Produkcja płytek PCB VIPPO do układów BGA i podkładek termicznych

Highleap Electronics oferuje produkcję płytek PCB VIPPO dla projektów wymagających struktur przelotek w padach z określonym wypełnieniem i powierzchnią metalizowaną. Technologia VIPPO jest często stosowana w obudowach BGA lub LGA o drobnym rozstawie, odsłoniętych padach termicznych i gęstych układach, gdzie zwykłe przelotki otwarte lub nakryte nie są odpowiednie. Jeśli Twój obecny dostawca płytek PCB nie jest w stanie spełnić wymagań dotyczących wypełnienia przelotek, zaślepek lub wykończonych padów, prześlij nam pliki produkcyjne do wglądu.

Wiarygodna wycena PCB VIPPO musi określać konstrukcję przelotki, a nie opierać się wyłącznie na sformułowaniu „przelotka w polu lutowniczym”. Średnica przelotki, geometria pola lutowniczego, rodzaj wypełnienia, miedziana nakładka, płaskość, wykończenie powierzchni i kryteria kontroli – wszystkie te elementy wpływają na koszt, czas realizacji i rezultaty montażu. Highleap analizuje te szczegóły, biorąc pod uwagę planowane zastosowanie, aby wycena odpowiadała wymaganej strukturze.

Czym jest produkcja płytek PCB VIPPO?

VIPPO to skrót od Via-In-Pad Plated Over (powłoka galwaniczna na powierzchni). Przelotka znajduje się w polu lutowniczym elementu, jest wypełniana w określonym procesie, planaryzowana w razie potrzeby i pokryta miedzią w celu utworzenia ciągłej powierzchni pola lutowniczego. „Open” nie jest częścią akronimu; opisuje stan otwarcia lub ekspozycji i w stosownych przypadkach należy go określić osobno.

• Lokalizacja przelotki: przelotka znajduje się wewnątrz elementu konstrukcyjnego, a nie obok niego.
• Specyfikacja wypełnienia: rysunki lub notatki produkcyjne określają wymagany materiał wypełniający i kryteria akceptacji; wypełnienia żywiczne i przewodzące nie są zamienne.
• Powierzchnia platerowana: Miedź jest osadzana na wypełnionym otworze przelotowym, tworząc ciągłą, lutowalną powierzchnię. Płaskość, integralność pokrywy i wykończenie powierzchni powinny być określone dla danego zastosowania.

To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ kilka z tych kroków jest opcjonalnych w standardowej płytce, a każdy dodany zmienia to, co musi kontrolować producent. Przelotka wiercona i zatopiona jest zasadniczo dowolna. Struktura VIPPO wymaga kontrolowanego wypełnienia, planarizacji w razie potrzeby, nałożenia miedzianej pokrywy i sekwencji wykończenia powierzchni. Otwór maski lutowniczej wokół gotowego padu jest określony osobno; nie należy go mylić z przelotką otwartą lub niewypełnioną. Dostawca materiałów może powiedzieć „wykonujemy przelotki w padach”, mając na myśli wersję wypełnioną i zatopioną, wersję z natopioną pokrywą lub wersję zatopioną żywicą, więc terminologia musi zostać określona w uwagach do projektu.

Projekty PCB VIPPO kontra otwarte przelotki i wypełnione przelotki w padach

To właśnie ta różnica najczęściej powoduje zmiany w wycenie. Każdy wiersz poniżej to inna struktura fizyczna z inną ścieżką termiczną, innym kosztem i innym ryzykiem awarii.

Tylko trzeci rząd to prawdziwy VIPPO. Jeśli projekt zawiera zapis „przelotka w polu lutowniczym, otwarta” bez określenia wypełnienia, producent może dostarczyć dowolne z czterech. Nasz przewodnik po wypełnianiu przelotek i miedziowaniu szczegółowo omawia procesy wypełniania i zamykania, a różnice między metodami wypełniania żywicą a wypełniania metalem są opisane w naszej konstrukcji przelotek zaślepionych żywicą.

Dlaczego warto stosować przelotki przelotowe pokryte miedzią w płytkach PCB BGA?

W przypadku podkładki termicznej celem jest przewidywalna ścieżka termiczna od podkładki do miedzianej struktury płytki. Prawidłowo wypełniona i pokryta warstwą metalową przelotka zapewnia ciągłą powierzchnię do lutowania i zapobiega powstawaniu pustych otworów, które mogłyby powodować przeciekanie lutu, jak w przypadku niewypełnionej przelotki. Wydajność termiczna nadal zależy od materiału wypełniającego, układu przelotek, połączonych warstw miedzi i otaczającego układu warstw.

Ten sam argument dotyczy częstotliwości radiowych (RF). Przelotka, która jest w kształcie namiotu i znajduje się pośrodku obszaru płaszczyzny uziemienia, to niewielki fragment nieciągłości; przelotka wypełniona i pokryta warstwą miedzi to ciągła miedź. W projekcie, w którym przelotka jest celowo umieszczona w celu przerwania płaszczyzny lub utworzenia znanego czopu, obowiązuje odwrotna logika i przelotka powinna być otwarta, a nie w kształcie namiotu, aby struktura była zdefiniowana, a nie przypadkowa.

Ponieważ przelotka jest otwarta, wykończenie powierzchni staje się wymogiem funkcjonalnym, a nie estetycznym. ENIG to powszechny wybór dla przelotek, do których będą lutowane, ponieważ pozostaje płaski i nadaje się do lutowania przez długi okres użytkowania. ENEPIG jest stosowany tam, gdzie wymagana jest wydajność cieplna srebra immersyjnego w połączeniu z lutowalną powierzchnią. Srebro immersyjne matowieje w powietrzu zawierającym siarkę, co ma znaczenie, jeśli płytki są przechowywane przed montażem. Nasza oferta wykończeń powierzchni dla płytek RF i mikrofalowych uwzględnia ten kompromis, a ogólne opcje są porównywane w naszym procesie wykańczania powierzchni ENIG.

Proces produkcji płytek PCB VIPPO: wypełnianie przelotowe i pokrywanie miedzią

Poniższa sekwencja wyjaśnia, dlaczego plansza VIPPO to nie tylko standardowa plansza z dołączoną notatką. Każdy krok to osobny cykl z własnymi elementami sterującymi, a kolejność nie jest dowolnie regulowana.

Dwa szczegóły w tej tabeli decydują o powodzeniu procesu. Pierwszym jest kontrola wypełnienia i przygotowania powierzchni przed nałożeniem pokrywy, co wpływa na przyczepność i płaskość pokrywy. Drugim jest określenie maski lutowniczej wokół gotowego padu: otwór maski musi pasować do wzoru w obudowie i nie powinien pozostawiać niepożądanych pozostałości maski na powierzchni lutowniczej. Zależność między wypełnieniem, pokrywą i maską jest szczegółowo omówiona w naszym artykule o produkcji płytek HDI PCB.

Przelotki VIPPO wypełnione miedzią i żywicą

Jeśli projekt wymaga wypełnionego, platerowanego otworu przelotowego, wybór materiału wypełnienia ma realne konsekwencje. Dwa popularne rozwiązania to metal i żywica, które nie są zamienne.

• Wypełnienie pastą miedzianą Tworzy solidną metalową kolumnę. Przewodzi ciepło i prąd, a także można ją bezpośrednio pokryć powłoką galwaniczną. Podczas spiekania kurczy się, dlatego otwór musi być nieco mniejszy niż materiał docelowy, a profil spiekania nie może uszkodzić laminatu. Jest to właściwy wybór, gdy przelotka musi przekazywać ciepło lub prąd do warstwy wewnętrznej.
• Wypełnienie żywicą Uszczelnia przelotkę i może zapewnić powierzchnię do późniejszej planarizacji i zaślepienia. Żywica ma generalnie mniejszą przewodność cieplną niż miedź, dlatego ścieżka termiczna musi być oceniana pod kątem założeń projektowych, a nie zakładana jako wypełnienie żywicą i miedzią.

Istnieją dwa kolejne warianty. Wypełnienie przelotek metodą laminowania wykorzystuje warstwę wypełniacza w prepregu, dzięki czemu wypełnienie jest nakładane w tym samym cyklu prasowania, co laminowanie. Jest to standardowa metoda dla mikroprzelotek w konstrukcjach sekwencyjnych. Wypełnienie selektywne wypełnia tylko wyznaczone przelotki na panelu, który zawiera zarówno wypełnione, jak i niewypełnione struktury przelotek, w ten sposób powstaje płytka z przelotkami termicznymi w jednym obszarze i przelotkami uszczelnionymi żywicą w pozostałych. Kompromisy związane z zastosowaniem żywicy opisano na naszej stronie poświęconej otworom na zaślepki żywiczne, a zależność procesu od sekwencji opisano w naszym artykule o sekwencyjnym laminowaniu płytek PCB HDI.

Wymagania VIPPO dotyczące montażu i lutowania płytek PCB dla BGA

Podciąganie lutu jest problemem przede wszystkim wtedy, gdy lut może przedostać się do otworu przelotowego lub niecałkowicie zaślepionego. Prawidłowo wypełniony i pokryty warstwą lutu pad VIPPO ma zapewnić ciągłą powierzchnię lutowniczą. Ryzyko związane z montażem nadal może wynikać z wad nasadki, nadmiernego wklęsłości, nierównej powierzchni padu, niewłaściwej geometrii padu lub nieprawidłowej objętości pasty lutowniczej, dlatego producent i monter powinni uzgodnić kryteria akceptacji przed pierwszym montażem.

Istnieją trzy sposoby kontroli tego zjawiska, które stosuje się łącznie:

• Zdefiniowana geometria padów i przelotek. Należy określić średnicę przelotki, rozmiar padu, odstęp i wymaganą nakładkę miedzianą, aby gotowy pad pasował do odcisku komponentu i projektu maski lutowniczej.
• Zmniejszenie apertury szablonu na podkładce. Szablon pasty lutowniczej dla odsłoniętego padu ma zmniejszoną powierzchnię, tak aby początkowa objętość lutu była dostosowana do potrzeb złącza, a nie do objętości sugerowanej przez powierzchnię padu. Jest to kwestia do ustalenia po stronie montażu i musi zostać uzgodniona z monterem, a nie tylko z producentem.
• Weryfikacja wypełnienia, zamknięcia i płaskości. Należy sprawdzić zgodność określonego materiału wypełniającego, integralność pokrywy i płaskość wykończonej powierzchni z rysunkiem. Wybór najlepszego wypełnienia zależy od wymagań elektrycznych, termicznych, mechanicznych i niezawodnościowych.

Zasady projektowania, które umożliwiają to działanie, zostały określone w naszym dokumencie „Projektowanie przelotek RF PCB”, a proces montażu opisano w naszym dokumencie „Proces montażu PCB” . Jeśli projekt obejmuje zarówno VIPPO, jak i wymagające warunki termiczne, warto uzgodnić redukcję szablonu i wzór przelotek zarówno z producentem, jak i monterem przed rozpoczęciem produkcji pierwszego elementu, ponieważ obie strony muszą być spójne.

Typowe wady płytek PCB VIPPO i zagrożenia dla niezawodności

Oto wady, które sprawiają, że konstrukcja VIPPO może przejść kontrolę wizualną, a mimo to nie nadawać się do użytku.

• Wypełnij puste przestrzenie. Kolumna z pustką pośrodku przewodzi mniej, niż sugeruje rysunek, i jest niewidoczna z powierzchni. Wprawdzie wydajność cieplna jest czynnikiem decydującym o projekcie, ale to właśnie ta wada ma największe znaczenie, dlatego też kontrola procesu wypełniania, a nie jego wygląd, jest kwestią do negocjacji.
• Rozwarstwienie kapelusza. Wiązanie na czapce oddziela się od wypełnienia, pozostawiając pustkę w najbardziej naprężonym punkcie konstrukcji. Staje się ona widoczna jako obwód otwarty po cyklu termicznym.
• Wady czapki lub powierzchni. Wgłębienia, puste przestrzenie, odwarstwienie nasadki lub zanieczyszczenie maski lutowniczej na gotowym polu lutowniczym mogą negatywnie wpływać na lutowalność i płaskość. Kryteria akceptacji powinny odróżniać wadę wypełnienia od wady wykończenia powierzchni lub problemu z procesem montażu.
• Niedostateczna ilość lutu w połączeniu. Może to wynikać z projektu szablonu, objętości pasty, geometrii padu lub ustawień montażu. Aby pad VIPPO był prawidłowo zakryty, nie należy zakładać, że przyczyną jest podciąganie lutu bez sprawdzenia gotowego przelotki i połączenia lutowanego.
• Odsłonięta miedź i korozja. Otwarty pad to goła miedź bez maski ochronnej. Jeśli projekt ma otwarty przelot i nie określono wykończenia powierzchni lub wykończenie nie nadaje się do lutowania, pad jest miejscem korozji.

Weryfikacja integralności otworów metalizowanych jest omówiona w naszych testach wytrzymałości połączeń międzysystemowych (IST) , a ogólne zagadnienia dotyczące niezawodności otworów metalizowanych można znaleźć na naszej stronie poświęconej niezawodności płytek PCB.

Wytyczne VIPPO dotyczące projektowania płytek PCB dla układów BGA o drobnym rozstawie

To właśnie te zasady decydują o tym, czy deska nadaje się do produkcji. Powinny zostać ustalone przed udostępnieniem projektu, a nie ujawniane w trakcie przeglądu.

W przypadku, gdy przelotka przechodzi blisko lub przez strukturę przelotki zakopanej lub ślepej, interakcja między tymi dwoma procesami musi być sprawdzona, a nie zakładana, co zostało omówione na naszej stronie poświęconej przelotkom zakopanym i ślepym. Ogólny przegląd projektu pod kątem standardowych zasad jest dostępny w naszym przeglądzie projektów PCB pod kątem możliwości produkcji (DFM).

Producent płytek PCB VIPPO do przelotek wypełnianych i powlekanych

W przypadku projektów, w których poszukujemy producenta płytek PCB VIPPO , Highleap może dokonać przeglądu określonej struktury przelotek wypełnionych i zakrytych, projektu otaczających padów oraz wymagań dotyczących kontroli. Oferta powinna jasno określać, czy żądana konstrukcja wykorzystuje wypełnienie żywicą, wypełnienie przewodzące, czy inną zatwierdzoną metodę, a także jakie kryteria dotyczące powierzchni wykończeniowej mają zastosowanie. Jest to szczególnie ważne w przypadku produkcji płytek PCB VIPPO do układów BGA , gdzie współpłaszczyznowość padów i kontrola objętości lutu mogą wpływać na wydajność montażu.

Aby uzyskać dokładną wycenę płytki PCB z przelotkami w polu lutowniczym i zaślepkami , należy przesłać plik wierceń, średnicę przelotek, skok, wymiary pól lutowniczych, połączenie warstw, układ płytek, wykończenie powierzchni, specyfikację wypełnienia oraz wszelkie standardy akceptacji klienta. Jeśli płytka będzie montowana, należy dołączyć zestawienie materiałów (BOM), plik pick-and-place oraz rysunek montażowy, aby umożliwić wspólne omówienie wymagań dotyczących produkcji i montażu.

Informacje o procesie wypełniania i galwanizacji przelotek firmy Highleap są istotne dla dyskusji na temat napełniania i zamykania, natomiast produkcja płytek PCB HDI jest istotna, gdy VIPPO jest częścią gęstej mikroprzelotki lub konstrukcji typu build-up. W przypadku projektu „pod klucz”, prosimy o omówienie płytki i zakresu montażu z naszym zespołem ds. montażu płytek PCB.

• Pakiet ofertowy: Dane Gerber/ODB++, plik wierceń, układ warstw, geometria przelotek/podkładek, specyfikacja wypełnienia i zamknięcia, wykończenie powierzchni, ilość i kryteria kontroli.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące produkcji płytek PCB VIPPO

Czy VIPPO to to samo co via w padzie?

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.

Czy VIPPO można łączyć z przelotkami ślepymi i zakopanymi?

Tak, ale te dwa procesy kolidują ze sobą, a kolejność ma znaczenie. Przelotka wypełniona laminacją musi zostać wypełniona w cyklu prasy, a ślepa przelotka umieszczona w tym samym laminacie może wymagać odsłonięcia i pokrycia w późniejszym cyklu. Istnieją płytki łączące oba procesy, ale wymagają one przemyślanego procesu, a nie stosu niezależnych notatek.

Czy VIPPO ma wpływ na impedancję sieci?

Może, i w większości przypadków jest to korzystne dla sieci zasilania i uziemienia, ponieważ wypełniona i pokryta warstwą galwaniczną przelotka zachowuje się jak lita kolumna miedziana, a nie jak pokryta warstwą galwaniczną rura z rdzeniem dielektrycznym. W sieci sygnału o kontrolowanej impedancji, wypełniona przelotka ma inną impedancję niż niewypełniona, dlatego model przelotki w symulacji powinien odzwierciedlać gotową konstrukcję.

Czy płytki można zmontować po wykonaniu VIPPO?

Tak. Prawidłowo wykonane pady VIPPO są przeznaczone do lutowania komponentów bezpośrednio na powierzchni pokrytej warstwą metalu. Monter powinien jednak zapoznać się z geometrią padów, aperturą szablonu, objętością pasty lutowniczej i zaleceniami dotyczącymi padów termicznych w obudowie, szczególnie w przypadku dużych, odsłoniętych padów lub układów BGA o drobnym rozstawie.

Jak weryfikowane jest VIPPO?

Poprzez przekroje wypełnionych otworów przelotowych w próbkach w celu sprawdzenia wypełnienia i korka, poprzez pomiary ciągłości i rezystancji termicznej, tam gdzie zależy to od projektu, oraz poprzez inspekcję odsłoniętego padu pod kątem pozostałości maski. Plan próbki i metoda pomiaru powinny być uzgodnione w ofercie, a nie zakładane.