Modern PCB Tasarımları için Kapaklı Viyalar ve Diğer Vıya Teknolojilerinin Karşılaştırılması

Yüksek yoğunluklu PCB'lerin çağında, 5G akıllı telefonlardan tıbbi implantlara kadar cihazları teknoloji aracılığıyla güçlendirmek önemli bir faktördür.Vias (PCB katmanlarını birbirine bağlayan küçük delikler) bir kartın sinyalleri ne kadar iyi işlediğini belirlerKapalı yol teknolojisi, delikleri kapatma, kaynak sızıntısını önleme,ve yüksek yoğunluklu bağlantı tasarımları ve BGA'lar gibi ince tonlu bileşenler için kritik olan güvenilirliği artırmakBununla birlikte, geleneksel viaslar (çukurlu, kör, gömülü) daha basit, maliyet duyarlı projelerde hala yerleri vardır.,Performansı, üretilebilirliği ve PCB tasarımınız için doğru olanı nasıl seçeceğiniz.

Önemli Önemli Noktalar
1Kapalı viaslar güvenilirlik açısından üstünlük kazanır: Doldurulmuş, doldurulmuş delikler lehimin yayılmasını, nemin girmesini ve ısı hasarını önler. Yüksek stresli ortamlar (otomotiv, havacılık) için idealdir.
2Sinyal ve termal avantajlar: Kapalı viaslar sinyal kaybını %20-30 oranında azaltır (düz bantlar = daha kısa yollar) ve doldurulmamış viaslara göre ısı aktarımını %15 arttırır.
3Maliyet karşısında değer: Kapalı viaslar PCB maliyetlerine %10~20% ekler, ancak montaj kusurlarını %40 oranında azaltır.
4Basitlik için geleneksel viaslar: Çukurlu viaslar düşük yoğunluklu levhalar için ucuzdur ve güçlüdür; kör / gömülü viaslar kaplama maliyeti olmadan alana tasarruf eder.
5Standartlar önemli: Çukurlar veya boşluklar gibi kusurlardan kaçınmak için kapalı viaslar için IPC 4761 Tip VII'ye uyun.

Kapalı Yollar Nedir? Tanımı ve Temel Faydaları
Kapalı viaslar, modern PCB'lerde iki kritik sorunu çözmek için tasarlanmış özel bir teknolojidir: lehim sızıntısı (montaj sırasında) ve çevresel hasar (nem, toz).Kapalı viaslar, iletken/iletmeyen bir malzeme (epoksi) ile doludur., bakır) ve düz bir kapakla kapatılır (leğen maske, bakır kaplama), pürüzsüz, geçirmez bir yüzey oluşturur.

Temel Tanımlama
Kapalı bir kanal, sondaj ve kaplama sonrası iki önemli aşamaya giren bir kanaldır:

1Doldurma: Via deliği epoksi reçine (içişletme olmayan ihtiyaçlar için) veya bakır pasta (silikal/elektrik iletkenliği için) ile doldurulur.
2Kaplama: Doldurulmuş deliğin üst/alt kısmına ince, düz bir katman (erite maske veya bakır) uygulanır ve tamamen kapatılır.

Bu işlem, yolun boş alanını ortadan kaldırır, geri akış lehimleme sırasında lehimin deliğe akmasını engeller ve kirleticilerin PCB'ye girmesini engeller.

Kapalı Yolların Ana Özellikleri

Modern Tasarımlar İçin Neden Önemli?
HDI PCB'lerde (akıllı telefonlarda, giyilebilir cihazlarda yaygın) alan premiumdir.

1Lehimlenme: Lehimlenme, tekrar akış sırasında kanala akar, bant boş kalır ve zayıf eklemler oluşturur.
2Yastık eşitsizliği: Doldurulmamış viaslar yastıkta boşluklar yaratır ve bileşen düzeni bozulmasına neden olur.

Kapalı viaslar, HDI projelerinde montaj kusurlarını% 40 oranında azaltan pürüzsüz, düz bir platform oluşturarak her ikisini de çözer.

Kapalı Viyas Nasıl Yapılır: Üretim Süreci
Kapalı viaslar geleneksel viaslardan daha fazla adım gerektirir, ancak ekstra çaba güvenilirlik açısından ödenir.

1Temel Hazırlık: Bakır kaplı bir laminatla başlayın (örneğin, FR-4) boyutuna kesilmiş.
2.Tamçılığla sondaj: Değişimi sağlamak için delikler oluşturmak için lazer sondajı (mikrovyaslar için <150μm) veya mekanik sondajı (büyük viaslar için) kullanın.
3Kaplama: Katmanlar arasında elektrik bağlantısı oluşturmak için katman duvarları bakır (25-30μm kalınlığında) ile galvanizlenmiştir.
4Doldurma:
Epoksi doldurma: İletişimsiz ihtiyaçlar için (örneğin, sinyal yolları), epoksit reçine yollara enjekte edilir ve 120-150 °C'de sertleştirilir.
Bakır doldurma: Isı/elektrik iletkenliği için (örneğin güç kanalları), bakır pasta uygulanır ve katı bir iletken oluşturmak için sinterlenir.
5Planarizasyon: Doldurulmuş yol düz bir yüzey oluşturmak için öğütülür, hiçbir darbelerin veya çukurların olmadığından emin olur (leğenleme için kritik).
6Kaplama: Yolun mühürlenmesi için ince bir katman lehim maske (iletken olmayan kaplar için) veya bakır (iletken kaplar için) uygulanır.Bu adım, iğne deliklerinden kaçınmak için IPC 4761 Tip VII standartlarına uyar.
7Denetim: X-ışını makineleri boşlukların doldurulmasını kontrol eder; AOI (Automated Optical Inspection) kapağın düzlüğünü ve hizalanmasını doğrular.

Profesyonel İpucu: Mekanik matkaplar ince tonluklu bileşenler için gereken hassasiyeti elde edemez.

Geleneksel yol teknolojileri: Kapalı yollarla nasıl karşılaştırılır
Geleneksel viaslar (çukurlu, kör, gömülü, mikro viaslar) kapalı viaslardan daha basittir ve daha ucuzdur, ancak mühürleme ve güvenilirlik özelliklerinden yoksundur.Aşağıda her türün ayrımı ve nasıl bir araya geldiği gösterilmiştir..

1Çukurlu Yollar.
En eski ve en yaygın olan, PCB'yi tamamen geçen, bakır kaplamalı duvarları olan tip açılardır.

Temel Özellikler
a. Yapı: Üst ve alt katmanları birbirine bağlar; sıklıkla delikli bileşenler (DIP IC'leri, kondansatörler) için kullanılır.
b. Güç: 2 ′′ 3A akım taşıyabilir (1 mm delik, 1 oz bakır) ve titreşime dayanabilir ′′ endüstriyel / askeri PCB'ler için idealdir.
C. Maliyet: Tüm türlerden en düşük maliyet (doldurma/kaplama adımları yoktur).

Sınırlamalar ve Kapalı Yollar
Uzay verimsizliği: Kapalı mikroyağlardan 2 kat daha fazla PCB alanı alıyor ve HDI tasarımları için uygun değiller.
b.Leğenleme sorunları: Doldurulmamış delikler, özellikle ince tonlu bileşenlerle leğenme riskini taşır.
c.Sinyal kaybı: Uzun yollar (tüm panelde) yüksek frekanslarda (> 1 GHz) 30% daha fazla sinyal zayıflamasına neden olur.

En iyisi:
Basit PCB'ler (örneğin, Arduino panelleri), düşük yoğunluklu tasarımlar ve maliyet ve dayanıklılığın minyatürleşmeden daha önemli olduğu delik içi bileşenler.

2- Kör yol.
Dış katmanı bir veya daha fazla iç katmana bağlayan, ancak tüm kartı geçmeyen yollar.

Temel Özellikler
a.Mekan tasarrufu: Akıllı telefonlarda ve tabletlerde yaygın olan delikli viaslara kıyasla PCB boyutunu% 30'a kadar azaltmak.
b.Sinyal kalitesi: Kısa yollar, delik içi viaslara göre 25% daha düşük çapraz ses.

Sınırlamalar ve Kapalı Yollar
a.Dikayet yok: Doldurulmamış kör viaslar yine de lehim sızması ve nem girme riski taşır.
b.Üretim karmaşıklığı: Lazer sondajı ve hassas derinlik kontrolü (± 10μm) gerektirir, deliklere karşı maliyetleri artırır, ancak kapalı viaslardan daha az.

En iyisi:
Ortak yoğunluklu PCB'ler (örneğin akıllı TV panelleri), yer sıkışık olduğu ancak ekstra maliyetin sınırlandırılması haklı değildir.

3Vias'ı gömdüm.
Sadece iç katmanları birbirine bağlayan, asla PCB'nin üst veya altına ulaşmayan yollar.

Temel Özellikler
a. Maksimum alan verimliliği: Bileşenler için dış katmanları serbest bırakır, kör viaslara göre %40 daha yüksek yoğunluk sağlar.
b.Sinyal bütünlüğü: Dış kirleticilere maruz kalmazlar, bu da onları yüksek hızlı sinyaller için ideal hale getirir (örneğin, PCIe 5.0).

Sınırlamalar ve Kapalı Yollar
a.Gizli kusurlar: Görsel olarak incelemek imkansız, röntgen gereklidir ve test masrafları artmaktadır.
b.Termal faydaları yoktur: Doldurulmamış gömülü viaslar kapalı viaslara kıyasla ısı transferini zayıflatır.

En iyisi:
Yüksek katman sayısı PCB'ler (örneğin, sunucu ana kartları), iç katman bağlantıları kritik ve dış katman alanı sınırlı.

4. Mikroviya
HDI tasarımlarında kullanılan lazerlerle delinen küçük viaslar (<150μm çapı).

Temel Özellikler
a.Ultra-miniatür: BGA'lar ve giyilebilir cihazlar için mükemmel olan 0.2mm kadar küçük bant boyutlarını etkinleştirin.
b.Sinyal hızı: 40 GHz'e kadar frekansları minimum kayıp ile destekler.

Sınırlamalar ve Kapalı Yollar
a.Kırılganlık: Doldurulmamış mikroviyalar termal stres altında kolayca çatlar (örneğin, geri akış lehimleme).
b.Leğenleme riski: Küçük delikler leğenleme eğilimindedir. Kapalı mikroyağlar bu sorunu çözür, ancak maliyetlere% 15 ekler.

En iyisi:
Ultra kompakt cihazlar (örneğin, akıllı saatler, işitme cihazları) genellikle güvenilirliği artırmak için kapalı mikroyağlar kullanılır.

Kapalı Yollar ile Geleneksel Yollar: Baştan başa karşılaştırma
Doğru türü seçmek için, performans, maliyet ve üretilebilirliği tartmanız gerekir.

Gerçek Dünya Örneği: BGA Toplantısı
0.4mm tonlama BGA için (akıllı telefonlarda yaygın):

a. Kapalı viaslar: Düz yastıklar lehimlenmenin çıkmasını engeller ve bu da %99,5 eklem verimliliğine yol açar.
b.Doldurulmamış mikrolar: Lehim deliklere akar ve bu da eklemlerin %15'inin başarısız olmasına neden olur.
d.Delik içi viaslar: Kullanılamıyor/çok fazla yer kaplıyor.

Ne Zaman Kapalı Viyas Kullanılmalı (Ve Ne Zaman Kaçınmalı)
Kapalı viaslar tek boyutlu bir çözüm değildir. Faydaları maliyeti haklı çıkarırsa onları kullanın ve basitlik veya bütçe anahtar olduğunda geleneksel viasları seçin.

Kapalı Yolları Ne Zaman Seçmelisiniz?
1.HDI veya ince tonlama tasarımları: BGA'lar, QFN'ler veya <0.5 mm tonlamalı “kapalı viaslar” düz bantları olan bileşenler güvenilir lehimlemeyi sağlar.
2Yüksek stresli ortamlar: Otomobil (kapüşon altındaki), havacılık veya tıbbi cihazlar, mühürlü viaslar nem, titreşim ve sıcaklık döngülerine direnir.
3. Yüksek hızlı sinyaller: Sinyal kaybının kritik olduğu sınırlı viaslar içindeki >1 GHz sinyalleri (5G, PCIe).
4Güç bileşenleri: Voltaj düzenleyicileri veya amplifikatörler doldurulmuş viaslar ısı aktarımını iyileştirir, aşırı ısınmayı önler.

Kapalı Yollardan Ne Zaman Kaçınmalısınız?
1Düşük maliyetli, basit PCB'ler: Arduino panelleri, temel sensörler, delikli viaslar daha ucuz ve yeterlidir.
2Düşük yoğunluklu tasarımlar: maliyetleri sınırlamadan yer tasarrufu sağlayan HDI'ye ihtiyaç duyulmaz.
3Prototipleme: Hızlı tekrarlamalar daha ucuz geleneksel yollardan yararlanır; güvenilirlik kritik ise sadece kap.

Kapalı Viyaslar için Üretim Zorlukları ve Çözümleri
Kapalı viaslar hassas üretim gerektirir. Hatalar boşluklar, çukurlar veya hizalama gibi kusurlara neden olur. Aşağıda yaygın zorluklar ve bunları nasıl düzelteceğiniz verilmiştir:
1Boşlukları doldurmak.
Sorun: Epoksi / bakır dolumundaki hava kabarcıkları zayıf noktalara ve zayıf ısı aktarımına neden olur.
Çözüm: Havanın çıkarılması için vakum destekli dolgu kullanın; tam sertleşmeyi sağlamak için 150°C'de 60 dakika süreyle ısıtın.

2- Başlık çukurları.
Sorun: Eşit olmayan düzleştirme, kapakta küçük çöküntüler bırakır ve kaynaklama sorunlarına yol açar.
Çözüm: Pürüzsüzlüğü kontrol etmek için IPC 4761 Tip VII standartlarına uyun (1μm abrazif yastık kullanın) ve AOI ile kontrol edin (toleransa ±2μm).

3Sıcaklık gerginliği çatlakları.
Sorun: Bakır ve PCB malzemeleri farklı hızlarda genişler, bu da kanal duvarında çatlaklara neden olur.
Çözüm: Bakırın ısı genişlemesine eşleşmek için yüksek Tg FR-4 (Tg > 170 °C) kullanın; daha fazla dayanıklılık için 30μm kalınlığında bakır bulunan plak viaslar.

4. Hizalama Hataları
Sorun: Yanlış hizalı viaslar (merkezden uzakta sondaj yapmak) katman bağlantılarının yetersiz olmasına neden olur.
Çözüm: Görüş düzeni (± 1μm doğruluk) ile lazer sondajı kullanın; pozisyonun doğrulanması için sondajdan sonra röntgen muayenesi yapın.

Kapalı Viyaslar için standartlar: IPC 4761 Tip VII
Kaliteyi sağlamak için kapalı viaslar IPC 4761 Tip VII'ye uygun olmalıdır.

a.Doldurma malzemesi: Epoksi cam geçiş sıcaklığına (Tg) >120°C sahip olmalıdır; bakır pasta>95% iletkenliğe sahip olmalıdır.
b. Kapak kalınlığı: Lehim maskelerinin kapakları 1020μm kalınlığında olmalıdır; bakır kapaklar 510μm kalınlığında olmalıdır.
c. Düzlük: Lehimli eklemlerin güvenilirliğini sağlamak için kapak yüzeyinin maksimum ±2μm sapması gerekir.
d. Denetim: Boşlukları doldurmak için %100 X-ışını denetimi; Kapak düzlüğü ve hizalama için AOI.

Bu standartlara uymak, kusurları %50 oranında azaltır ve küresel üretim süreçleriyle uyumluluğu sağlar.

Sık Sorulan Sorular
1Kapalı viaslar sinyal bütünlüğünü iyileştirir mi?
Evet kapalı viaslar, 5G veya PCIe gibi yüksek hızlı sinyaller için idealdir.

2Kapalı viaslar PCB maliyetlerine ne kadar ekler?
Kapalı viaslar, toplam PCB maliyetlerine (doldurma + kaplama + denetim) %10~20% ekler. Bununla birlikte, montaj kusurlarını% 40 oranında azaltırlar, bu nedenle fazladan maliyet genellikle daha az yeniden işleme ile telafi edilir.

3Kapalı viaslar esnek PCB'lerde kullanılabilir mi?
Evet, esnek PCB'ler poliamid substratları ve epoksi dolu kapalı viasları kullanır. Doldurulmuş malzeme esnekliği tehlikeye atmadan kritik alanlara (örneğin bağlantı bantları) sertlik katar.

4Lehim sızıntısı için kapalı viasların alternatifleri var mı?
Çadırlı viaslar (peçete maskesi ile kaplanmış) daha ucuz bir alternatiftir, ancak daha az etkilidir.

5Kapalı viaslar ile kapalı viaslar arasındaki fark nedir?
Via-in-pad (VIP), katmanlar doğrudan bileşen katmanlarının altına yerleştirir. Kapalı katmanlar, lehim sorunlarını önlemek için doldurma ve kaplama kullanan bir VIP türüdür. Kapalı VIP'ler lehim açılma riskini taşır;Bu sorunu çözmek için VIP'ler var..

Sonuçlar
Kapalı viaslar modern PCB tasarımları için oyun değiştirici, HDI, ince tonluk bileşenlerin ve yüksek stresli ortamların kritik ihtiyaçlarını karşılamaktadır.Doldurulmuş yapı lehim kusurlarını önler, sinyal bütünlüğünü arttırır ve PCB ömrünü uzatır. Akıllı telefonlar, otomotiv elektroniği ve tıbbi cihazlar için gereklidir.Bu yüzden geleneksel viaslar (çapraz delik), kör, gömülü) basit, düşük maliyetli projeler için en iyi seçim olmaya devam ediyor.

Doğru teknolojiyi seçmenin anahtarı tasarım hedeflerinize uyum sağlamaktır:

a. Güvenilirlik ve yoğunluğa öncelik verin: Kapalı viasları seçin (IPC 4761 Tip VII'ye uyun).
b.Maliyet ve basitliği önceliklendir: Delikli veya kör/ gömülü viasları seçin.
c.Ultra-miniaturizasyona öncelik verin: Kapalı mikroviyaları seçin.

PCB'ler küçülmeye devam ettikçe ve bileşenler daha ince hale geldikçe, kapalı viasların önemi sadece artacak.Daha küçük PCB'ler yapacaksınız., daha güvenilir ve modern elektroniklerin gereksinimlerine daha uygun.