Heutzutage sind Ingenieure und Designer oft mit der Forderung nach höherer Bauteildichte, schnelleren Signalen und kompakten PCB-Layouts konfrontiert. Das via im pad PCB kann diese Anforderungen erfüllen. Das via im pad PCB wird direkt unter dem Pad von SMT-Komponenten platziert. Es kann sowohl das Routing vereinfachen als auch Verbindungen zwischen Komponenten und internen Lagen herstellen. Wenn Sie sich für ein via im pad PCB entscheiden, können Sie einen kleineren Bauteilabstand wählen und so die Gesamtgröße der Leiterplatte reduzieren. Wissen Sie, wann Sie ein via im pad PCB verwenden sollten? Oder ist es sogar notwendig? Wenn Sie diesen Artikel lesen, werden Sie alle Unklarheiten beseitigen und bekommen, was Sie wollen.
Wann sollte man ein via im pad PCB verwenden?
Nachfolgend sind die wichtigsten Situationen aufgeführt, in denen via im pad PCB besonders vorteilhaft ist:
Bei der Handhabung von Layouts mit hoher Packungsdichte
Beim Design einer HDI-Leiterplatte müssen die Komponenten auf einer begrenzten Fläche untergebracht werden. Gleichzeitig ist auch eine Verdrahtung mit hoher Dichte erforderlich. Das via im pad PCB kann die Anzahl der Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte reduzieren, was Platz spart und eine höhere Bauteildichte ermöglicht. Diese Technologie ist besonders wichtig für miniaturisierte elektronische Geräte wie IoT-Geräte, Smartphones und Wearables.
Wenn ein besseres Wärmemanagement erforderlich ist
via im pad PCB fungieren auch als thermische Durchkontaktierung und bieten einen direkten Wärmepfad von den Komponenten zur internen Kupferebene. Es kann die angesammelte Wärme von temperaturempfindlichen oder leistungsstarken Komponenten wie Leistungsverstärkern, Hochleistungs-LEDs und Spannungsreglern effektiv ableiten. Das Risiko einer Überhitzung kann erheblich reduziert werden, wodurch die Zuverlässigkeit der verwendeten Komponenten erhöht wird.
Bei der Arbeit mit Fine-Pitch-Komponenten
via im pad PCB werden häufig in BGA- (Ball Grid Array) und QFN-Gehäusen (Quad Flat No-Leads) verwendet, die eine hohe Dichte an IO-Anschlüssen (Eingangs- und Ausgangsanschlüssen) unter dem Chip aufweisen. Bei BAG-Chips gibt es eine größere Anzahl von Pins und die Abstände sind eng, was eine Herausforderung für die Rückverfolgung darstellt. Bei Verwendung von via im pad PCB ist es einfach und schnell, die Signale von den Komponenten auf die inneren Leiterplattenschichten zu übertragen. Für QFNs ist es eine effektive Lösung zur Optimierung des Routings und des Wärmemanagements.
Bei der Optimierung der Signalintegrität
Die Signalintegrität ist bei Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzschaltungen wichtig. via im pad PCB ermöglichen die direkte Weiterleitung von Signalen von den Komponenten zu den inneren Lagen, wodurch der Leiterbahnpfad auf der Leiterplatte erheblich verkürzt wird. Dieses Design reduziert parasitäre Induktivität und Kapazität und verbessert die Impedanzstabilität, was letztendlich die Signalintegrität verbessert.
Wenn Standard-Vias ausreichen
Wenn ausreichend Platz auf der Leiterplatte vorhanden ist, können herkömmliche Durchkontaktierungen in der Nähe des Pads die Designanforderungen erfüllen. Diese Optionen sind einfacher und oft kostengünstiger als via im pad PCB.
Durchkontaktierung
Dies ist eine gängige Art von Durchkontaktierung, die von oben nach unten gebohrt wird und alle Leiterplattenlagen miteinander verbindet. Mit ihrer einfachen Struktur sind diese Durchkontaktierungen leicht zu bohren und kostengünstig, nehmen aber mehr Platz auf der Leiterplatte ein.
Blind Via
Es geht nicht durch die gesamte Leiterplatte, sondern verbindet nur die äußere Schicht mit einer oder mehreren inneren Lagen. Das Via ist nur auf einer Seite der Leiterplatte zu sehen und wird daher auch als Blind Via bezeichnet. Im Vergleich zu einem durchkontaktierten Via ist ein Blind Via schwer herzustellen, aber es kann Platz auf der Leiterplatte sparen.
Begraben über
Es wird verwendet, um die benachbarten inneren Lagen der Leiterplatte zu verbinden, und ist außerhalb der Leiterplatte nicht sichtbar. Dieser Via-Typ wird für mindestens 4-lagige Leiterplatten verwendet. Im Vergleich zu Blind Vias sind Buried Vias komplizierter und teurer in der Herstellung.
Microvias
Hierbei handelt es sich um sehr kleine Löcher, die mit einem Laser gebohrt werden müssen und häufig in HDI-Leiterplatten verwendet werden. Ihr Lochdurchmesser beträgt normalerweise weniger als oder gleich 6 mils. Microvias können benachbarte Lagen oder mehrere Lagen in einem Stapel miteinander verbinden.
Nachfolgend finden Sie eine einfache Tabelle zur besseren Unterscheidung dieser Durchkontaktierungen, die aufzeigt, wann Standarddurchkontaktierungen ausreichend sind und wann via im pad PCB notwendig wird.
| Via-Typ | Lagenverbindung | Schwierigkeit bei der Herstellung | Platzbedarf | Bohrmethode | Kosten | Typische Anwendung |
| Durchgangsbohrung | Oben → Unten | Einfach | Hoch | Mechanisches Bohren | Niedrig | Standard-Mehrlagenplatinen |
| Blind über | Oberfläche → Innen | Mäßig | Mittel | Mechanisches Bohren | Mittel | Platzsparend in kompakter Bauweise |
| Begraben über | Innen → Innen | Hart | Niedrig | Mechanisches Bohren | Hoch | PCBs mit hoher Lagenzahl |
| Microvia | Oberfläche → Innen | Hart, Laser | Sehr niedrig | Laser bohren | Hoch | HDI-Designs, Smartphones, Wearables |
| Via in Pad PCB | Oberfläche → Innen | Sehr hart (gefüllt und abgedeckt) | Minimal | Laserbohren + Füllen & Abdecken | Sehr hoch | Fine-pitch BGA/QFN, thermische Durchkontaktierungen |
Wie die Tabelle zeigt, sind Standard-Durchkontaktierungen einfacher und billiger in der Herstellung, benötigen aber mehr Platz. Mit via im pad PCB kann eine hohe Designdichte und eine bessere Leistung erreicht werden, allerdings auf Kosten einer höheren Komplexität.
Warum via im pad PCB nicht immer die beste Wahl ist
Obwohl via im pad PCB bei Designs mit hoher Packungsdichte sehr nützlich ist, birgt es gewisse Probleme. Wenn sie nicht richtig gehandhabt werden, können diese Probleme die Zuverlässigkeit des elektronischen Geräts beeinträchtigen. Diese Probleme erklären, warum via im pad PCB nur in bestimmten Szenarien verwendet werden sollte.
Erhöhte Fertigungskomplexität
Das Routing von via im pad PCB erfordert zusätzliche Schritte, was die Komplexität der Fertigung stark erhöht. Die Hersteller müssen zusätzliche Durchkontaktierungen bohren, sie mit leitfähigen Materialien beschichten, dann mit Epoxidharz füllen und mit Kupfer abdecken.
Risiko der Ausgasung
Beim Lötprozess besteht die Gefahr, dass die mit Kappen versehenen Vias ausgasen. Dies wird durch die Erwärmung verursacht, bei der sich die Flüssigkeit in Dampf verwandelt. Luftblasen wandern durch das via im pad PCB nach oben, und eine solche Ausgasung kann zu Hohlräumen in der Lötstelle führen.
Probleme mit der Planarität der Oberfläche
Die Unebenheiten auf der Oberfläche können das Ergebnis einer unvollkommenen Füllung und Abdeckung des via im pad PCB sein. Diese Unebenheiten stellen eine Herausforderung beim Löten von Bauteilen dar, vor allem von BGAs. Es ist wichtig, die Oberfläche flach zu halten, da dies die Leiterplattenmontage beeinträchtigt.
Design-Einschränkungen
Beim Entwurf von via im pad PCB müssen Sie deren Auswirkungen auf die spätere Montage berücksichtigen. Wenn die Durchkontaktierungen nicht ordnungsgemäß gefüllt und abgedeckt sind, besteht die Gefahr, dass beim Lötprozess Lot in die Durchkontaktierungen eindringt. Schließlich kann dies zu schwachen Lötstellen führen.
Auswirkungen auf die elektrische Leistung
via im pad PCB tragen nicht nur zu einer besseren Routingdichte und Signalintegrität bei, sondern können bei unsachgemäßer Verwendung auch zu größeren Problemen führen. Lötstellendefekte können Signalverschlechterungen oder Impedanzveränderungen verursachen. Diese Probleme können sich auf die elektrische Leistung auswirken und sogar zu Ausfällen führen.
Best Practices für die Verwendung von via im pad PCB
Wenn Sie festgestellt haben, dass via im pad PCB die richtige Wahl für Ihr Design ist, können die folgenden Praktiken Ihnen helfen, es erfolgreich zu implementieren. Wenn Sie sich an bewährte Verfahren halten, können Sie Risiken reduzieren und kostspielige Fehler bei der Leiterplattenbestückung vermeiden.
Beurteilen Sie die Fähigkeiten des Leiterplattenherstellers frühzeitig
Bevor Sie mit dem Design Ihrer Leiterplatte beginnen, sollten Sie die Design- und Fertigungskapazitäten Ihres Leiterplattenherstellers bewerten, z. B. die minimale Größe des Ringes. So können Sie spätere DRC- und DFM-Probleme vermeiden.
Überprüfen Sie exportierte Designdateien
Beim Exportieren aus der PCB-Designsoftware ist es wichtig, alle Designdateien zu überprüfen. Dadurch lassen sich viele Fehler und Probleme vermeiden, die bei der späteren Fertigung auftreten können. Neben dem Standard-Bohrplan ist eine separate Datei, in der nur die via im pad PCB hervorgehoben werden, von entscheidender Bedeutung. Mit Hilfe dieser Dateien können die Hersteller diese eindeutig von herkömmlichen Durchkontaktierungen unterscheiden und so verhindern, dass sie fälschlicherweise abgedeckt oder gefüllt werden.
Material- und Prozesskontrolle zur Vermeidung von Oberflächenunebenheiten
Um einen reibungslosen Lötprozess zu gewährleisten, können Sie geeignete Materialien auswählen und eine strenge Prozesskontrolle durchführen, um Oberflächenunebenheiten zu vermeiden. Dazu gehört ein sorgfältig kontrollierter Füll- und Abdeckungsschritt, um eine glatte und gleichmäßige Oberfläche für eine zuverlässige Bauteilplatzierung zu schaffen.
Bemessungsregeln für via im pad PCB
Für zuverlässige Verbindungen sollte die Pad-Größe in der Regel etwas größer sein als die Via-Größe. Beim Entwurf der Lochgröße des via im pad PCB ist es ratsam, eine angemessene Toleranz für genaues Bohren zu berücksichtigen. Es ist notwendig, einen angemessenen Ring um das Via zu erhalten, der die elektrische Leistung der Leiterplatte beeinflussen kann.
Testen und Prüfen vor der Massenproduktion
Vor der Massenproduktion muss geprüft werden, ob das via im pad PCB die erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit aufweist. Hier sind einige wichtige Tests: Lötbarkeitstest, thermischer Test und elektrische Tests. All diese Tests können garantieren, dass das Design die beabsichtigte Funktion erfüllt und für die Massenproduktion geeignet ist.
Letzte Worte
Nach diesem Blog wissen Sie nun, wann Sie via im pad PCB verwenden sollten. Es spart Platz auf der Leiterplatte und erhöht die Routing-Dichte, was die Entwicklung von kompakten und tragbaren Geräten fördert. Obwohl via im pad PCB zusätzliche Herausforderungen bei der Herstellung mit sich bringt, kann es durch sorgfältiges Design und Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Hersteller erfolgreich umgesetzt werden. Mit fast 20 Jahren Branchenerfahrung bietet MOKOPCB PCB- und PCBA-Dienstleistungen aus einer Hand, einschließlich Fachwissen über via im pad PCB-Lösungen. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie wir Ihr nächstes Design unterstützen können.
