VIPPO社によるBGAおよびサーマルパッド設計向けPCB製造

Highleap Electronicsは、ビアインパッド構造と規定の充填率、めっき表面を必要とする設計向けに、VIPPO PCB製造サービスを提供しています。VIPPOは、ファインピッチBGAまたはLGAパッケージ、露出型サーマルパッド、高密度レイアウトなど、通常のオープンビアやテントビアが適さない場合によく使用されます。現在のPCBサプライヤーがビア充填率、キャップ、またはパッド仕上げの要件を満たせない場合は、製造ファイルをお送りいただければ検討いたします。

VIPPO PCB製造の見積もりでは、「パッド内ビア」という表現だけに頼るのではなく、ビアの構造を明確に定義する必要があります。ビア径、パッド形状、充填タイプ、銅キャップ、平面度、表面仕上げ、検査基準など、すべてがコスト、リードタイム、組み立て結果に影響します。Highleapは、想定される用途を念頭に置き、これらの詳細を検討することで、見積もり内容が要求される構造と一致するようにします。

VIPPOのPCB製造とは何ですか？

VIPPOはVia-In-Pad Plated Overの略です。ビアは部品パッド内に配置され、指定されたプロセスで充填され、必要に応じて平坦化され、銅でメッキされて連続したパッド表面が形成されます。「Open」は略語の一部ではなく、開口部または露出状態を表すものであり、該当する場合は別途指定する必要があります。

• Via-in-padの場所: その通路は、構成要素となる土地の隣接地ではなく、その内部に位置している。
• 記入仕様書： 図面または製作指示書には、必要な充填材と受入基準が明記されています。樹脂充填材と導電性充填材は互換性がありません。
• メッキされた表面： 充填されたビア上に銅を蒸着することで、連続したはんだ付け可能な表面が形成される。平坦性、キャップの完全性、および表面仕上げは、用途に応じて定義する必要がある。

この区別が重要な理由は、これらの工程のいくつかは標準基板ではオプションであり、追加される工程ごとに製造業者が管理しなければならない内容が変わるためです。ドリル加工とテント加工を施したビアは基本的にフリーです。VIPPO構造では、制御された充填、必要に応じた平坦化、銅キャップ、および表面仕上げのシーケンスが必要です。完成したパッドの周囲のソルダーマスク開口部は別途指定されます。これは、開いたビアや未充填のビアと混同してはいけません。材料供給業者が「パッド内にビアを加工します」と言う場合、充填・キャップ加工済みバージョン、テント加工済みバージョン、または樹脂充填済みバージョンのいずれを指している可能性があるので、アートワークの注記で用語を明確にしておく必要があります。

VIPPOとオープンビアおよびフィルドビアインパッドPCB設計の比較

これが、見積もり価格が変動する主な原因です。以下の各行は、それぞれ異なる熱伝導経路、異なるコスト、異なる故障リスクを持つ、異なる物理構造を表しています。

3行目だけが真のVIPPOです。設計で「ビアインパッド、オープン」と指定されていても充填方法が指定されていない場合、製造業者は4つのうちいずれかを提供する可能性があります。ビア充填と銅めっきに関するガイドでは、充填とキャップのプロセスを詳細に説明しており、樹脂充填と金属充填のアプローチの違いについては、樹脂プラグビア構造のページで説明しています。

BGA基板に銅キャップ付きビアインパッドを使用する理由とは？

サーマルパッドの場合、目標はパッドから基板の銅構造への熱伝導経路を予測可能なものにすることです。適切に充填され、めっきされたビアは、はんだ付けのための連続した表面を提供し、未充填ビアに伴うオープンホールのはんだ吸い上げ経路を回避します。熱性能は、充填材、ビアアレイ、接続された銅層、および周囲の積層構造に依存します。

同じ議論はRFにも当てはまります。グランドプレーン領域の中央に位置する、傾斜したビアは小さな不連続部分ですが、ビアが充填されメッキされたビアは連続した銅です。プレーンを分断したり、既知のスタブを作成したりするためにビアを意図的に配置する設計では、逆の論理が適用され、ビアは傾斜させるのではなく開いた状態にしておくべきです。そうすることで、構造が偶然ではなく明確に定義されます。

ビアが開いているため、表面仕上げは外観上の要件ではなく、機能的な要件となります。ENIGは、長期間にわたって平坦性とハンダ付け性を維持するため、ハンダ付けされるビアによく使用されます。ENEPIGは、ハンダ付け可能な表面と浸漬銀の熱特性の両方が必要な場合に使用されます。浸漬銀は硫黄を含む空気中で変色するため、組み立て前に基板を保管する場合は問題となります。RFおよびマイクロ波基板向けの当社の表面仕上げオプションは、このトレードオフを考慮しており、一般的なオプションは、当社のENIG表面仕上げプロセスで比較されています。

VIPPO PCB製造プロセス：ビア充填と銅キャップ

以下の手順は、VIPPOボードが単に音符を貼り付けただけの標準的なボードではない理由を説明しています。各ステップはそれぞれ独立したサイクルであり、独自の制御機能を持ち、その順序は自由に調整できません。

この表にある2つの要素が、プロセスの成否を左右します。1つ目は、キャッピング前の充填と表面処理の制御で、これはキャップの密着性と平面度に影響します。2つ目は、完成したパッド周辺のソルダーマスクの定義です。マスクの開口部はパッケージのランドパターンと一致している必要があり、はんだ付け可能な表面に不要なマスクの残留物が残ってはなりません。充填、キャップ、マスクの関係については、当社のHDI PCB製造に関する記事でさらに詳しく説明しています。

銅充填VIPPOと樹脂充填VIPPOの比較

設計上、ビアに充填材をめっき処理する必要がある場合、充填材の選択は重大な結果を招く。一般的な選択肢は金属と樹脂の2種類であり、これらは互換性がない。

• 銅ペースト充填 固体金属柱を形成します。熱と電流を伝導し、直接めっきを施すことができます。焼結時に収縮するため、穴はターゲットよりもわずかに小さくする必要があり、積層板を損傷しない焼結プロファイルが必要です。ビアが熱または電流を内層に伝達する必要がある場合に、これが最適な選択肢となります。
• 樹脂充填 樹脂はビアを封止し、その後の平坦化およびキャッピングのための表面を提供する。樹脂は一般的に銅よりも熱伝導率が低いため、樹脂充填と銅充填が同じように機能すると仮定するのではなく、設計目標に対して熱経路を評価する必要がある。

さらに2つのバリエーションがあります。ラミネーションによるビア充填では、プリプレグに充填材のフィルムを使用し、ラミネーションと同じプレスサイクルで充填を行います。これは、シーケンシャルビルドにおけるマイクロビア構造の標準的な方法です。選択的充填では、充填済みビア構造と未充填ビア構造が混在するパネル上の指定されたビアのみを充填します。これは、ある領域に熱ビアがあり、別の領域に樹脂シールされたビアがある基板を作成する方法です。樹脂アプローチのトレードオフについては、樹脂プラグホールのページで説明されており、プロセスの順序依存性については、HDI PCBのシーケンシャルラミネーションのページで説明されています。

VIPPO BGA用PCBアセンブリおよびはんだ付け要件

はんだ吸い上げは、開いたビアや不完全にキャップされたビアにはんだが入り込む場合に特に問題となります。適切に充填され、メッキされたVIPPOパッドは、連続したはんだ付け可能な表面を提供するように設計されています。しかし、キャップの欠陥、過度の凹み、平面度の悪さ、不適切なパッド形状、または不適切なはんだペースト量などによって、組み立て上のリスクが生じる可能性があります。そのため、製造業者と組立業者は、最初の組み立てを行う前に、合格基準について合意しておく必要があります。

これには3つの制御方法があり、それらは組み合わせて使用​​されます。

• パッドとビアの形状を定義しました。 完成したパッドが部品のフットプリントとソルダーマスク設計に対応できるように、ビアの直径、パッドサイズ、ピッチ、および必要な銅キャップを指定してください。
• パッド上のステンシル開口部の縮小。 露出パッド用のペーストステンシルは、パッド面積から推測される量ではなく、接合部に必要な量に合わせて初期のはんだ量を調整できるように、面積を縮小して設計されています。これは組立側の管理事項であり、製造業者だけでなく組立業者とも合意する必要があります。
• 充填、キャップ、平面度の検証。 指定された充填材、キャップの完全性、および仕上げ面の平面度は、図面と照合して確認する必要があります。最適な充填材の選択は、電気的、熱的、機械的、および信頼性に関する要件によって異なります。

この設計を実現するための設計ルールは、当社のRF PCBビア設計に関する資料に記載されており、組立側のプロセスは、当社のPCB組立プロセスに関する資料に記載されています。設計にVIPPOと厳しい熱環境の両方が含まれる場合、最初の試作品を作成する前に、ステンシル縮小率とビアパターンについて、製造業者と組立業者の両方と合意しておくことが重要です。両者の仕様が一致している必要があるためです。

VIPPO基板によく見られる欠陥と信頼性リスク

これらは、VIPPO製品が目視検査を通過しても、運用時に不具合が生じる可能性のある欠陥です。

• 空白を埋める。 中央に空洞のある柱は、図面が示すよりも熱伝導率が低く、表面からは見えません。熱性能が設計の主眼となる場合、この欠陥が最も重要となり、充填物の外観ではなく、充填工程の制御が交渉すべき事項となる理由です。
• キャップの剥離。 キャップ層が充填材から剥離し、構造内で最も応力がかかる箇所に空隙が生じる。これは、熱サイクル後に開回路として目に見えるようになる。
• キャップまたは表面の欠陥。 完成したパッド上の凹み、ボイド、キャップの分離、またはソルダーマスクの汚染は、はんだ付け性および平坦性を損なう可能性があります。合否判定基準では、充填不良と表面仕上げまたは組立工程の問題を区別する必要があります。
• 接合部の半田付けが不十分です。 これは、ステンシル設計、ペースト量、パッド形状、または組み立て設定に起因する可能性があります。VIPPOパッドが正しくキャップされている場合、完成したビアと半田接合部を検査せずに、半田の吸い上げが原因だと決めつけないでください。
• 銅の露出と腐食。 オープンパッドとは、マスク保護のないむき出しの銅のことです。設計にオープンビアがあり、表面仕上げが指定されていない場合、またははんだ付けできない仕上げの場合、そのパッドは腐食箇所となります。

めっき穴の健全性の検証については、当社の相互接続ストレス試験（IST）で説明しており、めっき穴の信頼性に関する一般的な考慮事項については、当社のPCB信頼性ページに記載されています。

VIPPOファインピッチBGA向けPCB設計ガイドライン

これらは基板の製造可否を決定するルールであり、審査中に発見されるのではなく、アートワークが公開される前に修正されるべきである。

ビアが埋め込みビアまたはブラインドビア構造の近くを通過する場合、あるいはそれらを貫通する場合、2つのプロセス間の相互作用は想定するのではなく確認する必要があります。これについては、ブラインドビアと埋め込みビアのページで説明しています。標準ルールに照らしたアートワークの一般的なレビューは、当社のPCB製造性設計（DFM）レビューを通じてご利用いただけます。

VIPPOは、充填ビアおよびめっきビア用のPCBメーカーです。

VIPPO基板の製造業者をお探しのプロジェクトの場合、Highleapは指定された充填済みビア構造、周辺パッド設計、および検査要件を検討いたします。見積書には、要求された構造が樹脂充填、導電性充填、またはその他の承認された方法のいずれを使用しているか、また、どのような表面仕上げ基準が適用されるかを明確に記載する必要があります。これは、パッドの共平面性やはんだ量制御が組立歩留まりに影響を与えるBGA用VIPPO基板の製造において特に重要です。

ビアインパッド基板の正確な見積もりをご希望の場合は、ドリルファイル、ビア径、ピッチ、パッド寸法、層接続、基板構成、表面仕上げ、充填仕様、およびお客様の受入基準をご提供ください。基板を組み立てる場合は、部品表（BOM）、ピックアンドプレースファイル、および組立図を含めて、製造および組立要件をまとめて確認できるようにしてください。

Highleapのビア充填およびめっきプロセスに関する情報は、充填およびキャップに関する議論において重要です。一方、HDI基板製造に関する情報は、VIPPOが高密度マイクロビアまたはビルドアップ構造の一部である場合に重要となります。ターンキー方式での基板製造をご希望の場合は、当社の基板組立サービスチームにご相談の上、基板および組立範囲についてお問い合わせください。

• 見積もりパッケージ： ガーバー/ODB++データ、ドリルファイル、スタックアップ、ビア/パッド形状、フィルおよびキャップ仕様、表面仕上げ、数量、検査基準。

VIPPO基板製造に関するよくある質問

VIPPOはpadのviaと同じですか？

いいえ。「ビア・イン・パッド」はビアの位置を表します。VIPPOはビア・イン・パッド・プレーテッド・オーバーの略で、表面がめっきされた充填ビアを指定します。充填材、キャップ要件、ソルダーマスク開口部、表面仕上げは、製造図面上で別途定義する必要があります。

VIPPOはブラインドビアや埋め込みビアと組み合わせることはできますか？

はい、しかし2つの工程は互いに干渉し合うため、順序が重要になります。ラミネートで充填されるビアはプレス工程で充填する必要があり、同じラミネートに埋め込まれたブラインドビアは、後の工程で露出させてめっきする必要があるかもしれません。両方の工程を組み合わせた基板も存在しますが、それらは独立したメモを積み重ねるのではなく、意図的な工程経路を必要とします。

VIPPOは、影響を受けるネットワークのインピーダンスに影響を与えますか？

充填・めっきされたビアは、誘電体コアを持つめっき管ではなく、固体銅柱として振る舞うため、電源ネットや接地ネットではほとんどの場合、良好な結果が得られます。インピーダンス制御信号ネットでは、充填されたビアは未充填のビアとは異なるインピーダンスを示すため、シミュレーションにおけるビアモデルは完成した構造を反映する必要があります。

VIPPOで製造された後、基板を組み立てることは可能ですか？

はい。適切に製造されたVIPPOパッドは、めっき面に直接部品をはんだ付けできるように設計されています。ただし、特に露出パッドが大きい場合やファインピッチBGAパッケージの場合は、パッドの形状、ステンシル開口部、はんだペースト量、パッケージのサーマルパッドに関する推奨事項を組立業者が確認する必要があります。

VIPPOはどのように認証されますか？

サンプルユニット上の充填済みビアを断面観察して充填状態とキャップの状態を確認すること、設計上必要な場合は導通度と熱抵抗を測定すること、露出パッドにマスク残留物がないか検査することなどによって検証を行います。サンプル計画と測定方法は、見積書の中で合意されるべきであり、前提とすべきではありません。