Porównanie przewodów z zakryciami i innych technologii przewodów do nowoczesnych projektów płyt PCB

W erze PCB o wysokiej gęstości – zasilanie urządzeń od smartfonów 5G po implanty medyczne – za pośrednictwem technologii jest czynnikiem decydującym.Przewody (małe otwory łączące warstwy PCB) decydują o tym, jak dobrze płyta obsługuje sygnałyWśród wielu rodzajów, technologia Capped Vias wyróżnia się zdolnością do uszczelniania otworów, zapobiegania wyciekom lutownicy,i zwiększyć niezawodność, która ma kluczowe znaczenie dla projektów HDI (High-Density Interconnect) i komponentów o cienkiej wyczucie, takich jak BGAJednakże tradycyjne przewody (przewodowe, ślepe, zakopane) nadal mają swoje miejsce w prostszych, bardziej oszczędnych projektach.,ich wydajności, możliwości produkcji i jak wybrać odpowiedni dla projektu PCB.

Kluczowe wnioski
1.Przewody z zakryciem wyróżniają się niezawodnością: uszczelnione, wypełnione otwory zapobiegają rozkładowi lutownicy, wtargnięciu wilgoci i uszkodzeniu cieplnemu. Idealne dla środowisk o wysokim napięciu (samochody, lotnictwo).
2Zalety sygnałowe i termiczne: przewody pokryte pokrywką zmniejszają straty sygnału o 20-30% (płaskie podkładki = krótsze ścieżki) i poprawiają transfer ciepła o 15% w porównaniu z niepełnionymi przewodami.
3Koszty w stosunku do wartości: przewody pokryte pokrywkami zwiększają koszty PCB o 10~20%, ale zmniejszają wady montażu o 40%, co czyni je wartościowymi w przypadku projektów HDI/fin-pitch.
4.Tradycyjne przewody do uproszczenia: przewody otwarte są tanie i wytrzymałe dla płyt o niskiej gęstości; ślepe/pochowane przewody oszczędzają przestrzeń bez kosztów pokrycia.
5.Zasady mają znaczenie: należy przestrzegać IPC 4761 Typ VII w odniesieniu do przewodów zamkniętych, aby uniknąć defektów, takich jak dolegliwości lub pustki.

Co to są przejścia z zakryciem? Definicja i podstawowe korzyści
Wykorzystuje się ją w celu rozwiązania dwóch krytycznych problemów w nowoczesnych PCB: wycieku lutownicy (w trakcie montażu) i uszkodzenia środowiska (wilgoć, kurz).z wypełnieniem przewodu przewodzącego/nieprzewodzącego materiału (epoksy), miedzi) i uszczelnione płaską czapką (maską lutową, miedzianą), tworząc gładką, nieprzepuszczalną powierzchnię.

Podstawowa definicja
Ścieżka pokryta jest przewodem, który przechodzi dwa kluczowe etapy po wierceniu i pokryciu:

1Wypełnienie: otwór przewodzący jest wypełniony żywicą epoksydową (dla potrzeb nieprzewodzących) lub pastą miedzianą (dla przewodzenia cieplnego/elektrycznego).
2.Otoczenie: na górę/dolę wypełnionego otworu nakłada się cienką, płaską warstwę (maskę lutowniczą lub miedzianą), uszczelniając ją całkowicie.

Proces ten eliminuje puste miejsce w przewodzie, zapobiega przepływowi lutownicy do otworu podczas lutowania z powrotem i blokuje przedostanie się zanieczyszczeń do PCB.

Główne cechy przewodów z pokrywką

Dlaczego w nowoczesnych projektach ważne są wiaski z pokrywką
W PCB HDI (powszechne w smartfonach, urządzeniach noszonych) przestrzeń jest bardzo ograniczona.

1Wykręcanie lutowania: Lutowanie przepływa do przewodu podczas ponownego przepływu, pozostawiając podkładkę pustą i tworząc słabe złącza.
2Nierównomierność podkładki: niewypełnione przewody tworzą wgłębienia w podkładce, co prowadzi do błędnego wyrównania komponentów.

W projektach HDI wady montażu są zmniejszane o 40%.

Jak wytwarzane są wiaski z pokrywką: Proces produkcji
Przewody z nakryciem wymagają więcej kroków niż tradycyjne przewody, ale dodatkowe wysiłki opłacają się w zakresie niezawodności.

1Przygotowanie podstawy: Zacznij od laminowanego pokrycia miedzianego (np. FR-4) wyciętego na miarę.
2Dokładne wiercenie: do tworzenia otworów należy zastosować wiercenie laserowe (w przypadku mikrowias < 150 μm) lub wiercenie mechaniczne (w przypadku większych wias) tolerancja musi wynosić ± 5 μm w celu zapewnienia wyrównania.
3Płaty: ściany przewodowe są elektroplastyzowane miedzią (25-30 μm grubości) w celu utworzenia połączenia elektrycznego między warstwami.
4Wypełnienie:
Wypełnienie epoksydowe: W przypadku potrzeb nieprzewodzących (np. dróg sygnałowych) żywicę epoksydową wstrzykuje się do dróg i utwardza w temperaturze 120-150 °C.
Wypełnienie miedziane: W przypadku przewodnictwa cieplnego/elektrycznego (np. przewodów zasilania) stosuje się pastę miedzianą i spieka ją, tworząc stały przewodnik.
5Płaskość: wypełniona przewódka jest mielona, aby utworzyć płaską powierzchnię, zapewniając brak wypukłości lub dołek (krytyczne dla lutowania).
6.Zapewnienie pokrycia: do uszczelnienia przewodu stosuje się cienką warstwę maski lutowej (dla pokryć nieprzewodzących) lub miedzi (dla pokryć przewodzących).
7.Inspekcja: urządzenia rentgenowskie sprawdzają, czy nie ma próżni; AOI (Automatyczna Inspekcja Optyczna) sprawdza płaskość i ustawienie pokrywy.

Wskazówka dla profesjonalistów: wiercenie laserowe jest obowiązkowe w przypadku mikrovia (< 150 μm) w zakrytych przez konstrukcje mechaniczne wiertarki nie mogą osiągnąć precyzji wymaganej dla elementów o cienkiej rozdzielczości.

Tradycyjne technologie drogowe: jak się porównują z drógami z zakryciem
Tradycyjne przewody (przewody otwarte, ślepe, zakopane, mikrowody) są prostsze i tańsze niż przewody zamknięte, ale nie mają cech uszczelniających i niezawodności.Poniżej znajduje się podział każdego rodzaju i ich poziom.

1Środkowo-dziurawe.
Najstarszy i najczęściej występujący w formie otworów typu, które całkowicie przechodzą przez płytę PCB, ze ścianami pokrytymi miedzią.

Kluczowe cechy
a.Struktura: Łączy warstwy górne i dolne; często stosowane do komponentów z otworami (IC DIP, kondensatory).
b. Siła: może przenosić prąd 2 ̊3A (1 mm otwór, 1 oz miedzi) i wytrzymać drgania ̇ idealnie nadaje się do PCB przemysłowych/wojskowych.
c. Koszty: Najniższe koszty wszystkich typów (bez etapów wypełniania/zawierania).

Ograniczenia i ograniczone drogi
a. Nieefektywność przestrzeni: zajmują 2x więcej miejsca w PCB niż mikrovia zamknięte, co czyni je nieodpowiednimi do projektów HDI.
b. Problemy z lutownictwem: niewypełnione otwory zwiększają ryzyko rozkładania się lutownicy, zwłaszcza w przypadku elementów o cienkiej pasmowości.
c. Utrata sygnału: długie ścieżki (przez całą płytę) powodują o 30% większe tłumienie sygnału przy wysokich częstotliwościach (> 1 GHz).

Najlepiej dla:
Proste płytki PCB (np. tablic Arduino), konstrukcje o niskiej gęstości i komponenty z otworami, w których koszt i wytrzymałość mają większe znaczenie niż miniaturyzacja.

2Ślepa droga.
Pręty, które łączą warstwę zewnętrzną z jedną lub większą liczbą warstw wewnętrznych, ale nie przechodzą przez całą płytę.

Kluczowe cechy
a.Oszczędność przestrzeni: Zmniejszenie wielkości PCB o do 30% w porównaniu z przewodyami otwornymi, powszechnie stosowanymi w smartfonach i tabletach.
b. Jakość sygnału: Krótsze ścieżki obniżają przesłanie poprzeczne o 25% w porównaniu z przewodami przechodzącymi przez otwór.

Ograniczenia i ograniczone drogi
a. Brak uszczelnienia: niewypełnione ślepe przepustniki nadal mogą powodować wyciek lutownicy i wtargnięcie wilgoci.
b. Złożoność produkcji: wymagają wiercenia laserowego i precyzyjnej kontroli głębokości (± 10 μm), co zwiększa koszty w stosunku do otworów, ale jest mniejsze niż w przypadku przewodów zamkniętych.

Najlepiej dla:
Płyty PCB o średniej gęstości (np. inteligentne telewizory) w których przestrzeń jest ograniczona, ale ograniczenie dodatkowych kosztów nie jest uzasadnione.

3Pochowany Vias.
Przewody łączące tylko wewnętrzne warstwy, nigdy nie docierające do górnej lub dolnej części płyty PCB.

Kluczowe cechy
a. Maksymalna wydajność przestrzenna: uwolnienie zewnętrznych warstw dla komponentów, umożliwiając 40% większą gęstość w porównaniu z ślepymi przewodami.
b. Niezawodność sygnału: brak ekspozycji na zanieczyszczenia zewnętrzne, co czyni je idealnymi dla sygnałów dużych prędkości (np. PCIe 5.0).

Ograniczenia i ograniczone drogi
a.Ukryte wady: nie można ich sprawdzić wizualnie, wymagają rentgenu, co wiąże się z dodatkowymi kosztami badań.
b. Brak korzyści termicznych: niewypełnione przewody zakopane słabo przenoszą ciepło w porównaniu z przewodami zamkniętymi.

Najlepiej dla:
PCB o wysokiej liczbie warstw (np. płyty główne serwerów), w których połączenia wewnętrzne są krytyczne, a przestrzeń zewnętrzna ograniczona.

4. Mikrowiany
Małe przewody (< 150 μm średnicy) wiercone laserami, stosowane w projektach HDI.

Kluczowe cechy
a.Ultra-miniaturowe: umożliwiają rozmiary podkładek tak małe jak 0,2 mm, idealne do BGA i urządzeń noszonych.
b.Szybkość sygnału: obsługa częstotliwości do 40 GHz z minimalną stratą.

Ograniczenia i ograniczone drogi
a.Złuszczalność: niepełne mikrovia łatwo pękają w wyniku naprężenia termicznego (np. lutowanie z powrotem).
b.Ryzyko lutowania: małe otwory są podatne na lutowanie wicking-microvia pokryte rozwiązują to, ale dodają 15% do kosztów.

Najlepiej dla:
Urządzenia ultra-kompaktne (np. zegarki inteligentne, aparaty słuchowe), w których często wykorzystuje się mikrovia z pokrywką, aby zwiększyć niezawodność.

Przejazdy z maską i tradycyjnymi przejazdami: porównanie między osobami
Aby wybrać odpowiedni typ, należy rozważyć jego wydajność, koszt i możliwość jego wykonania.

Przykład z rzeczywistości: Zgromadzenie BGA
W przypadku BGA o odległości 0,4 mm (powszechne w smartfonach):

a.Płaskie podkładki zapobiegają wypróżnianiu się lutownicy, co prowadzi do 99,5% wydajności złącza.
b. Niewypełnione mikrovia: lutowanie przepływa do otworów, powodując awarię 15% złączy.
d.Przejściowe przewody: Niemożliwe do użycia, zajmują zbyt dużo miejsca.

Kiedy stosować (i kiedy unikać) przewody z nakryciem
Wykorzystaj je, gdy ich korzyści uzasadniają koszty, a wybierz tradycyjne, gdy kluczem jest prostota lub budżet.

Kiedy wybrać przewody z pokrywką
1.HDI lub konstrukcje o cienkiej pasmowości: BGA, QFN lub komponenty z płaskimi podkładkami z pasmością < 0,5 mm zapewniają niezawodne lutowanie.
2Środowiska o wysokim napięciu: samochodowe (pod kapeluszem), lotnicze lub medyczne urządzenia ̇ zamknięte przewody odporne na wilgoć, wibracje i cykle temperatury.
3.Sygnały dużych prędkości: sygnały >1 GHz (5G, PCIe), w których ograniczona przepustowość ̇ niska strata sygnału jest krytyczna.
4.Komponenty zasilania: regulatory napięcia lub wzmacniacze z wypełnionymi przewodami poprawiają przenoszenie ciepła, zapobiegając przegrzaniu.

Kiedy należy unikać dróg zamkniętych
1Niskich kosztów, proste płytki PCB: tabliczki Arduino, podstawowe czujniki przez otwory są tańsze i wystarczające.
2Projekcje o niskiej gęstości: brak potrzeby zastosowania ślepych/pochowanych przewodów HDI, oszczędność przestrzeni bez ograniczania kosztów.
3Prototypowanie: Szybkie iteracje korzystają z tańszych tradycyjnych dróg; ograniczenie tylko w przypadku, gdy niezawodność jest kluczowa.

Wyzwania i rozwiązania w zakresie produkcji przewódów pokrytych
Wykonanie przewodów z zakryciem wymaga precyzyjnej produkcji, błędy powodują wady, takie jak próżnia, dołki lub niewłaściwe ustawienie.
1Wypełnianie próżni
Problem: bąbelki powietrza w wypełnieniu epoksydowo-miedzianego powodują słabe plamy i słaby transfer ciepła.
Rozwiązanie: W celu usunięcia powietrza należy użyć wypełnienia podciśnionego próżnią; wytrzymać w temperaturze 150°C przez 60 minut w celu zapewnienia całkowitego zatwardzenia.

2- Kapeluszki.
Problem: Nierównomierna płaskość pozostawia małe wgniecenia w pokrywie, co prowadzi do problemów z lutowaniem.
Rozwiązanie: stosować się do szlifowania zgodnie z normami IPC 4761 typu VII (wykorzystanie podkładek szlifujących o długości 1 μm) i sprawdzać płaskość (tolerancja ±2 μm) za pomocą AOI.

3Pęknięcia pod wpływem napięcia cieplnego
Problem: miedź i PCB rozszerzają się w różnych tempie, powodując pęknięcia w ścianie.
Rozwiązanie: użyć FR-4 o wysokim Tg (Tg > 170°C), aby dopasować się do rozszerzania cieplnego miedzi; przewody płytkowe z miedzią o grubości 30 μm dla dodatkowej wytrzymałości.

4. Błędy w wyrównaniu
Problem: Niewłaściwe wiasy (wiercenie poza środkiem) powodują słabe połączenia warstw.
Rozwiązanie: stosowanie wiertni laserowej z ustawieniem widzenia (dokładność ± 1 μm); badanie rentgenowskie po wiertni w celu zweryfikowania pozycji.

Standardy dla przewodów z nakryciem: IPC 4761 typ VII
Aby zapewnić jakość, przewody z pokrywką muszą być zgodne z IPC 4761 Typ VII, normą przemysłową dla przewodów wypełnionych i pokrytych.

a. Materiał wypełniający: Epoksy musi mieć temperaturę przejścia szklanego (Tg) > 120°C; pasta miedziana musi mieć przewodność > 95%.
b.Grubość czapki: czapki z maski lutowej muszą mieć grubość 10 ‰ 20 μm; czapki miedziane muszą mieć grubość 5 ‰ 10 μm.
c. Płaskość: powierzchnia pokrywy musi mieć maksymalne odchylenie ±2 μm w celu zapewnienia niezawodności złącza lutowego.
d.Inspekcja: 100% inspekcja rentgenowska w celu wykrycia próżni; AOI dla płaskości i ustawienia pokrywy.

Zgodność z tymi normami zmniejsza wady o 50% i zapewnia zgodność z globalnymi procesami produkcyjnymi.

Częste pytania
1Czy zamknięte przewody zwiększają integralność sygnału?
Przesyłki z "tak" tworzą krótsze, płaskie ścieżki sygnału, zmniejszając indukcyjność pasożytniczą o 20% w porównaniu z niewypełnionymi przesyłkami, co czyni je idealnymi dla sygnałów dużych prędkości, takich jak 5G lub PCIe.

2Ile doprowadziły do wzrostu kosztów PCB?
Ścieżki pokryte pokrywkami dodają 10~20% do całkowitych kosztów PCB (pełnienie + pokrycie + inspekcja).

3Czy w elastycznych płytkach PCB można stosować przewody z pokrywką?
Tak, elastyczne płytki PCB wykorzystują podłoże poliamidowe i wypełnione epoksydowo przewody zamknięte.

4Czy istnieją alternatywy dla przewodów zamkniętych w przypadku wycieków lutowania?
Ściany namiotowe (pokryte maską lutową) są tańszą alternatywą, ale mniej skuteczną - maska lutowa może się łuszczyć, co umożliwia wyciek.

5Jaka jest różnica między wiasami zamkniętymi a wiasami wbudowanymi (VIP)?
Via-in-pad (VIP) umieszcza przewody bezpośrednio pod podkładkami komponentów.VIP-owie z kapsułką rozwiążą to..

Wniosek
Przewody z zakrytymi przewodami są przełomowe dla nowoczesnych projektów PCB, odpowiadając na kluczowe potrzeby HDI, komponentów o cienkim tonie i środowisk o wysokim napięciu.wypełniona struktura zapobiega wadom lutowniczym, zwiększa integralność sygnału i wydłuża żywotność płyt PCB, co sprawia, że są niezbędne dla smartfonów, elektroniki samochodowej i urządzeń medycznych.więc tradycyjne przewody (przez otwór, ślepy, pogrzebany) pozostają najlepszym wyborem dla prostych projektów o niskich kosztach.

Kluczem do wyboru odpowiedniej technologii jest dostosowanie jej do celów projektowych:

a.Udzielenie priorytetu niezawodności i gęstości: Wybierz przewody zamknięte (podążaj za IPC 4761 Typ VII).
b.Uważaj na koszty i prostotę: Wybierz przewody otwarte lub ślepe/pochowane.
c. Priorytety ultra-miniaturyzacji: Wybierz mikrowia zamknięte.

W miarę jak PCB będą się kurczyć, a ich składniki będą coraz cienkie, ich znaczenie będzie rosnąć.Będziesz budował mniejsze PCB., bardziej niezawodne i lepiej dostosowane do wymagań nowoczesnej elektroniki.