Technologia zakopanych przelotek w wielowarstwowych PCB: Napędzanie miniaturyzacji i integralności sygnału

In the race to pack more functionality into smaller electronics—from 5G smartphones to medical implants—multilayer PCBs rely on innovative via technologies to maximize density without sacrificing performanceWśród nich technologia pogrzebowa wyróżnia się jako kluczowy czynnik umożliwiający inżynierom połączenie warstw wewnętrznych bez zużywania cennej przestrzeni na powierzchniach zewnętrznych.Wyeliminując przewody przechodzące przez otwory przebijające całą płytęW przypadku nowoczesnych urządzeń o wysokiej częstotliwości i dużej niezawodności kluczem jest większa gęstość komponentów, krótsze ścieżki sygnału i lepsze zarządzanie cieplne.Ten przewodnik wyjaśnia, jak funkcjonuje pochowanie za pomocą technologii, jego zalety w zaawansowanych PCB, wyzwania związane z produkcją i rozwiązania zapewniające stałą jakość.

Czym są zakopane żyły?
Ścieżki przewodzące połączone są tylko ze warstwami wewnętrznymi wielowarstwowego płyt PCB, pozostając całkowicie ukryte w rdzeniu płyty (bez ekspozycji na warstwach zewnętrznych).W przeciwieństwie do przewodu otwornego (który obejmuje wszystkie warstwy) lub ślepego (który łączy zewnętrzne warstwy z wewnętrznymi warstwami)W trakcie laminowania, zakopane przewody są całkowicie zakapsułane, co czyni je niewidocznymi w końcowym PCB.

Główne cechy:
1Położenie: Całkowicie wewnątrz warstw wewnętrznych; brak kontaktu z zewnętrznymi powierzchniami miedzi.
2Rozmiar: Zazwyczaj średnica 0,1 ∼ 0,3 mm (mniejsza niż przewody otworne), umożliwiające układy o wysokiej gęstości.
3Konstrukcja: przed laminowaniem wiertane w poszczególne warstwy wewnętrzne, następnie pokryte miedzią i wypełnione epoksydową lub przewodzącą pastą w celu zapewnienia integralności strukturalnej.

Jak zakopane przewody zmieniają wielowarstwowy projekt PCB
Burried via technology rozwiązuje dwa kluczowe problemy w nowoczesnym projektowaniu PCB: ograniczenia przestrzenne i degradację sygnału.

1Maksymalizacja gęstości deski
poprzez ograniczenie przewodów do warstw wewnętrznych, uwolnienie zewnętrznych warstw przez zakopane przewodów dla składników czynnych (np. BGA, QFP) i mikroprzewodów,zwiększenie gęstości komponentów o 30~50% w porównaniu z konstrukcjami wykorzystującymi tylko przewody otworne.

Przykład: 12-warstwowy płytka elektroniczna 5G z wykorzystaniem węzłów zakopanych może pomieścić o 20% więcej komponentów w tym samym odcisku niż konstrukcja z otworem, umożliwiając mniejsze moduły stacji bazowej.

2Zwiększenie integralności sygnału
Długie, meandrujące ścieżki sygnału w konstrukcjach otworów powodują utratę sygnału, krzyżówkę i opóźnienie - krytyczne problemy dla sygnałów wysokiej częstotliwości (28 GHz +).Pochowane przewody skracają ścieżki sygnału poprzez bezpośrednie łączenie warstw wewnętrznych, zmniejszając:

a. Opóźnienie w rozprzestrzenianiu się: sygnały przemieszczają się 20-30% szybciej między warstwami wewnętrznymi.
b.Przepływ prądu: ograniczenie szybkich śladów do wewnętrznych warstw (izolowanych przez płaszczyznę naziemną) zmniejsza zakłócenia o 40%.
c. Niezgodność impedancji: Krótsze przejście przez stuby minimalizuje odbicia w interfejsach dużych prędkości (np. PCIe 6.0, USB4).

3Poprawa zarządzania cieplnym
Ścieżki pogrzebane działają jako "przewody termiczne", gdy są wypełnione przewodzącym epoksydem lub miedzią, rozprzestrzeniając ciepło z gorących warstw wewnętrznych (np. IC do zarządzania energią) do zewnętrznych warstw lub pochłaniaczy ciepła.Zmniejsza to temperaturę punktów gorących o 15-25°C w gęsto pakowanych PCB, wydłużając żywotność części.

Zastosowanie: Gdzie świecą zakopane żyły
Pochowanie za pomocą technologii jest niezbędne w branżach wymagających miniaturyzacji, szybkości i niezawodności.
15G i telekomunikacje
Stacje bazowe i routery 5G wymagają PCB, które obsługują sygnały fal milimetrowych o częstotliwości 2860 GHz z minimalną stratą.

a. Umożliwiają projektowanie warstw powyżej 10 z ciasnym odstępem śladów (2 ′ 3 mil) dla ścieżek o wysokiej częstotliwości.
b. Podtrzymuje gęste układy komponentów RF (np. wzmacniacze mocy, filtry) w kompaktowych obudowach.
c. Zmniejszenie strat sygnału w obwodach beamformingu, kluczowe dla rozszerzenia zasięgu 5G.

2Elektronika użytkowa
Smartfony, urządzenia do noszenia i tablety opierają się na zakopanych kanałach, aby pakować więcej funkcji (kamery, modemy 5G, baterie) w smukłe projekty:

a. Typowy flagowy płytka elektroniczna smartfona wykorzystuje 812 warstw z setkami zakopanych przewodów, zmniejszając grubość o 0,3 mm.
b.Przybudowane urządzenia (np. zegarki inteligentne) wykorzystują zakopane przewody do łączenia zestawów czujników bez zwiększania wielkości urządzenia.

3. Urządzenia medyczne
Zmniejszone narzędzia medyczne (np. endoskopy, rozruszniki serca) wymagają PCB małych, niezawodnych i biokompatybilnych:

a.Przewody zakopane umożliwiają tworzenie 16+ warstw PCB w endoskopach, montowanie czujników obrazowania i nadajników danych w szybach o średnicy 10 mm.
b.W pacemakerach, zakopane przewody zmniejszają EMI poprzez izolację śladów wysokonapięciowego zasilania z wrażliwych obwodów czujnikowych.

4. Elektronika motoryzacyjna
Systemy ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) i systemy zarządzania mocą pojazdów elektrycznych wymagają solidnych, kompaktowych płyt PCB:

a. Światłowiec pochowany łączy 12-20 warstw w modułach radarowych ADAS, umożliwiając obsługę na częstotliwości 77 GHz w ciasnych przestrzeniach pod maską.
b.W systemach zarządzania akumulatorami pojazdów elektrycznych (BMS) zakopane przewody cieplne poprawiają przewodność cieplną, zapobiegając przegrzaniu na ścieżkach wysokiego prądu.

Wyzwania związane z wytwarzaniem zakopanych przewodów
Podczas gdy przewody zakopane oferują znaczne korzyści, ich produkcja jest bardziej złożona niż tradycyjne przewody, wymagając precyzji i zaawansowanych procesów:
1. Położenie warstwy
Nawet niewielkie błędy (10 μm +) w płytkach 10 + warstw mogą uczynić przewód bezużytecznym.

Rozwiązanie: Producenci wykorzystują automatyczne systemy wyrównania optycznego (AOI) podczas laminowania, przy czym w celu zapewnienia dokładności na każdej warstwie znajdują się odniesienia.

2Dokładność wiercenia
Węzły zakopane wymagają małych średnic (0,1 ∼0,3 mm) i wysokich stosunków stron (głębokość / średnica = 3: 1 lub wyższa), co sprawia, że wiercenie mechaniczne jest niepraktyczne ze względu na zużycie i dryfowanie narzędzi.

Rozwiązanie: wiertarki laserowe (lasery UV lub CO2) osiągają dokładność pozycji ± 2 μm i czyste, wolne od grzybów otwory, które są kluczowe dla małych przewodów w płytkach PCB o wysokiej częstotliwości.

3. Jednorodność powłoki
Płyty miedziane wewnątrz zakopanych przewodów muszą być jednorodne (gęstość 2550 μm) w celu zapewnienia przewodności i wytrzymałości konstrukcyjnej.

Rozwiązanie: pokrycie miedzi bezprzewodnikowej, po której następuje pokrycie elektrolityczne, z monitorowaniem grubości w czasie rzeczywistym za pomocą fluorescencji rentgenowskiej (XRF).

4Koszt i złożoność
Wykorzystując wzornictwo zakopane poprzez produkcję, dodaje się kolejne etapy (wiercenie przedlaminatowe, wypełnianie, pokrycie), które zwiększają czas produkcji i koszty o 20-30% w porównaniu z projektami z otworami.

Rozwiązanie: projekty hybrydowe (połączające węzły zakopane dla warstw wewnętrznych i węzły ślepe dla warstw zewnętrznych) zrównoważyły gęstość i koszty w zastosowaniach średniej klasy.

Najlepsze praktyki w zakresie pogrzebu poprzez wdrożenie
Aby skutecznie wykorzystać zakopane przewody, należy przestrzegać następujących wytycznych projektowych i produkcyjnych:
1Projektowanie do produkcji (DFM)
a. Wielkość przewodu w porównaniu z liczbą warstw: W przypadku płyt PCB o warstwie 10+ użyj przewodów zakopanych o gęstości 0,15 ∼0,2 mm w celu zrównoważenia gęstości i wydajności produkcyjnej.
b. Odległość: utrzymywać 2×3x poprzez średnicę między zakopanymi przewodami, aby uniknąć przesłania sygnału i problemów z nakładaniem.
c. Planowanie rozkładu: umieszczenie płaszczyzn zasilania/ziemi w sąsiedztwie warstw sygnału z zakopanymi przewodami, w celu zwiększenia osłony i transferu ciepła.

2. Wybór materiału
a. Substraty: do konstrukcji o wysokiej częstotliwości stosować laminacje o wysokim Tg FR-4 (Tg ≥170°C) lub laminacje o niskiej stratze (np. Rogers RO4830), ponieważ są odporne na wypaczanie podczas laminacji, które jest niezbędne do przejścia przez wyrównanie.
b. Materiały wypełniające: W większości zastosowań działają węzły zakopane wypełnione epoksydem; przewodzące wypełnianie pastą jest lepsze dla zarządzania cieplnym w PCB o mocy.

3Kontrola jakości
a.Inspekcja: Wykorzystanie kontroli rentgenowskiej do weryfikacji poprzez nakładkę, wyrównanie i wypełnienie (brak próżni). Mikrosekcja (analiza przekroju) sprawdza jednolitość nakładki.
b. Badanie: przeprowadzenie badań ciągłości na 100% zakopanych przewodów z wykorzystaniem testowarek z sondami latającymi do wychwytywania otwartych lub krótkich przewodów.

Badanie przypadku: zakopane przewody w 16-warstwowym PCB 5G
Wiodący producent telekomunikacyjny potrzebował 16-warstwowego PCB do modułu 5G mmWave, z wymaganiami:

a. ścieżki sygnału o częstotliwości 28 GHz z utratą < 1 dB na cal.
b. Gęstość składników: 200+ składników na cal kwadratowy (w tym BGA o odległości 0,4 mm).
c. Grubość: < 2,0 mm.

Rozwiązanie:

a. Wykorzystano 0,2 mm zakopanych przewodów do łączenia wewnętrznych warstw sygnału (warstwa 3 ̇ 14), zmniejszając długość ścieżki sygnału o 40%.
b.W połączeniu z ślepymi przewodami 0,15 mm do warstw zewnętrznych (1 ′2, 15 ′16) do łączenia BGA.
c. Światła wywiercone laserowo z bezelektrolityczną pokrywą miedzią (30 μm grubości) i wypełnieniem epoksydowym.

Wynik:

a. Utrata sygnału zmniejszona do 0,8 dB/c na częstotliwości 28 GHz.
b. grubość deski osiągnięta na poziomie 1,8 mm, o 10% poniżej docelowej.
c. Wydajność pierwszego przejścia zwiększyła się z 65% (za pomocą przewodów otwornych) do 92% przy przewodach zakopanych.

Przyszłość pogrzebów dzięki technologii
W miarę jak liczba warstw PCB wzrasta (20+ warstw) i rozmiary składników kurczą się (<0,3 mm), technologia zakopanej za pośrednictwem technologii będzie ewoluowała, aby sprostać nowym wymaganiom:

a. Małe przewody: przewody o średnicy 0,05 mm, umożliwiające zaawansowane wiercenie laserowe.
b.3D integracja: zakopane przewody w połączeniu ze złożonymi mikrowidami do opakowań 3D, zmniejszające współczynnik kształtu o 50% w urządzeniach IoT.
c. Projektowanie oparte na sztucznej inteligencji: narzędzia uczenia maszynowego do optymalizacji poprzez umieszczanie, zmniejszenie przesłuchania krzyżowego i błędów produkcyjnych.

Częste pytania
P: Czym różnią się węzły zakopane od ślepych?
Odp.: Światła zakopane łączą tylko warstwy wewnętrzne i są całkowicie ukryte, podczas gdy ślepe świty łączą zewnętrzne warstwy z wewnętrznymi warstwami i są częściowo widoczne na powierzchni płyty.

P: Czy węzły zakopane są odpowiednie do PCB o dużej mocy?
Odp.: Tak, po wypełnieniu pasty przewodzącej, przewody zakopane zwiększają przewodność cieplną i mogą przenosić umiarkowane prądy (do 5A).3 mm+) z grubo obrobioną miedzią.

P: Jaka jest premia kosztowa za zakopane pręty?
Odpowiedź: Via zakopane zwiększają koszty PCB o 20-30% z powodu dodatkowych etapów przetwarzania, ale często są one zrekompensowane przez zmniejszenie rozmiaru płyty i poprawę wydajności.

P: Czy węzły zakopane mogą być stosowane w płytkach PCB elastycznych?
Odpowiedź: Tak, ale z zachowaniem ostrożności.

Wniosek
Pochowany za pomocą technologii jest kamieniem węgielnym nowoczesnego projektowania wielowarstwowych płyt PCB, umożliwiając miniaturyzację i wydajność potrzebną do 5G, medycyny i elektroniki motoryzacyjnej.Choć w produkcji istnieją wyzwania, dostosowanie, precyzja wiercenia, koszty są łatwe do zarządzania dzięki zaawansowanym procesom (wiercenie laserowe, automatyczna kontrola) i przemyślonemu projektowaniu.

Dla inżynierów kluczem jest zrównoważenie gęstości z możliwością produkcji, wykorzystując zakopane przewody do skrócenia ścieżek sygnału i wolnej przestrzeni bez nadmiernego skomplikowania produkcji.Z odpowiednim partnerem i procesami, węzły zakopane przekształcają projekt PCB z ograniczającego czynnika w przewagę konkurencyjną.

Kluczowa konkluzja: Wyroby zakopane nie są tylko techniką produkcyjną, są katalizatorem innowacji, pozwalając inżynierom budować mniejsze, szybszei bardziej niezawodną elektronikę w coraz bardziej połączonym świecie.