Výroba desek plošných spojů VIPPO pro BGA a tepelné podložky

Společnost Highleap Electronics zajišťuje výrobu desek plošných spojů VIPPO pro návrhy, které vyžadují struktury typu „via-in-pad“ s definovanou výplní a pokoveným povrchem. VIPPO se často specifikuje pro pouzdra BGA nebo LGA s jemnou roztečí, odkryté tepelné podložky a husté rozvržení, kde běžné otevřené nebo stanové průchodky nejsou vhodné. Pokud váš současný dodavatel desek plošných spojů nemůže splnit požadavky na výplň průchodek, krytku nebo hotovou plošku, zašlete nám výrobní soubory k posouzení.

Spolehlivá cenová nabídka VIPPO pro výrobu desek plošných spojů musí definovat konstrukci propojovacího otvoru, nikoli se spoléhat pouze na frázi „propojovací otvor v kontaktní plošce“. Průměr propojovacího otvoru, geometrie kontaktní plošky, typ výplně, měděná krytka, rovinnost, povrchová úprava a kritéria kontroly ovlivňují náklady, dodací lhůtu a výsledky montáže. Společnost Highleap tyto detaily posuzuje s ohledem na zamýšlenou aplikaci, aby nabízená konstrukce odpovídala požadované struktuře.

Co je výroba desek plošných spojů VIPPO?

VIPPO je zkratka pro Via-In-Pad Plated Over (propojení v kontaktní plošce s pokovením). Propojení se nachází uvnitř kontaktní plošky součástky, je vyplněno specifikovaným postupem, dle potřeby planarizováno a pokoveno mědí, čímž se vytvoří souvislý povrch plošky. „Otevřeno“ není součástí této zkratky; popisuje otvor nebo stav expozice a v případě potřeby by mělo být specifikováno samostatně.

• Umístění propojovacího kontaktu: Propojení leží uvnitř zemnící plochy součástky, nikoli vedle ní.
• Specifikace náplně: Výkres nebo výrobní poznámky uvádějí požadovaný výplňový materiál a kritéria přijetí; pryskyřičné a vodivé výplně nejsou zaměnitelné.
• Pokovený povrch: Měď se nanáší na vyplněný otvor a vytváří tak souvislý, pájitelný povrch. Pro danou aplikaci je třeba definovat rovinnost, celistvost krytky a povrchovou úpravu.

Důvod, proč je toto rozlišení důležité, je ten, že několik z těchto kroků je u standardní desky volitelných a každý z nich, který je přidán, mění to, co musí výrobce kontrolovat. Propojovací otvor, který je vyvrtán a opatřen stany, je v podstatě volný. Struktura VIPPO vyžaduje řízené vyplnění, planarizaci dle potřeby, měděnou krytku a posloupnost povrchových úprav. Otvor pájecí masky kolem hotové kontaktní plošky je specifikován samostatně; neměl by být zaměňován s otevřeným nebo nevyplněným propojovacím otvorem. Dodavatel materiálu vám může sdělit „děláme propojovací otvory v kontaktní plošce“ a myslet tím verzi s vyplněnou a opatřenou stany, verzi s stany nebo verzi s pryskyřičnou zátkou, takže terminologie musí být upřesněna v poznámkách k výkresu.

VIPPO vs. otevřené průchodky a zaplněné průchodky v podložce (Via-in-Pad)

Toto je rozdíl, který nejčastěji způsobuje změnu cenové nabídky. Každý řádek níže představuje jinou fyzickou strukturu s jinou tepelnou cestou, jinými náklady a jiným rizikem selhání.

Pouze třetí řada je skutečná VIPPO. Pokud návrh uvádí „prostup v podložce, otevřený“ bez specifikace výplně, může zhotovitel dodat kterýkoli ze čtyř. Náš průvodce vyplňováním prostupů a měděním podrobně popisuje procesy vyplňování a zakrytí a rozdíly mezi přístupy k vyplňování pryskyřicí a kovem jsou uvedeny v našem návodu k konstrukci prostupů s pryskyřicí.

Proč používat měděné propojky Via-in-Pad pro BGA desky plošných spojů?

U tepelné podložky je cílem předvídatelná tepelná cesta z podložky do měděné struktury desky. Správně vyplněný a pokovený průchod poskytuje souvislý povrch pro pájení a zabraňuje cestě pronikání pájky s otevřeným otvorem, která je spojena s nevyplněným průchodem. Tepelný výkon stále závisí na výplňovém materiálu, poli průchodů, připojených měděných vrstvách a okolní vrstvě.

Stejný argument platí pro rádiové frekvence. Propojovací otvor, který je zapuštěný a nachází se uprostřed oblasti zemnící roviny, je malou oblastí nespojitosti; propojovací otvor, který je vyplněn a pokoven, je souvislá měď. V konstrukci, kde je propojovací otvor záměrně umístěn tak, aby přerušil rovinu nebo vytvořil známý pahýl, platí obrácená logika a propojovací otvor by měl být otevřený, nikoli zapuštěný, aby byla struktura definovaná, nikoli náhodná.

Protože je průchodka otevřená, stává se povrchová úprava spíše funkčním než kosmetickým požadavkem. ENIG je obvyklou volbou pro průchodku, která se bude pájet, protože zůstává po dlouhou dobu plochá a pájitelná. ENEPIG se používá tam, kde je vyžadován tepelný výkon imerzního stříbra spolu s pájitelným povrchem. Imerzní stříbro na vzduchu obsahujícím síru ztmavne, což je důležité, pokud jsou desky před montáží skladovány. Náš výběr povrchové úpravy pro VF a mikrovlnné desky tento kompromis pokrývá a obecné možnosti jsou porovnány v našem procesu povrchové úpravy ENIG.

Výrobní proces VIPPO PCB: Vyplnění a pomědění

Níže uvedená sekvence vysvětluje, proč VIPPO deska není jen standardní deska s připojenou poznámkou. Každý krok je samostatný cyklus s vlastním ovládáním a pořadí není volně nastavitelné.

Dva detaily v této tabulce rozhodují o tom, zda proces funguje. Prvním je kontrola výplně a přípravy povrchu před zakrytím, což ovlivňuje přilnavost a rovinnost krytky. Druhým je definice pájecí masky kolem hotové plošky: otvor masky musí odpovídat vzoru kontaktů pouzdra a neměl by zanechávat nežádoucí zbytky masky na pájitelném povrchu. Vztah mezi výplní, krytkou a maskou je podrobněji popsán v naší výrobě desek plošných spojů HDI.

Mědí plněné vs. pryskyřicí plněné VIPPO průchodky

Pokud návrh vyžaduje vyplněný, pokovený průchod, je výplňový materiál rozhodnutí s reálnými důsledky. Dvě běžné možnosti jsou kov a pryskyřice a nejsou zaměnitelné.

• Měděná pastová výplň Vytváří pevný kovový sloupec. Vede teplo a proud a lze jej přímo pokovovat. Během spékání se smršťuje, takže otvor musí být o něco menší než terč a vyžaduje spékací profil, který nepoškodí laminát. Toto je správná volba, když musí propojovací otvor vést teplo nebo proud do vnitřní vrstvy.
• Pryskyřičná výplň utěsní průchod a může poskytnout povrch pro následnou planarizaci a zakrytí. Pryskyřice je obecně méně tepelně vodivá než měď, takže tepelná dráha musí být posouzena s ohledem na konstrukční cíl, spíše než předpokládat, že pryskyřičná a měděná výplň fungují stejně.

Existují dvě další varianty. Vyplňování průchodů laminací využívá v prepregu film plniva, takže výplň se nanáší ve stejném lisovacím cyklu jako laminace, což je standardní postup pro struktury mikroprochodů v sekvenčních sestavách. Selektivní vyplňování vyplňuje pouze označené průchody na panelu, který obsahuje vyplněné i nevyplněné struktury průchodů, což je způsob, jakým se vytváří deska s tepelnými průchody v jedné oblasti a průchody utěsněnými pryskyřicí jinde. Kompromisy pryskyřičného přístupu jsou popsány na naší stránce o otvorech pro pryskyřičné zátky a sekvenčně závislá povaha procesu je uvedena v naší sekvenční laminaci pro desky plošných spojů HDI.

Požadavky VIPPO na montáž a pájení desek plošných spojů pro BGA

Pronikání pájky je primárním problémem, když se pájka může dostat do otevřeného nebo neúplně uzavřeného otvoru. Správně vyplněná a pokovená kontaktní ploška VIPPO je navržena tak, aby poskytovala souvislý pájitelný povrch. Riziko při montáži může stále vznikat v důsledku vad krytu, nadměrného zakřivení, špatné rovinnosti, nevhodné geometrie plošky nebo nesprávného objemu pájecí pasty, proto by se výrobci a montážní firmy měli před první montáží dohodnout na kritériích přijetí.

Existují tři způsoby, jak to ovládat, a ty se používají v kombinaci:

• Definovaná geometrie plošky a průchodu. Specifikujte průměr, velikost kontaktní plošky, rozteč a požadovaný měděný kryt tak, aby hotová kontaktní ploška podporovala rozměry součástky a návrh pájecí masky.
• Redukce clony šablony na podložce. Plocha šablony pasty pro odkrytou plošku se zmenší tak, aby počáteční objem pájky odpovídal potřebám spoje, nikoli objemu, který by naznačovala plocha plošky. Jedná se o kontrolu na straně montáže a musí být dohodnuta s montážním dodavatelem, nikoli pouze s výrobcem.
• Ověření výplně, zakončení a rovinnosti. Specifikovaný výplňový materiál, celistvost krytky a rovinnost upraveného povrchu by měly být zkontrolovány podle výkresu. Nejlepší volba výplně závisí na elektrických, tepelných, mechanických a spolehlivostních požadavcích.

Pravidla návrhu, která zajišťují jeho fungování, jsou uvedena v našem dokumentu Návrh propojení RF PCB a proces na straně sestavy je popsán v našem dokumentu Proces montáže PCB . Pokud má návrh jak VIPPO, tak i náročné tepelné prostředí, je vhodné se před prvním článkem dohodnout na redukci šablony a rozvržení propojení s výrobcem i montážníkem, protože obě strany musí být konzistentní.

Běžné vady desek plošných spojů VIPPO a rizika spolehlivosti

Toto jsou vady, kvůli kterým může konstrukce VIPPO projít vizuální kontrolou a přesto selhat v provozu.

• Vyplňte prázdná místa. Sloup s dutinou uprostřed vede méně, než naznačuje výkres, a je z povrchu neviditelný. Pokud je tepelný výkon hnací silou návrhu, je to nejdůležitější vada, a proto je třeba vyjednávat spíše o řízení procesu výplně než o vzhledu výplně.
• Delaminace víčka. Vrchní vazba se oddělí od výplně a v nejvíce namáhaném místě konstrukce vznikne dutina. Ta se po tepelném cyklování projeví jako otevřený obvod.
• Vady víčka nebo povrchu. Prohlubně, dutiny, oddělení krytky nebo kontaminace pájecí masky na hotové plošce mohou ohrozit pájitelnost a rovinnost. Kritéria přijetí by měla rozlišovat vadu výplně od problému s povrchovou úpravou nebo procesem montáže.
• Nedostatečná pájka ve spoji. To může být způsobeno návrhem šablony, objemem pasty, geometrií kontaktní plošky nebo nastavením sestavy. U správně zakryté kontaktní plošky VIPPO nepředpokládejte, že je příčinou únik pájky, aniž byste zkontrolovali hotový prostup a pájený spoj.
• Odkrytí a koroze holé mědi. Otevřená kontaktní ploška je holá měď bez ochranné masky. Pokud má konstrukce otevřený průchod a není specifikována žádná povrchová úprava nebo povrchová úprava není pájitelná, je kontaktní ploška místem koroze.

Ověření integrity pokovených otvorů je zahrnuto v našem zátěžovém testování propojení (IST) a obecné aspekty spolehlivosti pokovených otvorů naleznete na naší stránce o spolehlivosti desek plošných spojů.

Pokyny VIPPO pro návrh desek plošných spojů pro jemně roztečové BGA

Toto jsou pravidla, která rozhodují o tom, zda je deska vyrobitelná, a měla by být opravena před vydáním kresby, spíše než odhalena během kontroly.

Pokud prochází průchod blízko nebo skrz zakopaný či slepý průchod, je třeba interakci mezi těmito dvěma procesy spíše kontrolovat než předpokládat, což je uvedeno na naší stránce o zaslepených a zakopaných průchodech. Obecný přehled grafiky oproti standardním pravidlům je k dispozici v naší recenzi návrhu desek plošných spojů pro vyrobitelnost (DFM).

Výrobce desek plošných spojů VIPPO pro zaplněné a pokovené průchody

U projektů, které hledají výrobce desek plošných spojů VIPPO , může společnost Highleap posoudit specifikovanou strukturu vyplněných a zakrytých otvorů, návrh okolní kontaktní plošky a požadavky na kontrolu. Z cenové nabídky by mělo být jasné, zda požadovaná konstrukce používá pryskyřičnou výplň, vodivou výplň nebo jinou schválenou trasu a jaká kritéria pro konečnou úpravu povrchu platí. To je obzvláště důležité pro výrobu desek plošných spojů VIPPO pro BGA , kde koplanarita kontaktních plošek a kontrola objemu pájky mohou ovlivnit výtěžnost sestavy.

Pro přesnou cenovou nabídku na desku plošných spojů s vyplněnými a zakrytými propojkami v kontaktní plošce poskytněte soubor s vrtacími údaji, průměrem propojek, roztečí, rozměry kontaktních plošek, zapojením vrstev, uspořádáním desky, povrchovou úpravou, specifikací výplně a případnými standardy pro přijetí zákazníkem. Pokud bude deska montována, přiložte kusovník, soubor pro montáž a montážní výkres, aby bylo možné společně zkontrolovat požadavky na výrobu a montáž.

Informace o procesu plnění a pokovování propojení od společnosti Highleap jsou relevantní pro diskusi o plnění a zakrytí, zatímco výroba desek plošných spojů s technologií HDI je relevantní, pokud je VIPPO součástí husté mikropropojení nebo konstrukce s plošnými spoji. Pro kompletní montáž prodiskutujte rozsah desky a montáže s naším týmem pro montáž desek plošných spojů.

• Balíček cenových nabídek: Data Gerber/ODB++, vrtací soubor, vrstvení, geometrie propojení/plošek, specifikace výplně a zakončení, povrchová úprava, množství a kritéria kontroly.

Často kladené otázky k výrobě desek plošných spojů VIPPO

Je VIPPO totéž co via in pad?

No. “Via-in-pad” describes the location of the via. VIPPO means Via-In-Pad Plated Over and specifies a filled via with a plated-over surface. The fill material, cap requirements, solder-mask opening and surface finish should be defined separately on the fabrication drawing.

Lze VIPPO kombinovat se slepými a zapuštěnými průchodkami?

Ano, ale tyto dva procesy se vzájemně ovlivňují a na pořadí záleží. Prostup vyplněný laminací musí být vyplněn v lisovacím cyklu a slepý prostup zabudovaný ve stejném laminátu může být nutné odhalit a pokovit v pozdějším cyklu. Existují desky kombinující obojí, ale potřebují spíše promyšlený postup než hromadu nezávislých poznámek.

Ovlivňuje VIPPO impedanci postižených sítí?

Může to platit, a ve většině případů je to příznivé pro napájecí a zemnící sítě, protože vyplněný a pokovený průchod se chová jako plný měděný sloupec, nikoli jako pokovená trubice s dielektrickým jádrem. Na signálové síti s řízenou impedancí má vyplněný průchod jinou impedanci než nevyplněný, takže model průchodu v simulaci by měl odrážet hotovou konstrukci.

Lze desky sestavit po výrobě VIPPO?

Ano. Správně vyrobené kontaktní plošky VIPPO jsou určeny k podpoře pájení součástek přímo na pokovený povrch. Montér by měl i tak zkontrolovat geometrii plošek, otvor šablony, objem pájecí pasty a doporučení ohledně tepelných plošek v pouzdře, zejména u velkých odkrytých plošek nebo pouzder BGA s jemnou roztečí.

Jak se ověřuje VIPPO?

Průřezem vyplněných otvorů na vzorkových jednotkách pro kontrolu náplně a krytky, měřením kontinuity a tepelného odporu, pokud na tom závisí konstrukce, a kontrolou odkryté kontaktní plošky na přítomnost zbytků masky. Plán vzorkování a metoda měření by měly být dohodnuty v cenové nabídce, nikoli předpokládány.