sprawdzamy tylko zasad; Dostarczamy praktyczne opinie:
- "Twój 0,2mm via w płaszczyźnie 2,4mm ma proporcje obrazu 12:1. Aby uzyskać niezawodne powlekanie miedziane zgodnie z IPC-6012, zalecamy zwiększenie rozmiaru otworu do 0,25 mm lub użycie via-in-pad z wypełnianiem."
- "Termiczna sieć via pod QFN może być optymalizowana od siatki 3×3 standardowych vias do siatki 2×2 z miedzianymi zatykanymi via, co daje równoważną wydajność, oszczędzając miejsce."
Certyfikowany proces, gwarantowana niezawodność
NaszeIATF 16949orazIPC Klasa 3zobowiązania są realizowane bezpośrednio do poprzez formację:
- Kontrola grubości powłoki:Zapewniamy, że miedź przez beczkę spełnia lub przewyższa wymagania IPC klasy 3 (zazwyczaj ≥20 μm), weryfikowane poprzez przekroj.
- Kompatybilność materiałów:Dla wysokich częstotliwości lubPłytki oparte na ceramikach, używamy kompatybilnych materiałów wypełniających i procesów, które uwzględniają niedopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE), zapobiegając pęknięciom beczek.
- Brak MOQ, szybkie prototypowanie:Sprawdź swoje zaawansowane strategie z naszymi metodamiZamówienie 1-piecełkoweoraz24-godzinny szybki zwrotusługi. Zweryfikowaj wydajność przed zobowiązaniem się do ilości.
Zoptymalizuj swoją strategię via dzięki darmowej analizie DFM
Nie pozwól, by projekt był na marginesie. Przekaż swoje pliki projektowe do kompleksowej oceny przez zespół inżynierów Jerico. Otrzymaj szczegółowy raport o aktualnej pojemności, wydajności termicznej i wytwórczości każdego krytycznego przejścia i PTH w Twoim projekcie.
Prześlij swojego Gerbera za darmo przez DFM CheckVia & PTH Design: FAQ dla ekspertów
Prosta zasada jest niewystarczająca dla projektów o dużym prądzie. Aktualna przepustowość zależy od:
- Przekrój poprzeczny miedzianej lufy:I_max ∝ (π * d * t), gdzie d to średnica wykończonego otworu, t to grubość płyty.
- Dopuszczalny wzrost temperatury:Powszechnym standardem jest wzrost temperatury o 10°C. Kluczowa jest odporność termiczna via na płaszczyzny i otoczenie.
- Liczba vias równolegle:Dla prądu 5A użycie 2-3 standardowych włączeń równolegle jest często bezpieczniejsze i bardziej niezawodne niż jedna duża przejścia.
Obie techniki mają na celu usunięcie nieużywanych przez stub dla zapewnienia integralności sygnału, ale zasadniczo różnią się od siebie:
- Ślepe/zakopane wody (HDI):Zbudowane podczas sekwencyjnej laminacji,fizycznie nie tworzą stubu. To najczystsze, najbardziej wydajne rozwiązanie, ale zwiększa koszty i złożoność. Idealne dla projektów o bardzo wysokiej gęstości połączeń (HDI) oraz o najszybszych sygnałach (>25 Gbps).
- Backdrilling:Operacja wiercenia wtórnego usuwa przewodzący zatrzask ze standardowego przejścia po poszyciu płyt. To jestOpłacalna alternatywa dla grubszych płyt o niższej liczbie warstwgdzie HDI nie jest w innych przypadkach potrzebne. Jednak pozostawia nieprzewodzącą szczelinę powietrzną w otworze, która może zatrzymywać zanieczyszczenia i nie jest akceptowana dla wszystkich standardów niezawodności (np. w niektórych zastosowaniach motoryzacyjnych).
Przestrzeganie standardów IPC jest podstawą niezawodności. Kluczowe standardy obejmują:
- IPC-6012: Specyfikacja kwalifikacji i wydajności dla sztywnych płyt drukowanych.Definiuje akceptowalność dla grubości powłoki (np. Klasa 3 wymaga minimum 20μm otworu), pustek oraz integralności ściany otworu. To jest ogólna specyfikacja jakości.
- IPC-A-600: Akceptowalność kartonów drukowanych.Wizualny odpowiednik IPC-6012, z obrazami definiującymi akceptowalne i wadliwe warunki dla wlot i PTH (np. guzki płyty, pęknięcia, szorstkość).
- IPC-4761: Przewodnik projektowy dotyczący ochrony kartonu drukowanego za pomocą konstrukcji.Zabezpiecza się metodami namiotania, napełniania i zatykania, aby chronić przed zanieczyszczeniem i wplątaniem lutu.
- IPC-7093: Wdrażanie procesu projektowania i asemblowania dla BGA.Zawiera istotne informacje o konstrukcji via-in-pad, co jest kluczowe dla nowoczesnych komponentów i często wymaga wypełnionych mikrowizorów.
