Al giorno d’oggi, ingegneri e progettisti si trovano spesso ad affrontare la richiesta di una maggiore densità di componenti, di segnali più veloci e di layout PCB compatti. La via nel pad del PCB può soddisfare questi requisiti. La via viene posizionata direttamente sotto la piazzola dei componenti SMT. Può semplificare il routing e realizzare connessioni tra i componenti e gli strati interni. Scegliendo la progettazione di via nel pad del PCB, è possibile acquisire un passo minore per i componenti, riducendo le dimensioni complessive della scheda. Sapete quando utilizzare la via nel pad del PCB nella progettazione di PCB? O è addirittura necessario? Leggendo questo articolo, potrete chiarire tutta la confusione e ottenere ciò che desiderate.
Quando utilizzare via nel pad del PCB nella progettazione di PCB?
Di seguito sono riportate le principali situazioni in cui l’uso di via nel pad del PCB nella progettazione di PCB è particolarmente vantaggioso:
Quando si gestiscono layout ad alta densità
Quando si progetta un PCB HDI, i componenti devono essere montati in uno spazio limitato sulla scheda. Allo stesso tempo, è necessario un cablaggio ad alta densità. La progettazione di via nel pad del PCB può ridurre il numero di vias sulla scheda, risparmiando spazio e consentendo una maggiore densità di componenti. Questa tecnologia è particolarmente importante per i dispositivi elettronici miniaturizzati come i dispositivi IoT, gli smartphone e gli indossabili.
Quando è necessaria una migliore gestione termica
La via nel pad del PCB funge anche da via termica, offrendo un percorso termico diretto dai componenti al piano di rame interno. Può dissipare efficacemente il calore accumulato da componenti sensibili alla temperatura o ad alta potenza, come amplificatori di potenza, LED ad alta potenza e regolatori di tensione. Il rischio di surriscaldamento può essere notevolmente ridotto, migliorando così l’affidabilità dei componenti in uso.
Quando si lavora con componenti a passo fine
La via nel pad del PCB è spesso utilizzata nei pacchetti BGA (Ball Grid Array) e QFN (Quad Flat No-Leads), che presentano connessioni IO (input e output) ad alta densità sotto il chip. Per i chip BAG, il numero di pin è maggiore e la spaziatura è ravvicinata, il che rappresenta una sfida per la tracciatura. Utilizzando questa via, è facile e veloce trasmettere i segnali dai componenti agli strati interni del PCB. Per i QFN, è una soluzione efficace per ottimizzare il routing e la gestione termica.
Quando si ottimizza l’integrità del segnale
L’integrità del segnale è importante nei circuiti ad alta velocità e ad alta frequenza. La via nel pad del PCB consente di far passare i segnali direttamente dai componenti agli strati interni, accorciando in modo significativo il percorso delle tracce del PCB. Questo design riduce l’induttanza e la capacità parassite e migliora la stabilità dell’impedenza, migliorando in definitiva l’integrità del segnale.
Quando i vias standard sono sufficienti
Se lo spazio a disposizione sul PCB è sufficiente, i vias tradizionali posizionati vicino alle piazzole possono soddisfare i requisiti di progetto. Queste opzioni sono più semplici e spesso più convenienti rispetto alla via nel pad del PCB nella progettazione di PCB.
Attraverso foro via
È un tipo comune di via che viene forata dall’alto verso il basso, collegando tutti gli strati del PCB. Con una struttura semplice, queste vie sono facili da perforare e sono economiche, ma occupano più spazio sulla scheda.
Cieco via
Non attraversa l’intero PCB, ma collega solo lo strato esterno a uno o più strati interni del PCB. La via è visibile solo su un lato del PCB, quindi viene chiamata via cieca. Rispetto a una via a foro passante, una via cieca è difficile da produrre, ma consente di risparmiare spazio sulla scheda.
Seppellito tramite
Viene utilizzata per collegare gli strati interni adiacenti del PCB e non può essere vista all’esterno del circuito. Questo tipo di via è utilizzato per i circuiti stampati a 4 strati. Rispetto ai vias ciechi, i vias interrati sono più complicati e costosi da produrre.
Microvie
Si tratta di fori molto piccoli che richiedono l’uso del laser per la perforazione e sono comunemente utilizzati nei PCB HDI. Il diametro dei fori è in genere inferiore o uguale a 6 mil. I microvia possono collegare strati adiacenti o più strati in uno stack-up.
Di seguito è riportata una semplice tabella che aiuta a distinguere meglio questi vias, evidenziando quando i vias standard possono essere sufficienti rispetto alla via nel pad del PCB.
| Tipo di via | Connessione allo strato | Difficoltà di fabbricazione | Spazio richiesto | Metodo di foratura | Costo | Applicazione tipica |
| Attraverso foro via | Superiore → Inferiore | Facile | Alto | Foratura meccanica | Basso | PCB multistrato standard |
| Cieco via | Superficie → Interno | Moderato | Medio | Trapano meccanico | Medio | Risparmio di spazio in progetti compatti |
| Seppellito tramite | Interno → Interno | Duro | Basso | Trapano meccanico | Alto | PCB ad alto numero di strati |
| Microvie | Superficie → Interno | Duro, laser | Molto basso | Foratura laser | Alto | Progetti HDI, smartphone, indossabili |
| Via nel pad del PCB | Superficie → Interno | Molto duro (riempito e tappato) | Minimo | Foratura laser + riempimento e tappatura | Molto alto | BGA/QFN a passo fine, vias termici |
Come mostra la tabella, i vias standard sono più facili ed economici da produrre, ma occupano più spazio. Mentre la via nel pad del PCB consente di ottenere un design ad alta densità e migliori prestazioni al costo di una maggiore complessità.
Perché la via nel pad del PCB non è sempre la scelta migliore
Sebbene la via nel pad del PCB sia molto utile nei progetti ad alta densità, presenta alcuni problemi. Tali problemi, se non gestiti correttamente, possono compromettere l’affidabilità del dispositivo elettronico. Questi problemi spiegano perché la progettazione di via nel pad del PCB dovrebbe essere utilizzata solo in scenari specifici.
Aumento della complessità di produzione
L’instradamento della via nel pad del PCB richiede ulteriori passaggi, aumentando notevolmente la complessità della produzione. I produttori devono forare ulteriori vias, placcarli con materiali conduttivi, riempirli con epossidica e tapparli con rame.
Rischio di degassamento
Con il processo di saldatura, è probabile che i vias tappati producano gas di scarico. Ciò è dovuto al riscaldamento, che provoca la trasformazione del liquido in vapore. Le bolle d’aria salgono verso l’alto attraverso la via-in-pad e il degassamento può causare vuoti nel giunto di saldatura.
Problemi di planarità della superficie
Le protuberanze superficiali possono essere il risultato di un riempimento e di una copertura imperfetti della via nel pad del PCB. Queste protuberanze rappresentano una sfida per la saldatura dei componenti, soprattutto i BGA. È essenziale mantenere la superficie piana, poiché ciò influisce sull’assemblaggio del PCB.
Vincoli di progettazione
Quando si progettano le vie nel pad del PCB, è necessario tenere conto del loro effetto sul successivo assemblaggio. Se i vias non sono riempiti e tappati correttamente, c’è il rischio che la saldatura penetri nei vias durante il processo di saldatura. Infine, potrebbe causare giunti di saldatura deboli.
Impatto sulle prestazioni elettriche
Oltre a contribuire a una migliore densità di instradamento e all’integrità del segnale, la via nel pad del PCB può contribuire a problemi peggiori se utilizzata in modo improprio. I difetti dei giunti di saldatura possono causare la degradazione del segnale o cambiamenti di impedenza. Questi problemi possono avere implicazioni per le prestazioni elettriche e persino causare guasti.
Le migliori pratiche per l’uso di via nel pad del PCB nella progettazione di PCB
Una volta stabilito che la via nel pad del PCB è la scelta giusta per il vostro progetto, le seguenti pratiche possono aiutarvi a implementarlo con successo. Seguendo le pratiche collaudate, è facile ridurre i rischi ed evitare costosi errori durante l’assemblaggio dei PCB.
Valutare in anticipo le capacità del produttore di PCB
Prima di iniziare a progettare il circuito, valutate le capacità di progettazione e produzione del produttore di PCB, ad esempio la dimensione minima dell’anello anulare. Questo eviterà problemi di DRC e DFM in seguito.
Verifica dei file di progettazione esportati
Quando si esporta dal software di progettazione PCB, è fondamentale rivedere tutti i file di progettazione. In questo modo si possono evitare molti errori e problemi che possono verificarsi durante la successiva fabbricazione. Oltre al diagramma di foratura standard, è fondamentale un file separato che evidenzi solo la via-in-pad. Questi file possono aiutare i produttori a distinguerli chiaramente dai vias tradizionali, evitando che vengano erroneamente tappati o riempiti.
Controllo dei materiali e del processo per evitare urti superficiali
Per garantire un processo di saldatura senza intoppi, è possibile selezionare materiali adeguati e mantenere un rigoroso controllo del processo per evitare urti superficiali. Questo include una fase di riempimento e tappatura attentamente controllata per fornire una superficie liscia e uniforme per un posizionamento affidabile dei componenti.
Regole di dimensionamento per la progettazione di via nel pad del PCB
Per ottenere connessioni affidabili, le dimensioni del pad dovrebbero essere leggermente superiori a quelle del via. Quando si progetta la dimensione del foro della via nel pad del PCB, si consiglia di aggiungere una tolleranza adeguata per una foratura accurata. È necessario mantenere un anello anulare adeguato intorno al via, che può influire sulle prestazioni elettriche del PCB.
Test e ispezioni prima della produzione di massa
Prima di passare alla produzione su larga scala, è necessario verificare se la via nel progetto del pad del PCB soddisfa le prestazioni e l’affidabilità richieste. Ecco alcuni test fondamentali: test di saldabilità, test termici e test elettrici. Tutti questi test possono garantire che il progetto sia accurato per soddisfare la funzione prevista e pronto per la produzione di massa.
Ultime parole
Imparando da questo blog, avrete capito quando utilizzare la via nel pad del PCB nella progettazione di PCB. La via consente di risparmiare spazio sulla scheda e di aumentare la densità di instradamento, favorendo lo sviluppo di dispositivi compatti e indossabili. Sebbene la via nel pad del PCB comporti ulteriori sfide produttive, può essere implementato con successo grazie a un’attenta progettazione e alla collaborazione con un produttore esperto. Con quasi 20 anni di esperienza nel settore, MOKOPCB fornisce servizi completi per PCB e PCBA, compresa la competenza nelle soluzioni via nel pad del PCB. Contattateci per sapere come possiamo supportare il vostro prossimo progetto.
