הבנה של Via Fill and Plating Options

לוחות מעגלים מודפסים (PCBs) יוצרים את עמוד השדרה של אלקטרוניקה מודרנית, מסמארטפונים ומכשירים רפואיים ועד מערכות בקרה לרכב ואוויר חלל avionics. בתוך כל PCB, באמצעות - חורים קטנים מחושבים המחברים שכבות שונות - כמו מסלולים קריטיים עבור אותות חשמליים וכוח.ההחלטות שהתקבלו על איך אלה באמצעות s מלאים ומצליחים ישירות את יכולת המכנית של הלוח ואת הביצועים שלה עמידות עבור מהנדסים חיוניים, אשר חייב להיות בעל פה, תכונות אנושיות, ואמינות האדם.

באמצעות מילוי ומינוף PCB אינם אחד בגודל של אפשרויות-כל. A באמצעות עשוי להיות לא מלא (פתוח), מלא חלקית, או מלא לחלוטין בחומר שיכול להיות מוליכים או לא מוליכים.התהליך הממושך מדביק את הקירות באמצעות נחושת, יצירת נתיב התנהגות אמין. עובי, אחידות, ואיכות של אותה שכבת נחושת כל מה שיכולה הנוכחית להתנהגות תרמית.

סוגים של וריאציות ושיקולים שלהם

דרך הולי

באמצעות חור לאורך כל עובי הלוח.בעיצובים רבים, אלה דרך נותרו ללא מלא והם פשוט מסולפים.עם זאת, עבור יישומים הדורשים אמינות גבוהה או הגנה מפני contaminants, דרך חור דרך דרך יכול להיות מלא עם epoxy לא מוליכים או פס מולי התנהגות.מלא מנעים ממכרים במהלך ההרכבה, מקטין את הסיכון של היווצרות, וחוזק מכני סביב החורים.

וידויים עיוורים וקברו

עיוור דרך לחבר שכבה חיצונית לשכבות פנימיות אחד או יותר מבלי לעבור את כל הלוח. קבורה דרך קיים לחלוטין בין שכבות פנימיות. אלה דרך דרך בדרך כלל קטנים יותר בקוטר ודורש מילוי זהיר כדי למנוע לכידת אוויר או שפע מלא. מילוי מוליכים משמש לעתים קרובות לעיוורים וקבורים באמצעות שמירה על התנגדות חשמלית נמוכה ולשפר את מוליכות תרמית בעיצובים גבוהים (HDI).

מיקרו-vias

מיקרוביות, עם קוטרים פחות מ-150 מיקרומטר, נוצרים על ידי קידוח לייזר והם מהווים מרכיב עיקרי של טכנולוגיית HDI. הם כמעט תמיד מלאים פסים מוליכים או סגורים, בהתאם לערימה.חומר המלא חייב להיות בעל מודעות טובה לקצב הנחושת בשפע וקטן תוך כדי ריפוי.

Via Fill Materials: Conductive vs. Non-Conductive

מילוי לא-Conductive Fill (Epoxy Fill)

מילוי epoxy לא מוליכים הוא הנפוץ ביותר באמצעות חומר מילוי.זה מספק תמיכה מכנית מעולה, מילוי הדרך כולה עם רזין דיאלקטרי.

  • כוח מכני:0 (FLT:1) הepoxy הקשיח מחזק את דרך הקיר, צמצום הסיכון של סדקים תחת לחץ תרמי או מכני.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0 (ההלא יעיל): 0 (FLT:1 ; הגשמה של אפריקס היא פחות יקר מאשר מילוי התנהגותי ומשמשת באופן נרחב עבור PCB סטנדרטי.

מילוי לא מוליכים אינו תורם ל מוליכות חשמלית, כך שהוא אינו משנה את הנתיב החשמלי.עם זאת, הוא יכול להשפיע על התנהגות הרחבה תרמית.המקדם של התרחבות תרמית (CTE) של epoxy הוא בדרך כלל גבוה יותר מאשר של נחושת ואת תת-המצע, אשר עלול להוביל ללחץ בפינות באמצעות רכיבה על טמפרטורה.

מילוי מוליכים (Copper or Silver Paste)

מוליכים באמצעות חומרי מילוי נועדו לשאת זרמים גבוהים ולשפר ניהול תרמי.סוגים נפוצים כוללים epoxy מלא נחושת, פס מלא כסף, ונחושת מלאה מלאה באמצעותs.

  • (ב) ,0) ל"התנגדות חשמלית": 1FLT:1 מילוי מוליכים מקטין באמצעות התנגדות ומצמצם את ההשפעות הטפיליות, חיוניות להפצת כוח ולתותים גבוהים.
  • (FLT:0) יכולת נוכחית גבוהה: 1FLT:1 מלא נחושת מוצק יכול לשאת מספר אמפרים ללא חימום יתר, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים של חשמל ומכוניות.
  • (ב) ,0) ,ההתנהגות התרמית: חליל 1 (ב) חומר מילוי מספק נתיב העברת חום, ניתוק חום ממרכיבים אל מטוסים נחושת פנימיים.

ה- Trading-off הוא כי מילויים התנהגותיים יקרים יותר ודורשים שליטה מדויקת בתהליך. in Completely cured paste or Poor adhesion יכול ליצור ריקנים או סדקים, תוך שילוב של יושרה מכנית וחשמלית.בנוסף, למלאות התנהגותית יש CTE נמוך יותר מאשר epoxy, אשר יכול להפחית את הלחץ אבל יכול גם להתאים את המצע במהלך שינויים קיצוניים בטמפרטורות.

בחירת המילוי הנכון

ההחלטה בין מילוי מוליכים ולא מוליכים תלויה ביישום.עבור לוחות לוגיקה דיגיטליים עם דרישות נוכחיות מתון, epoxy לא מוליכים מספק תמיכה מכנית מספיק עלות נמוכה יותר. עבור מודולי RF, מגברי חשמל, או גבוה אחריות גבוהה mil / aerospaces, התנהגות היא לעתים קרובות חובה לענות מפרטים חשמליים ורחום.

מיפוי תהליכים ושיקולי תקלימות

סיקור: Electroless Copper Deposition

ציפוי נחושת אלקטרו-less הוא הצעד הראשון באמצעות מתכתליזציה. שכבה דקה של נחושת (0.5-1.0 μm) הוא מופקד כימית על הקירות ללא זרם חשמלי.שכבה זו מספקת זרע מוליכים עבור אלקטרו-plating מאוחר יותר.איכות של מחיקה נחושת אלקטרו-less - החידה, הכיסוי והדונות שלו - משפיעה באופן ישיר על האמינות של הצלחת באמצעות אלקטרו-ידי אלקטרו-אדם שלילי יכול להוביל או למנועימנטום.

מכשיר אלקטרוליטי פלאטינג

לאחר מחיקה אלקטרוליטית, שפע מצטבר עובי נחושת לרמה הרצויה - באופן חד-משמעי מ 25 מיקרומטר (1 oz /ft2) עד 100 מיקרומטר או יותר עבור לוחות עתים גבוהים. עובי בשפע השפעות מכניות וחשמל:

  • כוח מכני:0 (FLT:1) נחושת Thicker מגביר את היכולת של הקיר לעמוד בלחץ רבילי, עווית, ורכיבה תרמית. IPC-6012 Class 3 דרישות לציין עובי ממוצע מינימלי של 25 מיקרומטר (1 מילימטר) בחבית.
  • (FLT:0) ביצועים חשמליים: 1FLT ההתנגדות התחתונה עם נחושת עבה יותר משפר את יכולת ההחלמה הנוכחית ומפחית את אובדן הכוח. עבור אותות גבוהים, עובי גובר על חוסר העצור; עובי מופרז יכול להגביר את אובדן אפקט העור.

התכווצות אחידות מאתגרות במיוחד ב-aspect-ratio דרך (מעמיק ל-diameter > 6:1) כימאים מתקדמים וטכניקות הדופק בשפע מסייעות להשיג עובי עקבי לאורך כל הדרך, למנוע כתמים דקים שיכולים להפוך נקודות כשלון.

איכות והגנת מייגציה

פגמים נפוצים כוללים רִיק, בורות, נוודים, ו "דוגמת כלב" (עובי הכרחי על פינות) פגמים אלה להתפשר כוח מכני על ידי יצירת עלייה בלחץ יכול להגדיל את ההתנגדות החשמלית או ליצור מעגלים פתוחים. רגיל צולב ניתוח מיקרוסקופי מיקרו-מחלקה עבור IPC-TM-650 הם חיוניים להליך אימות.

השפעה על כוח מכני

אופניים חמים ו- CTE Mismatch

PCB עובר התרחבות תרמית התכווצות במהלך ייצור ושינויים בטמפרטורה תפעולית.ה-CTE של נחושת (~17 ppm/ ° C) נמוך יותר מזה של תת-קרקעי טיפוסי (~12-16 ppm/ ° C במטוס, אך הרבה יותר גבוה ב- Z-direction, עד 60 ppm/C) זה לא מתאים יוצר לחץ על החבית ועל הממשק בין החומר למלא את הניאקציה, במיוחד באמצעות דחיסות אחידות.

מילוי לא מוליכים עם CTE דומה תת-קרקעי יכול לשפר את האמינות תחת רכיבה תרמית.עבור סביבות קיצוניות כגון רכב מתחת למכסה או avionics, מלא נחושת באמצעותs מציעים התאמה טובה יותר למטוסי נחושת, אבל המילוי עצמו חייב להיות מכווץ נמוך ודבקות גבוהה. IPC-9701A מספק הנחיות לבדיקת אופניים תרמיות של אסיפות PCB.

הלם מכני ויברציה

ביישומים הקשורים לזעזוע או לרטט - כגון מכשירים ניידים, מזל"טים או ציוד צבאי - באמצעות מילוי באופן משמעותי את העוצמה המכנית. An unמלא באמצעות מעשים כמתרכזים בלחץ בקיר החביה.מלא את הדרך עם epoxy או פס מוליכים מחזק את המבנה, מה שהופך אותו יותר עמיד לפצח.פלינג ממלא תפקיד: נחושת עבה יכול לספוג יותר אנרגיה לפני כישלונות.

עיוור ונקבר דרך הם פגיעים במיוחד ללחץ מכני משום שחסר להם תמיכה חורית.מלאים מוליכים משמשים לעתים קרובות בתרחישים אלה כדי לשפר את ההמשכיות החשמליות ואת השלמות המכנית.קלוט מיקרווויה (שכבות מקודמות של מלא דרך זה) דורש עיצוב זהיר כדי להימנע מצטברות מתח; staggered באמצעות staggers בדרך כלל מועדות לאמינות גדולה יותר.

« « « « « « « « « שרוף ו- Flexuralחוזק

כאשר PCB הוא כפוף - טיפול באסיפה או יישומי מעגלים גמישים - דרך ניסיון רבייה מתוח.מלא באמצעות הגדלת הנוקשות המקומית, צמצום המתח על החבית נחושת.עם זאת, אם חומר מילוי הוא מדי מתפתל, זה יכול לפצח ולאחר מכן debond מן ה plating. a היטב-chosen epoxy עם גמישות מתאימה (הארכה של 5%) משפר ביצועים.

השפעה על ביצועי חשמל

אותות אינטגרליות ובקרת עכבות

בתדרים גבוהים (מעל 1 GHz), באמצעות מציג אינדוקקט טפילטי וכניעה שיכולה לדרג את איכות האותות.אורך הדרך, הקוטר שלה, ואת חומר מילוי כל השפעה על הטפילים האלה. a מוצק מלא נחושת באמצעות מתנהג יותר כמו המשך של העקב, צמצום הפסקת האש הנגרמת על ידי החבית באמצעות לא מוליכים למחצה יש השפעה מינימלית, משאירה דרך מבנה חשמלי.

עבור RF ועיצובים דיגיטליים מהירים, המטרה היא למזער באמצעות אורך ספקטרום - החלק הלא בשימוש של חור דרך זה פועל כמו אנטנה.מלא ו capping את דרך מבטלים את הגמגמים ומשפר אובדן החזרה.מילוי עוד מקטין את ההשפעות של הצטברות על ידי מתן נתיב נמוך-סרפסה.

הפצה וקיום נוכחי

ברשתות משלוח כוח, באמצעות נושאים זרם DC ו transient. An unמלא באמצעות שטח מוגבל חצוי בחבית plating (< 1% של האזור החור עבור נחושת טיפוסי 1 oz) מוליכים למלא את החלק היעיל של מחזור הצלב, צמצום ההתנגדות ומאפשר זרם גבוה יותר ללא חימום מופרז. לדוגמה, 0.5 מ"מ באמצעות 25 מיקרומטר יש התנגדות של כ 60 מ"ר, אם זה פחות מ"ר, 000 עבור ניהול סוללה.

עובי מטבוליזם משפיע ישירות על היכולת הנוכחית תקן IPC-2152.כלל אצבע: 35 מיקרומטר נחושת יכול לשאת בערך 1 A ל- 0.5 מ"מ באמצעות קוטר, בעוד 70 מיקרומטר נחושת מכפיל את היכולת.

ניהול ארס

חום שנוצר על ידי רכיבים חייב להתבצע כדי לחמם כיור או מטוסים נחושת פנימיים.Vs לפעול כמו conduits תרמי. a נחושת מלא באמצעות מוליכות תרמית מעל 300 W / mK, הרבה יותר גבוה מ 0.3 W / mK של substrates מבוסס epoxy. Arrays של תרמי באמצעות רכיבי כוח - באמצעות פונקציות מוליכים ומלאות חום - הם סטנדרטיים בתאורה LED ו- אלקטרוניקה ללא יכולת עדיין יכול למלא אחר מוליכים באופן שונה.

סחר- offs ו- Best Practices

עלויות לעומת ביצועים

ביצוע באמצעות מילוי מוסיף עלות ייצור משמעותית - לעתים קרובות 30-50% יותר מאשר מילוי לא מוליכים - עקב צעדים נוספים, עלויות חומריות, ואתגרי התשואות. מעצבי צריכה למלא רק עבור קריטי דרך נתיבי כוח, מעברי אות גבוה, או אזורים עם דרישות אמינות קיצונית. עבור רוב האותות באמצעות, epive epive מספק תמיכה מכנית נאותה בעלות נמוכה יותר.

יכולת

סנטימטר קטן באמצעות ( ⁇ 0.3 מ"מ) קשה למלא אחיד עם פס התנהגותי; תהליכים מבוססי ואקום המבוססים על epoxy יש תוצאות טובות יותר.יחסי היבטים גבוהים דורשים בקרת תהליך זהירה כדי להימנע ממכשולים. עבור ייצור המוני, בחירת חומר מלא כי הוא תואם את טמפרטורת הריפוי של המסכות נמכר ופרופיל זרימה מחדש הוא חיוני.

בדיקה חוזרת

שיטות הטובות ביותר כוללות תכנון קופונים מבחן על לוח הייצור כדי לפקח על איכות. ניתוח סעיף קרוס לאחר רכיבה על אופניים טמפרטורה (למשל, 55 מעלות C ל +125 ° C, 500 מחזורים עבור IPC-6012 מגלה סדקים, רִיק, או דלמנטון. בדיקות חשמל באמצעות מדידות התנגדות שרשרת יכול לזהות השפלה הדרגתית. עבור יישומים של אמינות גבוהה, 100% בדיקה אופטית (AI) של מלא באמצעות מומלצות.

הנחיות עיצוב

  • (ב) ,0) ,Absp; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ,Maintain מינימום העמיס עובי 1: 20 מיקרומטר לסטנדרט, 25 מיקרומטר עבור Class 2, ו 35 מיקרומטר עבור כיתה 3 עבור IPC-6012.
  • (ב) ⁇ :0) , ימלאו את החומריFLT:1 על ציור ההטבעה: "התקבלו עם epoxy לא מוליכים" או "ממלאים את האפר" עם אחוז ריק הנדרש.
  • (ב) ,0) ,Use Through-in-padFLT:1 רק עם מילוי התנהגותי כדי למנוע מכרה ללא רכיבים.
  • (ב) ,0) ,Consider היברידית באמצעות sFLT:1:לא מוליכים למלא עם כובע נחושת מוקרן עבור תוכניות פני השטח וביצועים חשמליים.

טכניקות מתקדמות ומגמות עתידיות

קופר-פרשן סמויה

במקום למלא עם פסטה, כמה עיצובים HDI משתמשים באופן מלא נחושת-לוחמת דרך (באמצעות-ב-ב-הלוח מצופה) גישה זו דורשת מחזורים מרובים בשפע כדי לסגור את הפתיחה, יצירת תקע נחושת מוצק.התוצאה היא מוליכות חשמלית ותרמית מעולה עם שגיאה מינימלית CTE. עם זאת, היא מוגבלת לדלקת קטנה באמצעות (<5 מ"מ) כדי למנוע זמן מופרז ועלות.

לייזר-Deposited Fill and Additive Processes

טכניקות ייצור תוספי מזון מתפתחות, כגון הדפסה מטוס אווירול או כתיבה ישירה דיו, מאפשרות מחיקה מדויקת של מילוי התנהגות לתוך מיקרו-vias. שיטות אלה להפחית פסולת חומר ומאפשרות החלפת תוך כדי ההרכבה.למרות עדיין לא הזרם המרכזי, הם מבטיחים עלויות נמוכות יותר וגמישות גדולה יותר עבור אב-טיפוס ולוחמי נמוך.

חידושים חומריים

פורמולות epoxy חדשות עם CTE תואמות נחושת (למשל, באמצעות מילוי סיבים ramid) מפותחות כדי להפחית את הלחץ התרמי. בדומה, פסים היברידיים של כסף מציעים מוליכות משופרת וטמפרטורות נמוכות יותר של תרופות כאלה יכולים לגרום למלא מוליכים יותר נגיש ואמינה בעתיד.

תקנים והסמכת

IPC-6012E (Rigid PCBs) ו- IPC-6013 (Flexible) מספקים קריטריונים קבלה עבור באמצעות איכות מלאה.עדכון IPC-6012F הבא מדגיש באמצעות בדיקות אמינות עבור יישומים של רכב ואוויר. מעצבים צריכים להישאר הנוכחי עם סטנדרטים אלה כדי להבטיח את שלהם באמצעות בחירת מילוי דרישות התעשייה.

(ב) לקבלת מידע מפורט יותר על דרך מפרט מילוי, מתייחס לדף הסטנדרטים של ה-CDC:0IPC Page Figve:1. [ההנחיות לתכנון מעשי עבור דרך תרמית ניתן למצוא ב-FLT:2Electronics CoolingFLT 3: 3] עבור דיון מעמיק של פגמים, פרופילים של PLT:4B007FLT:5 מחקרים נוספים, ההשוואה בין השאר, ל-Flyer: 7FlyFer.

מסקנה

הבחירה של באמצעות מילוי ואפשרויות מינוף היא פעולה איזון בין כוח מכני וביצועים חשמליים, עם עלות ומיומנות כמגבלות. epoxy לא מוליכים מספק חיזוק מכני חזק בעלות נמוכה, מתאים עבור רוב לוחות אנלוגיים דיגיטליים ונמוכים. מוליכים למלא, בעוד יקר יותר, מספק ביצועים חשמליים תרמיים מעולים עבור יישומים עתירי גבוה, גבוה, גבוה, גבוה, גבוה, גבוה, גבוה, וגבוהים, וקיבולת חיים.

בעוד מכשירים אלקטרוניים ממשיכים להתכווץ בגודל תוך כדי דרישה לביצועים גבוהים יותר, התפקיד של באמצעות מילוי וגיוס הופך אפילו יותר קריטי.מעצבים שמבינים את ה- Trading-offs ומיישמים את התרגילים הטובים ביותר יניב PCB שלא רק לתפקד כראוי אלא גם לשרוד את הלחץ הפיזי והסביבתי של שימוש בעולם האמיתי.