Via-in-Pad
Capacidades de fabricação de PCB
A tecnologia Via-in-pad é muito importante para dar suporte ao design moderno de PCB de alta densidade, dada a crescente compactação e complexidade dos dispositivos eletrônicos. A tendência para a miniaturização forçou os fabricantes de chips a desenvolver componentes com espaçamentos mais finos, como BGAs, QFNs e flip chips, todos os quais necessitam de capacidades de roteamento mais avançadas. Para resolver estes problemas sem comprometer a integridade do sinal, os designers de PCB estão combinando estruturas via-in-pad plated over (VIPPO) com abordagens de design tradicionais. Esta integração tem uma boa roteabilidade e permite criar placas de circuito confiáveis e de alto desempenho.
O que é via-in-pad?
Via-in-pad é uma técnica de projeto de PCB em que a via é colocada diretamente na almofada do dispositivo de montagem em superfície (SMD), enquanto as vias tradicionais são normalmente localizadas em uma zona sem componentes. Esse método é normalmente utilizado em projetos de alta densidade para economizar espaço e simplificar o roteamento, uma vez que os caminhos dos sinais são encurtados. Além disso, o desempenho elétrico das placas de circuito também pode ser aprimorado por meio do via-in-pad.
Via-in-Pad vs. Vias tradicionais
A tabela comparativa entre via-in-pad e vias tradicionais em vários aspectos segue abaixo:
| Aspecto | Vias Tradicionais | Via-in-Pad |
|---|---|---|
| Localização | Áreas sem componentes da PCB | Diretamente sobre os pads SMD |
| Método de Conexão | Requer trilhas separadas para conectar os pads | Conexão direta entre o pad e a via |
| Abordagem de Roteamento | Atravessa áreas sem componentes e conecta às trilhas do outro lado | Permite conexões diretas para as camadas internas/inferiores |
| Uso de Espaço | Consome espaço adicional da PCB para posicionamento da via e roteamento das trilhas | Maximiza o espaço eliminando áreas de afastamento da via |
| Requisitos de Fabricação | Tecnologia padrão de furo passante, bem estabelecida | Requer processos especializados de preenchimento e metalização |
Processo de preenchimento via-in-pad
Epoxi não condutor é normalmente usado para preencher as vias em via-in-pad e, uma vez preenchidas, as vias são tampadas e revestidas. Isso evita que a solda vaze para dentro da via durante o refluxo, o que pode causar juntas de solda não confiáveis ou até mesmo causar curtos-circuitos. Ao preencher totalmente a via, ajuda a evitar vazios, bem como melhorar a uniformidade do revestimento.
Deve-se mencionar que esse processo é diferente do via tenting, no qual a camada de máscara de solda simplesmente cobre a via sem preenchê-la. O tenting pode impedir o fluxo de solda até certo ponto, mas não oferece a mesma confiabilidade estrutural e qualidade de soldagem que as vias preenchidas e tampadas.
Alguns projetos de via-in-pad podem usar material condutor, como cobre, para preencher a via, a fim de fornecer uma conexão elétrica direta entre a via e o pad. Isso não requer roteamento de traço adicional e o tamanho geral da PCB é reduzido, encurtando assim os caminhos do sinal e melhorando a integridade do sinal.
Vantagens e desvantagens do via-in-pad
O via-in-pad tem benefícios significativos em projetos de PCBs de alta densidade e alto desempenho, mas apresenta algumas dificuldades de fabricação. A seguir está uma lista de suas vantagens e desvantagens:
Vantagens
- Maximiza o uso do espaço do PCB: neste método, as vias podem ser colocadas diretamente sob os pads SMD, de modo que o espaço da superfície da placa seja utilizado ao máximo.
- Melhor desempenho térmico: o Via-in-pad ajuda a melhorar a dissipação de calor e a manter as temperaturas dos componentes dentro de uma faixa limitada. Isso é muito importante em PCBs de alta potência.
- Desempenho aprimorado do PCB: cada via incorre em indutância e resistência que diminuem o fluxo de corrente. Essas impedâncias elétricas afetam negativamente a funcionalidade do PCB. Ao usar a tecnologia via in pad, o caminho de fornecimento de energia é reduzido, o que melhora significativamente seu desempenho.
Desvantagens
- Complexidade do processo: O processo de cobertura via-and-pad pode levar a uma superfície irregular que requer operações corretivas adicionais.
- Tempo de fabricação prolongado: Após a perfuração, o via-in-pad teria que ser preenchido com epóxi e, em seguida, revestido; isso aumentaria o tempo total de produção.
- Aumento das despesas de fabricação: As estruturas via-in-pad são complicadas e têm várias etapas de processamento, portanto, relativamente caras de produzir.
Quando usar via-in-pad?
Para tomar decisões ideais de projeto de PCB, você precisa entender quando é necessário usar via-in-pad e quando a abordagem de roteamento simples será aplicada.
Via-in-pad é necessária quando:
- Espaçamento apertado entre pinos: em BGAs cujo espaçamento entre pinos é inferior a 0,35 mm, o espaço entre os pads é muito apertado para acomodar vias e traços usando a técnica padrão de fanout.
- Alta densidade de pinos: Componentes com um grande número de pinos criariam muitos traços de fanout, o que ocupa muito espaço de roteamento. O design via-in-pad economiza espaço de roteamento precioso, pois não há necessidade de usar espaço extra ao redor de cada via.
- Restrições de roteamento de camada: Quando ocorrem restrições de roteamento de camada na mesma camada, o via-in-pad serve como uma forma de conectar-se às camadas de roteamento internas ou à camada inferior, que tem mais espaço de roteamento.
O via-in-pad NÃO é necessário quando:
Para componentes BGA com baixa densidade de pinos e espaçamento entre pinos superior a 0,35 mm, o roteamento fanout padrão é possível com vias entre as almofadas de solda. Não há necessidade de usar via-in-pad.
As especificações do fanout BGA padrão:
- Diâmetro da via: 0,15-0,2 mm
- Largura do traço: 3-4 mil
- A largura dos anéis anulares está entre 0,3 e 0,4 mm.
Esses parâmetros podem ser usados para fazer o roteamento normal sem a necessidade de usar a tecnologia via in pad.
Diretrizes para roteamento via-in-pad
Para minimizar as dificuldades de produção, limitar os custos e manter a confiabilidade a longo prazo, existem certas regras práticas que você deve observar ao empregar via-in-pad em seu projeto de PCB, especialmente em dispositivos de montagem em superfície:
- Coloque, tampe e preencha esses componentes de acordo com as sugestões do fabricante para garantir a compatibilidade e a qualidade consistente da soldagem.
- Quando microvias forem usadas, elas devem ser colocadas em apenas uma camada da PCB, para garantir a integridade estrutural e facilitar a fabricação.
- Nunca deixe o lado sem componentes da via sem máscara de solda, pois isso os exporia ao ambiente.
- Não deixe nenhuma via aberta, a menos que não haja outra opção disponível, pois o cobre exposto pode oxidar, o que torna a PCB menos confiável e reduz sua vida útil.
- Projete o tamanho do pad de acordo com o diâmetro da via e cumpra os requisitos do anel anular IPC Classe 2 ou 3, garantindo a criação adequada da junta de solda e o isolamento elétrico.
- Preencha totalmente e planarize as vias (preenchidas com epóxi ou cobre) para obter uma superfície plana, o que é fundamental para a colocação confiável do BGA.
- Com projetos via-in-pad, às vezes você pode pular o preenchimento de vias sob os componentes, pois o próprio componente pode impedir a absorção da solda.
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