Fabricação de PCBs VIPPO para projetos BGA e de pads térmicos

A Highleap Electronics oferece fabricação de PCBs com VIPPO para projetos que exigem estruturas de vias em pads com preenchimento definido e superfície metalizada. O VIPPO é frequentemente especificado para encapsulamentos BGA ou LGA de passo fino, pads térmicos expostos e layouts densos, onde vias abertas ou cobertas comuns não são adequadas. Se o seu fornecedor atual de PCBs não atende aos requisitos de preenchimento, cobertura ou acabamento dos pads das vias, envie-nos os arquivos de fabricação para análise.

Um orçamento confiável para fabricação de PCBs VIPPO deve definir a construção dos furos de passagem, em vez de se basear apenas na expressão "furo de passagem no pad". Diâmetro do furo de passagem, geometria do pad, tipo de preenchimento, camada de cobre, planaridade, acabamento superficial e critérios de inspeção afetam o custo, o prazo de entrega e os resultados da montagem. A Highleap analisa esses detalhes considerando a aplicação pretendida, para que a estrutura orçada corresponda à estrutura necessária.

O que é a fabricação de PCBs da VIPPO?

VIPPO significa Via-In-Pad Plated Over (Via-em-Pad com Revestimento de Cobre). A via está localizada dentro de um pad de componente, preenchida usando o processo especificado, planarizada conforme necessário e revestida com cobre para criar uma superfície contínua do pad. "Open" (Aberto) não faz parte da sigla; descreve uma condição de abertura ou exposição e deve ser especificado separadamente quando relevante.

• Localização da Via-in-pad: O via está localizado dentro do terreno do componente, e não ao lado dele.
• Preenchimento de especificações: O desenho ou as notas de fabricação identificam o material de enchimento necessário e os critérios de aceitação; os enchimentos de resina e condutores não são intercambiáveis.
• Superfície revestida: O cobre é depositado sobre o furo preenchido para formar uma superfície contínua e soldável. A planaridade, a integridade da tampa e o acabamento da superfície devem ser definidos para a aplicação.

A distinção é importante porque várias dessas etapas são opcionais em uma placa padrão, e cada uma adicionada altera o controle que o fabricante precisa realizar. Um furo metalizado (via) perfurado e coberto com resina é essencialmente gratuito. Uma estrutura VIPPO requer preenchimento controlado, planarização conforme necessário, tampa de cobre e sequência de acabamento superficial. A abertura da máscara de solda ao redor da ilha de solda finalizada é especificada separadamente; não deve ser confundida com um furo metalizado aberto ou não preenchido. O fornecedor do material pode dizer "fazemos furo metalizado na ilha de solda" e se referir à versão preenchida e coberta com resina, à versão coberta com resina ou à versão com tampão de resina, portanto, a terminologia precisa ser definida nas notas do projeto.

Projetos de PCB com VIPPO versus vias abertas e vias preenchidas em pads

Essa é a distinção que mais frequentemente causa alterações no preço de um produto. Cada linha abaixo representa uma estrutura física diferente, com um caminho térmico distinto, um custo diferente e um risco de falha diferente.

Apenas a terceira linha é uma verdadeira VIPPO. Se um projeto indicar "via no pad, aberta" sem especificar o preenchimento, o fabricante pode entregar qualquer uma das quatro opções. Nosso guia sobre preenchimento de vias e revestimento de cobre aborda os processos de preenchimento e tamponamento em detalhes, e as diferenças entre as abordagens de preenchimento com resina e com metal são apresentadas em nosso guia sobre construção de vias tamponadas com resina.

Por que usar vias com cobertura de cobre em pads para PCBs BGA?

Para uma almofada térmica, o objetivo é um caminho térmico previsível da almofada até a estrutura de cobre da placa. Um furo metalizado devidamente preenchido proporciona uma superfície contínua para soldagem e evita o caminho de capilaridade da solda associado a um furo não preenchido. O desempenho térmico ainda depende do material de preenchimento, da matriz de furos metalizados, das camadas de cobre conectadas e da estrutura circundante.

O mesmo argumento se aplica a RF. Um furo metalizado (via) que é parcialmente coberto e fica no meio de uma região de plano de terra é uma pequena área de descontinuidade; um furo metalizado preenchido e coberto com cobre é uma área contínua de cobre. Em um projeto onde um furo metalizado é deliberadamente posicionado para interromper um plano ou criar um stub conhecido, a lógica inversa se aplica e o furo metalizado deve ser aberto, não parcialmente coberto, para que a estrutura seja definida em vez de acidental.

Como o furo passante é aberto, o acabamento da superfície torna-se um requisito funcional, e não apenas estético. O acabamento ENIG é a escolha usual para furos passantes que serão soldados, pois permanece plano e soldável durante um longo período de armazenamento. O acabamento ENEPIG é utilizado quando se deseja o desempenho térmico da prata por imersão, juntamente com uma superfície soldável. A prata por imersão sofre oxidação em contato com ar contendo enxofre, o que é importante caso as placas fiquem armazenadas por longos períodos antes da montagem. Nossa seleção de acabamento de superfície para placas de RF e micro-ondas contempla essa relação de compromisso, e as opções gerais são comparadas em nosso processo de acabamento de superfície ENIG.

Processo de fabricação de PCBs VIPPO: Preenchimento de vias e cobertura de cobre

A sequência abaixo explica por que um tabuleiro VIPPO não é simplesmente um tabuleiro padrão com uma nota anexada. Cada etapa é um ciclo separado com seus próprios controles, e a ordem não é livremente ajustável.

Dois detalhes nessa tabela determinam se o processo funciona. O primeiro é o controle do preenchimento e da preparação da superfície antes da aplicação da camada de proteção, o que afeta a adesão e a planaridade da camada. O segundo é a definição da máscara de solda ao redor da área de contato finalizada: a abertura da máscara deve corresponder ao padrão da área de contato do encapsulamento e não deve deixar resíduos indesejados da máscara na superfície soldável. A relação entre preenchimento, camada de proteção e máscara é abordada com mais detalhes em nosso documento sobre fabricação de PCBs HDI.

Vias VIPPO preenchidas com cobre versus preenchidas com resina

Se o projeto exigir um furo metalizado preenchido, o material de preenchimento é uma decisão com consequências reais. As duas opções mais comuns são metal e resina, e elas não são intercambiáveis.

• Preenchimento com pasta de cobre Produz uma coluna de metal sólida. Conduz calor e corrente e pode ser revestida diretamente. Encolhe durante a sinterização, portanto o furo deve ser ligeiramente menor que o alvo, e requer um perfil de sinterização que não danifique o laminado. Esta é a escolha correta quando o furo de passagem precisa conduzir calor ou corrente para uma camada interna.
• Preenchimento com resina A resina veda o furo metalizado e pode fornecer uma superfície para posterior planarização e encapsulamento. A resina geralmente é menos condutora de calor do que o cobre, portanto, o caminho térmico deve ser avaliado em relação à meta do projeto, em vez de assumir que o preenchimento com resina e o preenchimento com cobre têm o mesmo desempenho.

Existem duas outras variantes. O preenchimento de vias por laminação utiliza uma película de material de enchimento no pré-impregnado, de forma que o preenchimento seja aplicado no mesmo ciclo de prensagem da laminação, que é o método padrão para estruturas de microvias em montagens sequenciais. O preenchimento seletivo preenche apenas as vias designadas em um painel que contém estruturas de vias preenchidas e não preenchidas, que é como se fabrica uma placa com vias térmicas em uma área e vias seladas com resina em outra. As vantagens e desvantagens da abordagem com resina são descritas em nossa página sobre preenchimento de orifícios com resina, e a natureza dependente da sequência do processo é detalhada em nossa página sobre laminação sequencial para PCBs HDI.

Requisitos de montagem e soldagem de PCBs VIPPO para BGA

A capilaridade da solda é uma preocupação principalmente quando a solda pode entrar em um furo metalizado ou parcialmente fechado. Uma área de contato VIPPO corretamente preenchida e metalizada é projetada para fornecer uma superfície soldável contínua. Ainda assim, podem surgir riscos na montagem devido a defeitos na tampa, rebaixamento excessivo, baixa planaridade, geometria inadequada da área de contato ou volume incorreto de pasta de solda. Portanto, o fabricante e o montador devem concordar com os critérios de aceitação antes da primeira montagem.

Existem três maneiras de controlar isso, e elas são usadas em combinação:

• Geometria de pad e via definida. Especifique o diâmetro, o tamanho da almofada, o espaçamento e a capa de cobre necessária para que a almofada final suporte a área de contato do componente e o projeto da máscara de solda.
• Redução da abertura do estêncil na almofada. O estêncil de pasta para a área exposta da ilha de solda é reduzido para que o volume inicial de solda corresponda ao que a junta precisa, em vez do volume que a área da ilha sugeriria. Este é um controle realizado na montagem e precisa ser acordado com o montador, não apenas com o fabricante.
• Verificação de enchimento, cobertura e planaridade. O material de enchimento especificado, a integridade da tampa e a planaridade da superfície acabada devem ser verificados em relação ao desenho. A melhor escolha do material de enchimento depende dos requisitos elétricos, térmicos, mecânicos e de confiabilidade.

As regras de projeto que viabilizam esse funcionamento estão definidas em nosso projeto de vias para PCB de RF , e o processo de montagem está descrito em nosso processo de montagem de PCB . Quando um projeto envolve tanto VIPPO quanto um ambiente térmico exigente, é importante definir a redução do estêncil e o padrão de vias com o fabricante e o montador antes da primeira peça, pois a consistência entre as duas partes é fundamental.

Defeitos comuns em placas de circuito impresso VIPPO e riscos de confiabilidade

Esses são os defeitos que uma construção da VIPPO pode passar na inspeção visual e ainda assim falhar em serviço.

• Preencha os espaços vazios. Uma coluna com um vazio no meio conduz menos calor do que o desenho indica e é invisível na superfície. Quando o desempenho térmico é o fator determinante do projeto, esse é o defeito mais importante, e é por isso que o controle do processo de enchimento, e não a aparência do enchimento, é o aspecto a ser negociado.
• Descolamento da tampa. A camada de cobertura se separa do material de preenchimento, deixando um vazio no ponto de maior tensão da estrutura. Isso se torna visível como um circuito aberto após ciclos térmicos.
• Defeitos na tampa ou na superfície. Acúmulos, vazios, separação da capa ou contaminação da máscara de solda na área de contato acabada podem comprometer a soldabilidade e a planaridade. Os critérios de aceitação devem distinguir um defeito de preenchimento de um problema de acabamento superficial ou de processo de montagem.
• Solda insuficiente na junta. Isso pode ser resultado do projeto do estêncil, do volume de pasta de solda, da geometria da ilha de solda ou das configurações de montagem. Para uma ilha de solda VIPPO corretamente encapsulada, não assuma que a causa seja a absorção da solda sem inspecionar a via e a junta de solda finalizadas.
• Exposição e corrosão do cobre nu. Uma área de contato aberta é uma região de cobre sem proteção de máscara. Se o projeto tiver um furo metalizado aberto e nenhum acabamento superficial especificado, ou um acabamento que não seja soldável, a área de contato torna-se um ponto de corrosão.

A verificação da integridade dos furos metalizados é abordada em nossos testes de estresse de interconexão (IST) , e as considerações gerais sobre a confiabilidade dos furos metalizados estão em nossa página de confiabilidade de PCBs.

Diretrizes de projeto de PCB da VIPPO para BGA de passo fino

Essas são as regras que determinam se a placa é fabricável, e elas devem ser corrigidas antes da liberação da arte final, em vez de serem descobertas durante a revisão.

Quando um furo passa perto ou através de uma estrutura de furo cego ou enterrado, a interação entre os dois processos deve ser verificada em vez de presumida, e isso é abordado em nossa página sobre furos cegos e enterrados. Uma revisão geral do projeto em relação às normas padrão está disponível em nossa análise de projeto de PCB para fabricação (DFM).

VIPPO, fabricante de PCBs para vias preenchidas e metalizadas.

Para projetos que buscam um fabricante de PCBs VIPPO , a Highleap pode analisar a estrutura de vias preenchidas e seladas especificada, o projeto das ilhas de solda ao redor e os requisitos de inspeção. A cotação deve deixar claro se a construção solicitada utiliza preenchimento com resina, preenchimento condutivo ou outro método aprovado, e quais critérios de acabamento superficial se aplicam. Isso é especialmente importante para a fabricação de PCBs VIPPO para BGA , onde a coplanaridade das ilhas de solda e o controle do volume de solda podem afetar o rendimento da montagem.

Para um orçamento preciso de PCB com vias preenchidas e seladas , forneça o arquivo de furação, diâmetro da via, espaçamento, dimensões da ilha de solda, conexão entre camadas, empilhamento da placa, acabamento superficial, especificação de preenchimento e quaisquer padrões de aceitação do cliente. Se a placa for montada, inclua a lista de materiais (BOM), o arquivo de pick-and-place e o desenho de montagem para que os requisitos de fabricação e montagem possam ser revisados ​​em conjunto.

As informações sobre o processo de preenchimento e revestimento de vias da Highleap são relevantes para a discussão sobre preenchimento e cobertura, enquanto a fabricação de PCBs HDI é relevante quando o VIPPO faz parte de uma construção densa de microvias ou camadas sobrepostas. Para uma montagem completa, discuta o escopo da placa e da montagem com nossa equipe de serviços de montagem de PCBs.

• Pacote de cotação: Dados Gerber/ODB++, arquivo de furação, empilhamento de camadas, geometria de vias/pads, especificação de preenchimento e cobertura, acabamento superficial, quantidade e critérios de inspeção.

Perguntas frequentes sobre a fabricação de PCBs da VIPPO

VIPPO é o mesmo que 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.

O VIPPO pode ser combinado com vias cegas e enterradas?

Sim, mas os dois processos interferem um com o outro e a sequência é importante. Um furo metalizado preenchido por laminação precisa ser preenchido em um ciclo de prensagem, e um furo metalizado oculto na mesma lâmina pode precisar ser exposto e metalizado em um ciclo posterior. Placas que combinam ambos os processos existem, mas exigem um processo bem definido, em vez de uma sequência de componentes independentes.

O VIPPO afeta a impedância das redes afetadas?

Isso pode acontecer, e na maioria dos casos é vantajoso para redes de alimentação e terra, pois um furo metalizado se comporta como uma coluna de cobre sólida em vez de um tubo metalizado com um núcleo dielétrico. Em uma rede de sinal de impedância controlada, o furo metalizado apresenta uma impedância diferente de um furo não metalizado, portanto, o modelo do furo na simulação deve refletir a construção final.

As placas podem ser montadas após a fabricação pela VIPPO?

Sim. Os pads VIPPO fabricados corretamente são projetados para suportar a soldagem de componentes diretamente na superfície metalizada. O montador ainda deve revisar a geometria do pad, a abertura do estêncil, o volume de pasta de solda e as recomendações de pads térmicos do encapsulamento, especialmente para pads expostos grandes ou encapsulamentos BGA de passo fino.

Como o VIPPO é verificado?

Através da secção transversal de vias preenchidas em unidades de amostra para verificar o preenchimento e a cobertura, por meio de medições de continuidade e resistência térmica onde o projeto depender disso, e pela inspeção da área exposta para verificar a presença de resíduos de máscara. O plano de amostragem e o método de medição devem ser acordados na proposta, e não presumidos.