Виготовлення друкованих плат VIPPO для BGA-конструкцій та термопрокладок

Компанія Highleap Electronics виготовляє друковані плати за технологією VIPPO для конструкцій, що потребують структур "перехідні отвори в контактних площадках" з визначеним заповненням та гальванічним покриттям поверхні. VIPPO часто використовується для корпусів BGA або LGA з дрібним кроком, відкритих термопрокладок та щільних компоновок, де звичайні відкриті або тентовані перехідні отвори не підходять. Якщо ваш поточний постачальник друкованих плат не може виконати вимоги до заповнення перехідних отворів, кришок або готових контактних площадок, надішліть нам файли для виготовлення для розгляду.

Надійна цінова пропозиція VIPPO щодо виготовлення друкованих плат повинна визначати конструкцію переходного отвору, а не покладатися лише на фразу «перехідний отвір у контактній площадкі». Діаметр переходного отвору, геометрія контактної площадки, тип заповнення, мідний ковпачок, планарність, обробка поверхні та критерії контролю впливають на вартість, час виконання та результати складання. Highleap розглядає ці деталі з урахуванням цільового застосування, щоб запропонована конструкція відповідала необхідній структурі.

Що таке виготовлення друкованих плат VIPPO?

VIPPO розшифровується як Via-In-Pad Plated Over (перехідний отвір у контактній площадкі з покриттям). Перехідний отвір розташований всередині контактної площадки компонента, заповнений за допомогою зазначеного процесу, вирівняний за потреби та покритий міддю для створення безперервної поверхні контактної площадки. «Відкритий» не є частиною абревіатури; він описує отвір або стан оголення і має бути зазначений окремо, де це доречно.

• Розташування переходного отвору в контактній площадкі: Перехідний з'єднання знаходиться всередині контактної площадки компонента, а не поруч з нею.
• Специфікація заповнення: У кресленні або примітках до виготовлення зазначено необхідний матеріал заповнювача та критерії прийнятності; смола та струмопровідні заповнювачі не є взаємозамінними.
• Покрита поверхня: Мідь наноситься на заповнений перехідний отвір, утворюючи безперервну поверхню, придатну для паяння. Планарність, цілісність ковпачка та обробка поверхні повинні бути визначені для кожного застосування.

Причина, чому ця різниця важлива, полягає в тому, що деякі з цих кроків є необов'язковими на стандартній платі, і кожен доданий крок змінює те, що має контролювати виробник. Перехідний отвір, який просвердлюється та має тентований вигляд, по суті є вільним. Структура VIPPO вимагає контрольованого заповнення, планаризації за потреби, мідного ковпачка та послідовності обробки поверхні. Отвір для паяльної маски навколо готової контактної площадки вказується окремо; його не слід плутати з відкритим або незаповненим переходним отвором. Постачальник матеріалу може сказати вам «ми робимо переходні отвори на контактній площадкі» та мати на увазі версію із заповненим та закритим отвором, версію з тентом або версію з заглушками з смоли, тому термінологію необхідно чітко визначити в примітках до креслення.

VIPPO проти відкритих переходних отворів та заповнених переходних отворів у контактній площадкі (Platform Designs)

Саме ця відмінність найчастіше призводить до зміни цінової пропозиції. Кожен рядок нижче — це інша фізична структура з різним тепловим шляхом, різною вартістю та різним ризиком відмови.

Лише третій ряд є справжнім VIPPO. Якщо в проекті зазначено «перехід у контактній площадкі, відкритий» без вказівки заповнення, виробник може виконати будь-який з чотирьох варіантів. Наш посібник із заповнення перехідних отворів та міднення детально охоплює процеси заповнення та покриття, а відмінності між підходами до заповнення смолою та металом викладено в нашій статті про конструкцію перехідних отворів із заглушками з смолою.

Чому варто використовувати мідні контактні площадки для BGA-друкованих плат?

Для термопрокладки метою є передбачуваний тепловий шлях від площадки до мідної структури плати. Правильно заповнений та покритий металом перехідний отвір забезпечує безперервну поверхню для паяння та уникає відкритого отвору, що призводить до розтікання припою, пов'язаного з незаповненим перехідним отвором. Теплові характеристики все ще залежать від матеріалу заливки, масиву перехідних отворів, з'єднаних мідних шарів та навколишнього стеку.

Той самий аргумент стосується і радіочастотних елементів. Перехідний отвір, що має тент і розташований посередині області заземленої площини, є невеликою ділянкою розриву; перехідний отвір, що заповнений і покритий металом, є суцільною міддю. У конструкції, де перехідний отвір навмисно розміщений для розриву площини або створення відомого заглушки, застосовується зворотна логіка, і перехідний отвір має бути відкритим, а не тентованим, щоб структура була визначеною, а не випадковою.

Оскільки перехідний отвір відкритий, обробка поверхні стає функціональною вимогою, а не косметичною. ENIG є звичайним вибором для перехідного отвору, до якого буде припаяно, оскільки він залишається плоским і придатним для паяння протягом тривалого терміну зберігання. ENEPIG використовується там, де потрібні теплові характеристики іммерсійного срібла разом із паяльною поверхнею. Іммерсійне срібло тьмяніє в повітрі, що містить сірку, що має значення, якщо плати зберігалися перед складанням. Наш вибір обробки поверхні для радіочастотних та мікрохвильових плат враховує цей компроміс, і загальні варіанти порівнюються в нашому процесі обробки поверхні ENIG.

Процес виробництва друкованої плати VIPPO: через заповнення та мідне покриття

Наведена нижче послідовність пояснює, чому дошка VIPPO — це не просто стандартна дошка з прикріпленою запискою. Кожен крок — це окремий цикл із власними елементами керування, а порядок не можна вільно налаштовувати.

Дві деталі в цій таблиці визначають, чи працює процес. Перша – це контроль заповнення та підготовки поверхні перед нанесенням кришок, що впливає на адгезію кришок та їх площинність. Друга – це визначення паяльної маски навколо готової площадки: отвір маски повинен відповідати шаблону контактної площадки корпусу та не повинен залишати небажаних залишків маски на поверхні, що паяється. Зв'язок між заповненням, кришкою та маскою детальніше розглядається в нашому виробництві друкованих плат HDI.

Мідно-заповнені та смоло-заповнені перехідні отвори VIPPO

Якщо конструкція вимагає заповненого, покритого металом переходного отвору, вибір матеріалу заповнення має реальні наслідки. Два поширені варіанти – метал та смола, і вони не є взаємозамінними.

• Заливка мідною пастою утворює суцільний металевий стовп. Він проводить тепло та струм, і на нього можна безпосередньо наносити покриття. Під час спікання він стискається, тому отвір має бути трохи меншим за ціль, і потрібен профіль спікання, який не пошкодить ламінат. Це правильний вибір, коли перехідний отвір має проводити тепло або струм у внутрішній шар.
• Заливка смолою герметизує перехідний отвір і може забезпечити поверхню для подальшої планарізації та закриття. Смола, як правило, менш теплопровідна, ніж мідь, тому тепловий шлях необхідно оцінювати відповідно до проектного завдання, а не припускати, що заливка смолою та міддю працює однаково.

Існують ще два варіанти. Заповнення отворів ламінуванням використовує плівку наповнювача в препрезі, завдяки чому заповнення наноситься в тому ж циклі пресування, що й ламінування, що є стандартним способом для мікроструктур у послідовних процесах складання. Вибіркове заповнення заповнює лише позначені отвори на панелі, яка містить як заповнені, так і незаповнені структури отворів, саме так створюється плата з термічними отворами в одній області та герметизованими смолою отворами в інших місцях. Компроміси підходу зі смолою описані на нашій сторінці, присвяченій отворам зі смолою, а залежність процесу від послідовності викладена в нашому послідовному ламінуванні для друкованих плат HDI.

Вимоги VIPPO до складання та паяння друкованих плат для BGA

Зтікання припою є першочерговою проблемою, коли припій може потрапляти у відкритий або неповністю закритий перехідний отвір. Правильно заповнена та покрита поверхнею контактна площадка VIPPO розроблена для забезпечення безперервної поверхні, придатної для паяння. Ризик складання все ще може виникати через дефекти ковпачка, надмірне вигинання, погану планарність, невідповідну геометрію контактних площадок або неправильний об'єм паяльної пасти, тому виробник та складальник повинні узгодити критерії прийнятності перед першим складанням.

Існує три способи контролю цього, і вони використовуються в поєднанні:

• Визначена геометрія контактної площадки та переходного отвору. Вкажіть діаметр, розмір контактної площадки, крок з'єднань та необхідний мідний ковпачок, щоб готова контактна площадка відповідала посадковому місці компонента та конструкції паяльної маски.
• Зменшення діафрагми за допомогою трафарету на подушечці. Трафарет для пасти для відкритої контактної площадки зменшується за площею, щоб початковий об'єм припою відповідав потребам з'єднання, а не об'єму, який передбачає площа контактної площадки. Це контроль на стороні складання, і його потрібно узгодити зі складальником, а не лише з виробником.
• Перевірка заповнення, покриття та планарності. Зазначений матеріал заповнення, цілісність ковпачка та площинність обробленої поверхні слід перевірити за кресленням. Найкращий вибір заповнення залежить від електричних, теплових, механічних вимог та вимог до надійності.

Правила проектування, які забезпечують цю роботу, викладені в нашому розділі «Проектування переходних отворів RF PCB», а процес складання описаний у нашому розділі «Процес складання друкованої плати» . Коли конструкція має як VIPPO, так і вимогливе теплове середовище, варто узгодити зменшення трафарету та схему переходних отворів як з виробником, так і зі складальником перед першим виробом, оскільки обидві сторони повинні бути узгоджені.

Поширені дефекти друкованих плат VIPPO та ризики надійності

Це ті дефекти, через які конструкція VIPPO може пройти візуальний огляд і все одно не вийти з ладу в експлуатації.

• Заповніть порожнечі. Колона з порожнечею посередині проводить менше струму, ніж передбачає креслення, і невидима з поверхні. Якщо теплові характеристики є визначальним фактором проектування, то саме цей дефект має найбільше значення, і саме тому питанням, яке слід обговорювати, є контроль процесу заповнення, а не зовнішній вигляд заповнення.
• Розшарування кришки. Кришка з'єднання відділяється від заповнення, залишаючи порожнечу в найбільш напруженій точці конструкції. Це стає видимим як розірваний контур після термоциклування.
• Дефекти кришки або поверхні. Випуклість, пустоти, відшарування ковпачків або забруднення паяльної маски на готовому контактному майданчику можуть погіршити паяльність та планарність. Критерії прийнятності повинні відрізняти дефект заповнення від проблеми з обробкою поверхні або процесом складання.
• Недостатньо припою на стику. Це може бути пов'язано з конструкцією трафарету, об'ємом пасти, геометрією контактних площадок або налаштуваннями складання. Якщо контактна площадка VIPPO правильно закрита, не припускайте, що причиною є зтікання припою, не оглянувши готовий перехідний отвір та паяне з'єднання.
• Оголення та корозія оголеної міді. Відкритий контактний майданчик — це гола мідь без захисної маски. Якщо конструкція має відкритий перехідний отвір і не вказано обробку поверхні або обробку, яку не можна паяти, контактний майданчик є місцем корозії.

Перевірка цілісності гальванічних отворів розглядається в нашому тестуванні міжз'єднань на навантаження (IST) , а загальні міркування щодо надійності гальванічних отворів наведені на нашій сторінці надійності друкованих плат.

Керівні принципи VIPPO з проектування друкованих плат для дрібнозернистих BGA-матриць

Це правила, які визначають, чи можна виготовити дошку, і їх слід виправити до випуску художнього твору, а не виявити під час рецензування.

Якщо перехідний отвір проходить поблизу або крізь структуру заглибленого чи глухого отвору, взаємодію між двома процесами необхідно перевіряти, а не припускати, і це розглядається на нашій сторінці про глухі та заглиблені отвори. Загальний огляд художнього рішення на відповідність стандартним правилам доступний у нашому огляді технологічності проектування друкованих плат (DFM).

Виробник друкованих плат VIPPO для заповнених та гальванізованих перехідних отворів

Для проектів, що шукають виробника друкованих плат VIPPO , Highleap може переглянути зазначену структуру заповнених та закритих переходних отворів, конструкцію навколишньої площадки та вимоги до контролю. У ціновій пропозиції має бути чітко зазначено, чи використовується в запитуваній конструкції заливка смолою, провідна заливка чи інший затверджений маршрут, а також які критерії обробленої поверхні застосовуються. Це особливо важливо для виготовлення друкованих плат VIPPO для BGA , де компланарність площадки та контроль об'єму припою можуть впливати на вихід складання.

Для точного розрахунку вартості друкованої плати з заповненими та закритими контактними майданчиками , надайте файл свердління, діаметр перехідних отворів, крок, розміри контактних майданчиків, з'єднання шарів, розташування плати, обробку поверхні, специфікацію заповнення та будь-який стандарт прийняття замовником. Якщо плата буде зібрана, додайте специфікацію матеріалу (BOM), файл «Pick-and-Place» та складальне креслення, щоб вимоги до виготовлення та складання можна було розглянути разом.

Інформація про процес заповнення та покриття перехідних отворів від Highleap стосується обговорення заповнення та кришування, тоді як виробництво друкованих плат HDI є актуальним, коли VIPPO є частиною щільного мікроперехідного отвору або нарощування конструкції. Для складання "під ключ" обговоріть обсяг плати та складання з нашою командою зі складання друкованих плат.

• Пакет цінових пропозицій: Дані Gerber/ODB++, файл свердління, набір елементів, геометрія переходних отворів/контактних майданчиків, специфікація заповнення та закриття, обробка поверхні, кількість та критерії контролю.

Найчастіші питання щодо виготовлення друкованих плат VIPPO

Чи VIPPO те саме, що й via in pad?

Ні. «Via-in-Pad» описує розташування переходного отвору. VIPPO означає Via-In-Pad Plated Over і вказує на заповнений перехідний отвір з гальванічним покриттям поверхні. Заповнювальний матеріал, вимоги до кришки, отвір для паяльної маски та обробка поверхні повинні бути визначені окремо на виробничому кресленні.

Чи можна поєднувати VIPPO зі сліпими та заглибленими переходними отворами?

Так, але ці два процеси взаємодіють один з одним, і послідовність має значення. Перехідний отвір, заповнений ламінуванням, має бути заповнений у циклі пресування, а сліпий перехідний отвір, захований у тому ж ламінаті, може потребувати оголення та покриття у наступному циклі. Існують плати, що поєднують обидва процеси, але їм потрібен продуманий маршрут процесу, а не стопка незалежних нотаток.

Чи впливає VIPPO на імпеданс уражених мереж?

Це можливо, і в більшості випадків сприятливо для мереж живлення та заземлення, оскільки заповнений та покритий металом перехідний отвір поводиться як суцільний мідний стовпчик, а не як покрита трубка з діелектричним осердям. У сигнальній мережі з контрольованим імпедансом заповнений перехідний отвір має інший імпеданс, ніж незаповнений, тому модель перехідного отвору в симуляції повинна відображати готову конструкцію.

Чи можна зібрати плати після виготовлення VIPPO?

Так. Правильно виготовлені контактні площадки VIPPO призначені для підтримки паяння компонентів безпосередньо на покритій поверхні. Складальнику все одно слід перевірити геометрію контактних площадок, апертуру трафарету, об'єм паяльної пасти та рекомендації щодо термопрокладок для корпусу, особливо для великих відкритих контактних площадок або корпусів BGA з дрібним кроком.

Як перевіряється VIPPO?

Шляхом поперечного перерізу заповнених отворів на зразках для перевірки заповнення та кришки, шляхом вимірювання цілісності кола та теплового опору, де від цього залежить конструкція, а також шляхом перевірки відкритої контактної площадки на наявність залишків маски. План вибірки та метод вимірювання слід узгоджувати в кошторисі, а не передбачати.