A introdução completa ao preenchimento via

Vias elétricas são os furos dentro de uma placa de circuito impresso que permitem que as camadas sejam conectadas eletricamente. Primeiro, o preenchimento das vias evita o aprisionamento de líquidos ou ar que podem causar montagem falhas, melhorando assim a confiabilidade e o desempenho do circuito. Tudo isso pode ajudar você a melhorar esse processo no seu design de PCB — o artigo fornece insights sobre preenchimento de vias, suas vantagens, técnicas, materiais e melhores práticas sobre como preencher vias.

Compreendendo Vias em PCB

O que é Via Preenchimento?

O preenchimento da via é uma das etapas mais importantes na fabricação de uma placa de circuito impresso (PCB); é onde a via — uma espécie de conduíte que conecta as diferentes camadas do PCB — é preenchida com materiais como epóxi, resina ou cobre. Ao adotar planos abrangentes que visam drasticamente minimizar complicações relacionadas, por exemplo, o aprisionamento de ar ou fluido que poderia ocorrer de outra forma a partir dos erros manifestos no momento de sua montagem, as eficiências elétricas e mecânicas dos PCBs podem ser significativamente aprimoradas. É também um processo muito crítico para melhorar a confiabilidade geral e a natureza duradoura dos PCBs multicamadas para aplicação em aplicações complexas Cartão sistemas.

Tipos de preenchimento de via

Esta parte do artigo focou principalmente em algumas das metodologias de preenchimento de via em placas de circuito impresso com materiais condutores e não condutores para preenchimento de via. Uma compreensão adequada dos tipos de preenchimento de via ajudará os engenheiros a escolher a técnica de preenchimento mais otimizada para melhorar o desempenho, a confiabilidade e o custo.

Condutivo Via Enchimento

Algumas vias de aprimoramento de condução são embaladas com pastas condutoras que auxiliam no aprimoramento das propriedades de condução das placas. A outra maneira é aplicar epóxi de cobre ou prata nas vias para melhorar a condução térmica, e isso facilitará a dissipação eficiente de calor para um dissipador de calor. Embora possa ser caro, a propriedade condutiva do epóxi de cobre na condução térmica é muito boa. As vias devem ser preenchidas para permitir a transmissão eficiente do sinal elétrico entre diferentes camadas da placa de circuito impresso. As diferenças na expansão entre o preenchimento metálico e o laminado causam, portanto, o nascimento fácil de fraturas. Normalmente, o preenchimento da via condutiva melhora o desempenho geral e a confiabilidade das placas de circuito impresso.

Não Condutivo Via Enchimento

Importante, via fill não condutiva se refere ao processo de selar completamente todas as vias para evitar que quaisquer poluentes, como solda, entrem nas vias. O resultado é um aprimoramento definitivo na coerência dentro do sistema mecânico de uma estrutura, acompanhado por uma rota retificada para preenchimento condutor. Isso é frequentemente empregado em design via-in-pad para evitar a formação de conexões de solda frágeis. A adoção desta técnica beneficia muito os designs com uma superfície polida, pois garante um resultado excepcional no sprocesso de envelhecimento. Dois fatores contribuem para a superioridade do preenchimento não condutivo: a estabilidade e a confiabilidade de vários tipos de preenchimentos, enquanto os preenchimentos não condutivos e condutivos são economicamente eficientes.

Vias preenchidas fechadas revestidas de cobre

Essas são vias de micro ou furo passante fechadas que têm propriedades de transferência de calor e condutividade térmica muito boas em uma aplicação. Essas tecnologias podem ser aplicadas bem a tais aplicações nas quais a dissipação de calor efetiva é necessária, com os furos passantes selados. O NetVia Group foi um precursor em vias de furo passante seladas e revestidas de até 12 mils de diâmetro, sem problemas como vazios, bolsas de ar e aprisionamento de fluidos. É aplicado em casos em que a proporção é maior que 10:1 ou pelo diâmetro abaixo de 8 mils. No entanto, materiais finos, padrões de revestimento envolvente ou materiais de PTFE/Teflon representam um problema por si só com distorções ou rasgos de material. Vias fechadas podem ser revestidas com cobre placa aplicada como um meio eficaz para aumentar o gerenciamento térmico no projeto de PCB.

Comparação de técnicas de preenchimento de vias

Condução elétrica por enchimento:

Material Composição: Composto principalmente de materiais condutores, incluindo epóxi de cobre ou prata.
Melhoria da condutividade elétrica e térmica.
Ele oferece controle de temperatura confiável e a integridade do sinal é classificada como muito boa.
Desvantagens: Mais caro do que ter enchimento não condutor, pois são despesas com materiais condutores.
Aplicações: Para circuitos que necessitam de rápida dissipação de calor ou dos caminhos de condução elétrica mais favoráveis.

Enchimento de película não condutiva:

Composto de materiais isolantes, como epóxi.
Evita que ações da solda ou outros contaminantes penetrem na via.
Vantagens: barato, fácil de usar e aplicar e oferece suporte mecânico suficiente.
Desvantagens: Oferece ganho térmico ou elétrico limitado.
Aplicações: Usado para circuito impresso flexível e para aplicações via-in-pad.

Vias passantes revestidas em cobre

Design: Totalmente preenchido com CFA e hermeticamente selado no cobre.
Objetivo: Otimiza a condutividade térmica.
Contras: Muito caro, pois exigirá equipamentos e materiais especializados.
Aplicação Alvo: Aplica-se a circuitos onde há dissipação de calor eficiente, eletrônicos de alto desempenho ou pequenas vias e/ou grandes proporções de aspecto.

Por meio de métodos de preenchimento

Existem dois principais métodos de preenchimento de vias que são popularmente conhecidos:

Chapeamento de cobre

Essencialmente falando, o processo pelo qual o Galvanoplastia de Cobre A galvanoplastia adicional do cobre preenche totalmente os furos de passagem após uma galvanoplastia inicial ter sido realizada:

O cobre é depositado dentro das cavidades perfuradas por meio de deposição eletrolítica.
A espessura do revestimento é construída pela adição incremental.
Os furos também colocam uma distribuição de cobre nos limites.
Este processo é repetido até que a via esteja preenchida com cobre. Isso garante a qualidade uniforme da deposição de cobre e conexões confiáveis, mas o equipamento necessário para este processo é, de fato, bem caro.

Enchimento de tinta condutiva

Encha os frascos com líquidos para máscaras de solda e/ou tintas condutoras.

Permite o preenchimento de vias após a perfuração. A tinta é depositada, impressa em estêncil ou depositada de outra forma para depositar a tinta. Várias vias podem ser preenchidas simultaneamente. Este é um processo em que a tinta cura à medida que a placa é aquecida após sua produção.

O enchimento via torna-se assim um processo económico e escalável utilizando tintas condutoras. Mesmo assim, complicações devem ser evitadas e o processo deve ser otimizado adequadamente para o enchimento de tinta.

Materiais utilizados para preenchimento de vias

Existem diferentes materiais utilizados para o enchimento de vias, no entanto, estes são os materiais mais comuns utilizados no processo e na fabricação:

Cobre galvanizado

Depois, as vias são permeadas com cobre puro por meio de uma aplicação do processo de galvanoplastia. Isso significa excelente condutividade: IACS 100%. A adesão ao cilindro de cobre foi excelente. Isso garante um enchimento consistente e confiável. Requer investimento significativo no equipamento.

Cobre eletrolítico

Isso se refere à deposição autocatalítica de cobre.
Proporciona eletricidade com condutividade um pouco mais fraca que o cobre puro.
Incapacidade de atingir um grau de espessura semelhante ao possível com galvanoplastia.
Isso garante uma camada uniforme e consistente nas paredes internas do furo. Maneira mais economicamente eficiente.

máscara de solda

Neste caso, a máscara de solda foi colocada sobre vias; isto é, material à base de resina, barato e fácil de aplicar. Eles fizeram camadas protetoras, mas elas eram feitas de epóxi ou compostos similares.

Epóxi Condutor

Epóxi condutivo Ele fornece uma super adesão e bom desempenho com enchimento e conexões elétricas apropriados. No entanto, o enchimento é extremamente caro, juntamente com um processo de cura totalmente demorado. As vias são preenchidas com enchimentos condutivos como prata ou carbono misturados em resina epóxi.

Processo de fabricação para vias preenchidas

Para preencher as vias corretamente, siga estas etapas:

Perfuração

VIAs podem ser feitas por meio de brocas mecânicas ou por um feixe de laser. Este é um exemplo correto de microvias. Os furos obtidos são um tanto padronizados, mas não são realmente precisos em tamanho, forma e posição. Sua escolha dependerá de vários fatores, como custo, número exigido de PCBs, precisão e tamanho do furo. Brocas mecânicas podem ter pequenos desvios, portanto, é evitada a quebra durante a perfuração se o anel anular ao redor do furo for feito grande o suficiente. Cálculos adequados por meio de tamanhos de brocas via, mantendo em vista a proporção de aspecto adequada para implementá-los bem.

Saneamento de Vias

As vias são limpas após a perfuração, levando consigo detritos, rebarbas ou resina. Diferentes tipos de limpeza incluem processos mecânicos combinados e químicos abrasivos. A limpeza dos furos de contaminantes usa uma escova para aplicar um solvente. Cuidadosamente controlado, o painel vê banhos adicionais de limpeza e galvanoplastia em preparação para um revestimento de cobre uniforme dentro dos furos de passagem.

Enchimento

Nesta etapa, preencha os furos de passagem com resina não condutiva ou condutiva. Há duas etapas de preenchimento a serem feitas. Primeiramente, o preenchimento é feito usando pressão e vácuo para preencher os furos sem lacunas. Nesta segunda etapa, limpe o excesso de resina na superfície do painel para prepará-lo para a planarização. Aqui, as vias estão prontas, tendo sido preparadas por meio deste processo e preenchidas para ação posterior.

Planarização

O processo envolve principalmente o preenchimento de vias com resina não condutiva ou condutiva. O preenchimento de vias pode ser dividido em duas etapas. Primeiro, ele tem que estar sob pressão e vácuo para que nenhuma lacuna seja deixada dentro dos furos. Segundo, excesso de resina no painel à superfície dos talhos, precisa ser removido para permitir preparação adicional para planarização. Agora, as vias estarão bem preparadas e preenchidas, prontas para processos adicionais.

Considerações sobre custos

Esses são alguns dos fatores que preenchem vias em PCBs.
Contagem de furos: Quanto mais vias ou furos passantes houver em seu PCB, mais caro será o preenchimento. Isso significa mais material e trabalho.
Tipo de pasta: O que a pasta usada no preenchimento contém tem muito a ver com o custo total. O preço e a eficácia de várias pastas diferem.
Complexidade de Fabricação: Isso se refere à complexidade do seu design de PCB e, portanto, afeta o custo. Designs mais complexos exigirão técnicas avançadas, aumentando os custos.
Testes e controle de qualidade: os testes envolvidos na verificação da qualidade das vias preenchidas aumentam o custo total.
Conhecer esses fatores pode realmente ajudar a lidar com seus custos de produção de PCB.

Benefícios de preenchimento via

Mesmo com as despesas adicionais, o uso do via-fill induz vários efeitos benéficos. A resistência mecânica e o gerenciamento térmico de um PCB são significativamente melhorados. O desempenho elétrico também é muito melhor, pois o ruído do sinal é reduzido. A melhoria na confiabilidade é frequentemente experimentada.

Benefícios e principais propriedades

Propriedades de diferentes métodos de preenchimento de vias

As opções que você pode ter quando se trata de preencher vias em um PCB incluem preenchimento condutivo, não condutivo e de cobre. Cada um deles tem sua própria propriedade. O preenchimento condutivo aumenta a condutividade térmica e elétrica, altamente adequado para aplicações de alta potência. O preenchimento não condutivo é muito bom para minimizar o custo, ao mesmo tempo em que oferece um bom suporte estrutural. O preenchimento de cobre fornece o melhor desempenho elétrico e pode ser adequado para aplicações com pitches BGA apertados e designs de alta frequência.

Benefícios dos vários materiais usados

Crítico na definição do desempenho do seu PCB, a melhoria da densidade de roteamento, juntamente com uma redução de camadas ou tamanho da placa, faz uma melhoria significativa nas fixações de pad. Deixe que os materiais de preenchimento também diminuam a EMI e ofereçam o caminho mais curto para contornar capacitores em projetos de alta frequência. Com sua escolha do método de preenchimento de via correto e uma boa escolha de materiais de preenchimento, você provavelmente oferecerá melhor desempenho com melhor confiabilidade para os PCBs.

Diretrizes do Designer para Preenchimento de Via

Considerações importantes no design

Durante a fabricação de uma PCB, lembre-se de algumas etapas importantes no preenchimento de vias. Esteja atento aos traços importantes para os quais o preenchimento de via deve ser feito, especialmente as conexões rápidas ou de alta corrente. Isso manterá os sinais claros e garantirá que tudo esteja em operação. Escolha via tamanhos que combinam com o tipo de placa: O tamanho, formato e proporção corretos entre a broca e o tamanho final são os principais contribuintes para um bom design. Sempre use anéis redondos ao redor das almofadas para fazer conexões de solda fortes, o que, por sua vez, faz a placa durar mais.

Siga estas diretrizes:

Caminhos de alta velocidade ou alta corrente: as vias devem ser preenchidas em caminhos de alta velocidade ou alta corrente para manter o desempenho.
Escolha tamanhos de via apropriados e combine o tamanho e o formato da via com a proporção entre a perfuração e o tamanho final para uma tecnologia de placa específica que você está implementando.
Anéis anulares: colocar um anel ao redor de cada almofada ajudará a implementar juntas de solda fortes e aumentará a confiabilidade da conexão.
Solicitação de informações sobre o processo de preenchimento: pergunte ao fabricante da placa o que ele usa para preencher as vias.
Solicitar teste de cupom: peça para que um cupom seja preenchido em um espaço em branco no quadro para testar a qualidade do que foi preenchido.
Verificação de vias: verifica as vias preenchidas nas placas de produção em relação à qualidade padrão usando um microscópio.
Teste de estresse térmico: realize testes de estresse térmico para determinar a integridade e a confiabilidade da via sob temperaturas flutuantes.

Normas de Via de Enchimento e Via de Cobertura

O preenchimento e a cobertura adequados criarão uma PCB de boa qualidade e forte em estrutura de acordo com os padrões. O preenchimento de vias garantirá que as vias sejam seladas corretamente, então adiciona mais força à placa, além de talvez qualquer risco devido a mudanças térmicas ou algumas outras influências ambientais. Vias preenchidas adequadamente também ajudam no desempenho elétrico porque oferecerão uma conexão consistente, reduzindo a possibilidade de problemas de sinal e diafonia.

Além disso, tratamentos de material adequados que cobrem as vias também dão outras proteções; a cobertura previne sujeira e oxidação das vias que podem danificar a condutividade. Cobrir adequadamente as vias pode tornar a placa mais fácil de soldar, onde as peças serão fixadas corretamente, e ela funcionará conforme o esperado.

Desenvolver esse tipo de padrão garante que seus PCBs sejam resistentes e altamente funcionais. Dessa forma, os riscos de perdas de sinal, quebras e danos ambientais são bastante reduzidos, e você acaba tendo os produtos mais confiáveis e duradouros. Qualidade e estabilidade são parâmetros muito críticos em aplicações de alto desempenho.

Aplicação de Vias Preenchidas

Ao longo de tantos Design PCB metodologias, vias preenchidas têm sido usadas para melhorar a funcionalidade e a durabilidade. Elas são geralmente encontradas em circuitos rápidos ou de alta frequência, onde ajudam a manter sinais claros. Vias preenchidas são comuns em placas que contêm muitos componentes, pois permitem que os projetistas criem layouts usando menos espaço, permitindo assim mais opções de roteamento. Essas vias são usadas para gerenciar correntes mais altas no poder sistemas, e portanto problemas de superaquecimento são eliminados, de modo que tudo funcione friamente. Vias preenchidas darão à placa mais resistência mecânica e reduzirão as chances de ela ser danificada, melhorando assim o desempenho geral.

Desafios no Preenchimento de Vias

O preenchimento via pode estar relacionado a uma série de problemas de usinagem e diminuir a qualidade e a confiabilidade do seu PCB. Um dos problemas frequentes é a formação de vazios: quando as vias têm lacunas ou bolhas de ar em sua criação preenchida, elas diminuem ainda mais sua eficácia. Isso pode resultar em conectividade elétrica ruim e mecânica fraca. O outro problema é que o material de preenchimento irregular não entra em uma via cheia e dá desempenho irregular. Assim, o preenchimento excessivo realmente tem a capacidade de causar caroços ou superfícies que não são niveladas na placa, o que pode criar problemas para a montagem posterior. Além disso, materiais ou métodos de preenchimento inadequados resultam em baixa condutividade térmica e elétrica. Todos esses problemas precisam ser resolvidos para garantir a confiabilidade e o bom funcionamento do seu PCB.

Técnicas alternativas de preenchimento de vias econômicas

Considere o uso de plugues de preenchimento via, o que economizará muito dinheiro na fabricação de muitos PCBs. Primeiro e mais importante, os custos de carregamento durante a produção também são normalmente baixos em comparação aos métodos normais de enchimento. Eles ajudam a reduzir os custos de enchimento, mas funcionam bem na proteção e suporte da sua placa. Usar plugues de enchimento pode ser especialmente vantajoso com grandes tiragens de produção, pois tornam o processo mais simples e econômico. Além disso, esse método não vai exagerar no seu orçamento, embora garanta a qualidade e a confiabilidade do seu PCB.

Perguntas frequentes

Quando as vias de PCB devem ser preenchidas?

Circuitos de alta frequência, placas altamente povoadas, designs multicamadas, usos de alta corrente e conexões de pinos press-fit precisam que as vias de PCB sejam preenchidas. O preenchimento de via também é feito em altas proporções de aspecto sob BGAs para melhorar o desempenho e a confiabilidade. Sempre revise as necessidades para obter melhores resultados.

Quais são algumas das principais desvantagens de usar vias preenchidas?

Existem vários problemas com o preenchimento de um via: indústria o custo é mais alto, pode haver um pouco mais de tempo de processamento quando ele é preenchido, vias preenchidas podem ter problemas de expansão térmica e possivelmente causar empenamento, o preenchimento incorreto pode ter vazios ou uma superfície desnivelada que afetará o desempenho da placa e, por último, mas não menos importante, vias preenchidas podem dificultar reparos ou alterações futuras. Essas desvantagens, no entanto, devem ser avaliadas em relação aos benefícios do design eficaz de PCB.

Como você deve selecionar o material de preenchimento ideal?

Existem alguns fatores-chave na seleção do melhor material de preenchimento de via. Primeiro, leve em consideração as necessidades elétricas e térmicas do PCB. Materiais condutores, por exemplo, cobre ou epóxis condutores, podem ser utilizados em circunstâncias que se aplicam a alta condutividade. No entanto, se seu desejo é isolar, materiais não condutores, por exemplo, resina, podem ser um substituto melhor. Além disso, verifique o custo e a facilidade de aplicação. Certifique-se de que o material se encaixa no design da sua placa e nos requisitos de produção. Todos eles são equilibrados entre si para decidir sobre a aplicação de material de preenchimento de via mais adequada.

O que causa baixa qualidade ou falta de confiabilidade no preenchimento?

Pode causar preenchimento de vazios ruim ou não confiável devido ao preenchimento parcial devido a bolsas de ar presas ou preenchimento incompleto do vazio. Seleção incorreta de material que pode não interagir bem com o substrato – ligação fraca Aplicação ruim, por exemplo, volume não uniforme de preenchimento ou, até mesmo, “enchimento excessivo” Outros casos envolvendo cura e contaminação inadequadas resultam em preenchimento de baixa qualidade. Atenda a esses fatores e preste atenção aos usos que garantem confiabilidade por meio do preenchimento durante a fabricação.

Quais são as causas da má qualidade ou do enchimento não confiável?

Má qualidade ou falha podem frequentemente ser rastreadas até um de apenas alguns problemas típicos. Se a totalidade das vias não preencher, então é provável que uma bolsa de ar ou vazio seja criado. Muito pouco material de preenchimento resultará em conexões fracas ou de baixo desempenho. Níveis inadequados — tanto acima quanto abaixo — são problemáticos. Além disso, a cura ruim ou contaminação do preenchimento também são problemáticas. Tais problemas só poderiam ser mitigados pela adesão constante às técnicas e materiais de preenchimento adequados no processo de fabricação.

Conclusão

Neste guia abrangente, você aprendeu que o preenchimento de vias é crucial para aumentar a confiabilidade e o desempenho de seus PCBs. Vias preenchidas ajudam a evitar problemas como aprisionamento de ar ou líquido, melhorando as conexões elétricas e a resistência mecânica. Ao entender diferentes materiais de preenchimento — como cobre eletrodepositado, cobre sem corrente, máscara de solda e epóxi condutor — você pode selecionar a melhor opção para suas necessidades específicas. Vias preenchidas corretamente permitem sinais de alta frequência e, ao mesmo tempo, bom gerenciamento de calor e conexões fortes. Certifique-se de que suas melhores práticas na escolha dos materiais certos levem a um design de PCB de alto desempenho, mas também confiável.