Moderne Elektronikprodukte sind leistungsstärker und funktionsreicher. Dies führt zu ständigen Veränderungen im PCB-Design. Unter vielen anderen Änderungen ist die Einführung von Vias im Pad eine wichtige Neuerung.Ein Schritt im PCB-Design von der Tradition zur Innovation. In diesem Artikel haben wir daher eine detaillierte Analyse von Vias in Pads durchgeführt, einschließlich Definition, Vorteilen und Einschränkungen, Vergleich mit herkömmlichen Vias, Designrichtlinien und anderen Via-Typen. Sehen wir sie uns gemeinsam an!

Was ist Via-in-Pad im PCB-Design?

Via-in-Pad ist eine Technik, bei der Vias direkt in Lötpads von Leiterplatten platziert werden. Sie wird häufig im High-Density-Interconnect-(HDI)-Leiterplattendesign eingesetzt, spart Platz und verbessert die Leistung von Leiterplatten. Dieses Design ermöglicht kleinere Lötstellen durch die Leiterplattenlagen. Bei modernen Leiterplattendesigns, die extrem dichte Layouts erfordern, kann die Platzierung von Vias in Lötpads den Platzbedarf deutlich reduzieren und so kompaktere Bauteillayouts ermöglichen. Beispiel:

Aufgrund erheblicher Platzbeschränkungen kann beim PCB-Design von Smartphones durch die Verwendung von Via-in-Pads die Anzahl der PCB-Schichten effektiv reduziert und gleichzeitig die Qualität und Geschwindigkeit der Signalübertragung verbessert werden.

Vorteile und Einschränkungen des Via-in-Pad-Routings

Vorteile

Platzsparend: 

Das Via-in-Pad-Verfahren integriert geschickt leitfähige Löcher und Lötpads und spart so deutlich horizontalen Platz auf der Leiterplatte. Diese Technologie passt perfekt zum Entwicklungstrend moderner Leiterplatten mit hoher Dichte und Vernetzung. Für moderne elektronische Geräte mit hoher Verbindungsdichte ist dieser Vorteil besonders wichtig, da er dazu beiträgt, die Designanforderungen hinsichtlich Miniaturisierung und Integration zu erfüllen.

Verbesserung der Signalintegrität: 

Dieses Design verkürzt die Weglänge der Signalübertragung und reduziert dadurch Signaldämpfung und Störungen während der Übertragung. Dies ist besonders wichtig für die Hochfrequenz-Signalübertragung, da es die Signalintegrität und -stabilität gewährleisten und die Gesamtleistung elektronischer Produkte verbessern kann.

Verbesserung der Zuverlässigkeit: 

Diese Technologie reduziert die Anzahl der Verbindungspunkte und verringert dadurch das Risiko von Verbindungsfehlern. Darüber hinaus erhöht sie die Gesamtzuverlässigkeit der Leiterplatte und verbessert die Haltbarkeit und Stabilität elektronischer Produkte.

Nachteile

Komplexer Prozess: 

Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ist die Implementierung von Vias in Pads komplexer. Sie erfordert höhere technische Anforderungen und mehr Produktionsschritte, was zu höheren Produktionskosten führen kann. Gleichzeitig können komplexe Prozesse auch die Unsicherheit und die Risiken im Produktionsprozess erhöhen.

Hohe Anforderungen an die Produktionsausrüstung: 

Via-in-Pad erfordert spezielle Produktionsausrüstung und technischen Support. Diese Geräte sind in der Regel technisch aufwendig und teuer, sodass der direkte Einsatz in allgemeinen Produktionslinien mitunter mit einem höheren Arbeitsaufwand verbunden ist.

Schwierigkeiten bei der Qualitätskontrolle: 

Auch die Qualitätskontrolle von Via-Pads steht vor größeren Herausforderungen. Hersteller müssen strengere Produktionsmanagement- und Testprozesse einführen, um die Qualität und Zuverlässigkeit ihrer Produkte sicherzustellen.

Via-in-Pad vs. konventionelle Vias

Designrichtlinien für Via-in-Pad

Abstand und Layout

1. Stellen Sie sicher, dass zwischen den Komponenten und der Verdrahtung rund um die Durchkontaktierung im Pad ausreichend Abstand besteht, um Störungen während der Herstellungs- und Montageprozesse zu vermeiden.

2. Berücksichtigen Sie das Layout von BGA und anderen hochdichten Verpackungen, um sicherzustellen, dass die Durchgangslöcher die Platzierung und das Löten der Komponenten nicht beeinträchtigen.

Pad-Design

1. Die Pad-Größe sollte groß genug sein, um die Durchgangslöcher aufzunehmen und ausreichend Lötfläche bereitzustellen.

2. Die Form des Lötpads sollte entsprechend dem Komponententyp und dem Lötprozess optimiert werden, um eine gute Lötqualität und elektrische Verbindung sicherzustellen.

Durch die Verarbeitung

1. Die Durchgangslöcher sollten mit geeigneten Füllmaterialien (wie Metallpaste, Polymer usw.) gefüllt werden, um zu verhindern, dass Lot in die Löcher fließt und während des Lötvorgangs Blasen oder Hohlräume bildet.

2. Bei der Auswahl der Füllmaterialien sollten deren Leitfähigkeit, thermische Stabilität und Haftung an Lötpads berücksichtigt werden.

Thermisches Design und Wärmeableitung

1. In Situationen mit hoher Wärmeableitung muss das thermische Design der Durchkontaktierung im Pad sorgfältig durchdacht werden, um den zuverlässigen Betrieb von Komponenten und Leiterplatten sicherzustellen.

2. Verwenden Sie Kühlkörper, Wärmeableitungslöcher oder andere Wärmeableitungsstrukturen, um den Wärmeableitungseffekt zu verbessern.

Herstellung und AMontage RAnforderungen

1. Arbeiten Sie eng mit den Herstellern zusammen, um sicherzustellen, dass sie über die Fähigkeit und Erfahrung verfügen, mit der Via-In-Pad-Technologie umzugehen.

2. Befolgen Sie die Herstellungs- und Montagerichtlinien des Herstellers, um optimale Qualität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Wann wird Via-in-Pad verwendet??

Das Via-in-Pad-Design bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Leiterplatten mit hoher Verbindungsdichte, BGA-Gehäusen mit hoher Pinzahl, Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Wärmeableitung und speziellen Anwendungsszenarien. In der Praxis ist jedoch eine situationsgerechte Abstimmung und Optimierung erforderlich, um optimale Designergebnisse zu erzielen.

Achtung

Kisseneffekt und Blasen vermeiden

Während des Reflow-Lötprozesses kann die Luft im Inneren der Durchkontaktierung aufgrund der Wärmeausdehnung entweichen und einen Kisseneffekt oder Blasen bilden. Daher sollte sichergestellt werden, dass die Durchgangslöcher vor dem Schweißen vollständig gefüllt und entlüftet sind.

Kontrollieren Sie Kosten und Zyklen

Via-in-Pads sind relativ teuer. Daher sollte dieser Faktor in der Entwurfsphase umfassend berücksichtigt werden.

Halten Sie Industriestandards und Vorschriften ein

Halten Sie sich an die Industriestandards und Spezifikationen maßgeblicher Organisationen wie IPC, um die Konformität und Zuverlässigkeit des Via-in-Pad-Designs sicherzustellen.

Via-in-Pad-Füllung

Beim Via-in-Pad-Füllen wird die Durchkontaktierung am Lötpad gefüllt. Diese Technologie verbessert die Verbindung zwischen Durchkontaktierung und Pad und steigert so die Zuverlässigkeit und Leistung der Leiterplatte. Hier sind einige Füllmethoden und verwendete Materialien.

Füllmethode

§   Mechanische Füllmethode: Mithilfe spezieller Füllgeräte wird Füllmaterial in die Durchgangslöcher injiziert. Diese Methode eignet sich für größere Durchgangslöcher und dickere Leiterplatten.

§   Chemisches Verkupferungsverfahren: Mit diesem Verfahren wird eine Kupferbeschichtung auf der Innenwand und dem Boden der Durchkontaktierungen gebildet. Dieses Verfahren eignet sich für kleinere Durchkontaktierungen und höhere Anforderungen an die Füllgenauigkeit.

§   Harzfüllmethode: Füllen Sie leitfähige Löcher mit Harz oder anderen Polymermaterialien. Diese Methode eignet sich für Situationen, in denen eine nichtleitende Füllung erforderlich ist, beispielsweise zur Vermeidung elektromagnetischer Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI).

Füllmaterial

§   Metallische Füllmaterialien: Leitfähige Metalle wie Kupfer und Silber werden verwendet, um die elektrische Leistung und Verbindungsstärke zu verbessern.

§   Polymere Füllmaterialien: wie Epoxidharz, werden als nichtleitende Füllung verwendet, um elektromagnetische Störungen und Hochfrequenzstörungen zu verhindern und gleichzeitig strukturelle Unterstützung zu bieten.

§   Kompositmaterialien: Sie vereinen die Vorteile von Metallen und Polymeren und verfügen sowohl über elektrische Leitfähigkeit als auch über chemische Korrosionsbeständigkeit.

Andere Arten von Vias

• Durchgangsloch
• Blind über
• Begraben über

Wenn Sie mehr über PCB-Vias erfahren möchten (z. B. die Auswirkungen von PCB-Vias auf die PCB-Montage oder detaillierte Informationen zu den oben genannten Arten von Vias ...), klicken Sie bitte here.

Fazit

Via-in-Pad ist in der modernen Elektronik von entscheidender Bedeutung. Als zentrale Innovation im PCB-Design bietet sie Lösungen für hochdichte Verbindungen. Durch das direkte Stanzen von Vias auf den Lötpads und deren Füllung mit spezifischen Materialien spart diese Technologie nicht nur wertvolle Platzressourcen, sondern verbessert auch die Integration der Leiterplatte und die Zuverlässigkeit der Bauteilverbindungen deutlich.