مقارنة الثقوب المغلقة وغيرها من تقنيات الثقوب لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة

في عصر الأقراص الصلبة ذات الكثافة العالية، تعتبر تشغيل الأجهزة من الهواتف الذكية 5G إلى الزرع الطبي عبر التكنولوجيا عاملًا مهمًا.القنوات (الثقوب الصغيرة التي تربط طبقات الـ PCB) تحدد مدى قدرة اللوحة على التعامل مع الإشاراتمن بين العديد من أنواع القناة، تقنية القناة المغلقة تتميز بقدرتها على إغلاق الثقوب،وتعزيز الموثوقية الحاسمة لتصاميم HDI (الربط المتبادل عالي الكثافة) والمكونات الدقيقة مثل BGAومع ذلك، لا تزال القنوات التقليدية (الثقبية، العمياء، المدفونة) لها مكانها في المشاريع الأكثر بساطة وحساسية من حيث التكلفة. هذا الدليل يفصل الاختلافات بين القنوات المغطاة والتقنيات الأخرى.,أدائهم، قابلية التصنيع، وكيفية اختيار واحد مناسب لتصميم PCB الخاص بك.

المعلومات الرئيسية
1تتفوق القنوات المغطاة على الموثوقية: الحفر المختومة والمملأة تمنع تسرب اللحام، وتدخل الرطوبة، والتلف الحراري، وهي مثالية لبيئات عالية الإجهاد (السيارات والطيران).
2مزايا الإشارة والحرارة: تقلل القنوات المغطاة من فقدان الإشارة بنسبة 20 ٪ إلى 30 ٪ (الوسائط المسطحة = مسارات أقصر) وتحسين نقل الحرارة بنسبة 15 ٪ مقارنةً بالقنوات غير المملوءة.
3التكلفة مقابل القيمة: تضيف القنوات المكبوتة 10 ٪ إلى تكاليف PCB ولكن تخفض عيوب التجميع بنسبة 40٪ ، مما يجعلها تستحق ذلك لتصاميم HDI / رقعة دقيقة.
4الممرات التقليدية من أجل البساطة: الممرات من خلال الثقب رخيصة وقوية لللوحات ذات الكثافة المنخفضة ؛ الممرات العمياء / المدفونة توفر المساحة دون تكلفة الغطاء.
5.المعايير مهمة: اتبع IPC 4761 النوع VII للشاشات المغلقة لتجنب العيوب مثل الخنادق أو الفراغات.

ما هي الممرات المغطاة؟ التعريف والفوائد الأساسية
القنوات المغطاة هي تقنية متخصصة مصممة لحل مشكلتين حرجتين في أقراص PCB الحديثة: تسرب اللحام (خلال التجميع) والأضرار البيئية (الرطوبة والغبار).تم تعبئة القنوات المغطاة بمادة موصلة / غير موصلة (إيبوكسي، النحاس) وتختم مع غطاء مسطح (قناع اللحام ، طبقة النحاس) ، مما يخلق سطحا ناعما وغير منقول.

التعريف الأساسي
القناة المغطاة هي القناة التي تخضع لخطوتين رئيسيتين بعد الحفر والطلاء:

1.الملء: يتم ملء الثقب عبر بالرصاص الايبوكسي (للاستعمالات غير الموصلة) أو معجون النحاس (للتوصيل الحراري / الكهربائي).
2الغطاء: يتم وضع طبقة رقيقة مسطحة (قناع لحام أو نحاس) على الجزء العلوي / السفلي من الثقب المملأ ، وتغليفه تمامًا.

هذه العملية تقضي على الفضاء الفارغ في القناة ، مما يمنع اللحام من التدفق إلى الثقب أثناء اللحام الإعادة والحجب عن الملوثات من دخول PCB.

الخصائص الرئيسية للطوابق المغطاة

لماذا تعتبر الرسومات المغطاة مهمة في التصميمات الحديثة
في أقراص PCB HDI (الشائعة في الهواتف الذكية ، والأجهزة القابلة للارتداء) ، يكون المساحة في قسط ممتاز ‬لدى مكونات مثل BGA وسائط صغيرة بحوالي 0.4 مم. تسبب القنوات غير المملوءة في هذه التصاميم مشكلتين رئيسيتين:

1.إزالة اللحام: يتدفق اللحام إلى القناة أثناء إعادة التدفق ، مما يترك المسدس فارغًا ويخلق مفاصل ضعيفة.
2عدم مساواة الحافظة: تخلق القنوات غير المملوءة تجاويفًا في الحافظة ، مما يؤدي إلى عدم مواءمة المكونات.

حلّت القنوات المغطاة كلا الأمرين من خلال خلق مساحة ناعمة ومسطحة، مما يقلل من عيوب التجميع بنسبة 40% في مشاريع HDI.

كيف يتم صنع القماش المغطى: عملية التصنيع
تتطلب القنوات المغطاة المزيد من الخطوات من القنوات التقليدية ، لكن الجهد الإضافي يستحق في الموثوقية. فيما يلي سير العمل التصنيعي القياسي:

1إعداد القاعدة: ابدأ بملصق من النحاس (على سبيل المثال، FR-4) مقطوع إلى الحجم.
2الحفر الدقيق: استخدم الحفر بالليزر (للميكروفياسات < 150μm) أو الحفر الميكانيكي (للميكروفياسات الكبيرة) لإنشاء ثقوب يجب أن تكون tolerances ± 5μm لضمان المحاذاة.
3التصفيف: يتم تصفية جدران الشاشة بالبرميل الكهربائي بالنحاس (25-30μm سميكة) لإنشاء اتصال كهربائي بين الطبقات.
4ملء:
ملء الايبوكسي: للحاجات غير الموصلة (على سبيل المثال ، قنوات الإشارة) ، يتم حقن الراتنج الايبوكسي في القنوات وتعزيزه عند 120-150 درجة مئوية.
ملء النحاس: للقيادة الحرارية / الكهربائية (على سبيل المثال ، قنوات الطاقة) ، يتم تطبيق معجون النحاس وتحقيقه لتشكيل موصل صلب.
5التخطيط: يتم طحن القناة المملوءة لإنشاء سطح مسطح ، مما يضمن عدم وجود هبات أو فقاعات (حاسمة لللحام).
6التغليف: يتم وضع طبقة رقيقة من قناع اللحام (بالنسبة للقبعات غير الموصلة) أو النحاس (بالنسبة للقبعات الموصلة) لإغلاق القناة.تتبع هذه الخطوة معايير IPC 4761 من النوع VII لتجنب الثقوب.
7التفتيش: أجهزة الأشعة السينية تحقق من وجود فراغات ملء؛ التفتيش البصري الآلي (التفتيش البصري الآلي) يتحقق من مسطحة الغطاء ومواءمته.

النصيحة المهنية: الحفر بالليزر إلزامي بالنسبة للميكروفياسات (< 150μm) التي يتم تغطيتها من خلال التصاميم. لا يمكن للحفر الميكانيكية تحقيق الدقة اللازمة للمكونات الدقيقة.

تقنيات الطرق التقليدية: كيف تقارن مع الطرق المغطاة
القنوات التقليدية (من خلال الثقب ، العمياء ، المدفونة ، القنوات الصغيرة) أبسط وأرخص من القنوات المغطاة ولكنها تفتقر إلى ميزات الختم والموثوقية.أدناه تقسيم لكل نوع وكيف يتراكم.

1"المرور من خلال الثقب"
أقدم وأكثرها شيوعًا من خلال ثقوب نوعية تمر بالكامل عبر PCB ، مع جدران مطلية بالنحاس.

الصفات الرئيسية
الهيكل: يربط الطبقات العلوية والسفلية، وغالبا ما تستخدم في المكونات من خلال الثقب (DIP ICs، مكثفات).
b. القوة: يمكن أن تحمل 2 ′′ 3A من التيار (1mm ثقب، 1 أونصة من النحاس) وتقاوم الاهتزاز ′′ مثالية لPCB الصناعية / العسكرية.
ج. التكلفة: أقل تكلفة من جميع الأنواع عبر (لا توجد خطوات ملء / تغطية).

القيود مقابل المسارات المكفوفة
a. عدم كفاءة المساحة: تستغرق مساحة 2x أكثر من PCB من microvias مغطاة ، مما يجعلها غير مناسبة لتصاميم HDI.
b.مسائل اللحام: الثقوب غير المملوءة عرضة لخطر تساقط اللحام ، خاصة مع المكونات الدقيقة.
c. فقدان الإشارة: المسارات الطويلة (من خلال اللوحة بأكملها) تسبب 30٪ أكثر من ضعف الإشارة في الترددات العالية (> 1 GHz).

الأفضل لـ:
أقراص PCB بسيطة (مثل لوحات Arduino) ، وتصاميم منخفضة الكثافة ، ومكونات ثقبية حيث تهم التكلفة والقوة أكثر من التقليص.

2" فاياس " العمياء
مسارات تربط طبقة خارجية بطبقة داخلية واحدة أو أكثر لكنها لا تمر عبر اللوحة بأكملها.

الصفات الرئيسية
a. توفير المساحة: تقليل حجم الـ PCB بنسبة تصل إلى 30 ٪ مقارنةً بالشاشات الشعبية الشائعة في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.
b. جودة الإشارة: المسارات القصيرة تقل من الصوت المتقاطع بنسبة 25% مقابل الممرات التي تمر عبر الثقب.

القيود مقابل المسارات المكفوفة
a. لا يوجد إغلاق: لا تزال القنوات العمياء غير المملوءة عرضة لخطر تسرب اللحام وتدخل الرطوبة.
تعقيد التصنيع: يتطلب الحفر بالليزر والتحكم الدقيق في العمق (± 10μm) ، مما يضيف تكلفة مقارنة مع الثقب ولكن أقل من القنوات المغلقة.

الأفضل لـ:
أقراص PCB ذات الكثافة المتوسطة (مثل لوحات التلفزيون الذكي) حيث المساحة ضيقة ولكن الحد من التكلفة الإضافية غير مبرر.

3(فياس) مدفون
مسارات تربط الطبقات الداخلية فقط ولا تصل أبداً إلى الجزء العلوي أو السفلي من اللوحة.

الصفات الرئيسية
a.أقصى كفاءة مساحة: تحرير الطبقات الخارجية للمكونات ، مما يتيح كثافة أعلى بنسبة 40٪ مقارنةً بالشاشات العمياء.
(ب) سلامة الإشارة: لا تعرض للملوثات الخارجية، مما يجعلها مثالية للإشارات عالية السرعة (على سبيل المثال، PCIe 5.0).

القيود مقابل المسارات المكفوفة
العيوب الخفية: لا يمكن فحصها بصرياً، وتتطلب الأشعة السينية، مما يضيف تكاليف الاختبار.
لا توجد فوائد حرارية: النوافذ المدفونة غير المملوءة تنقل الحرارة بشكل سيء مقابل النوافذ المغلقة.

الأفضل لـ:
عدد PCBات الطبقة العالية (على سبيل المثال ، لوحات الأساس للخادم) حيث تكون اتصالات الطبقة الداخلية حرجة ومساحة الطبقة الخارجية محدودة.

4الميكروفيات
قنوات صغيرة (قطر < 150 ميكرو مترا) تم حفرها بالليزر ، تستخدم في تصاميم HDI.

الصفات الرئيسية
a.الصغر جداً: تمكين أحجام المسامير الصغيرة بحوالي 0.2 ملم، مثالية لـ BGA و الأجهزة القابلة للارتداء.
b.سرعة الإشارة: دعم ترددات تصل إلى 40 جيگاهرتز مع الحد الأدنى من الخسارة.

القيود مقابل المسارات المكفوفة
a. الهشاشة: الشظايا الصغيرة غير المملوءة تتشقق بسهولة تحت الضغط الحراري (على سبيل المثال ، لحام التدفق).
ب.خطر اللحام: الثقوب الصغيرة عرضة لخطر اللحام، وتحل الميكروفيا المغطاة هذا الأمر، لكنها تضيف 15٪ إلى التكلفة.

الأفضل لـ:
الأجهزة المدمجة للغاية (على سبيل المثال الساعات الذكية، وساعدات السمع) حيث غالبا ما تستخدم الميكروفيات المغلقة لزيادة الموثوقية.

الطرق المغطاة مقابل الطرق التقليدية: مقارنة رأس لرأس
للاختيار الصحيح من خلال النوع، تحتاج إلى وزن الأداء، التكلفة، والقدرة على التصنيع. أدناه مقارنة مفصلة:

مثال حقيقي: جمعية BGA
بالنسبة لـ BGA بمسافة 0.4 ملم (الشائعة في الهواتف الذكية):

الفيسات المغطاة: الوسائد المسطحة تمنع إزالة اللحام مما يؤدي إلى إنتاجية 99.5٪.
b. microvias غير ممتلئة: تدفق اللحام إلى الثقوب، مما يسبب فشل 15% من المفاصل.
د.المرابطات من خلال الثقب: مستحيلة للاستخدام، وتحتل مساحة كبيرة جدا.

متى تستخدم القنوات المغطاة (ومتى تتجنبها)
القنوات المكبوتة ليست حلًا واحدًا يناسب الجميع. استخدمها عندما تبرر فوائدها التكلفة ، واختار القنوات التقليدية عندما تكون البساطة أو الميزانية هي المفتاح.

متى تختار الممرات المغطاة
1تصاميم HDI أو الحرارة الدقيقة: BGA، QFNs، أو المكونات ذات الرصيف المسطح مع مسافة < 0.5mm ◄ يضمن اللحام الموثوق به.
2بيئات عالية الإجهاد: السيارات (تحت الغطاء) ، الفضاء الجوي، أو الأجهزة الطبية ‬المرابطات المغلقة مقاومة للرطوبة والاهتزازات ودورات درجة الحرارة.
3إشارات عالية السرعة: إشارات > 1 غيغاهرتز (5G، PCIe) حيث تكون خسارة الإشارة المنخفضة من خلال القيود حاسمة.
4مكونات الطاقة: المنظمات الجهد أو المكبرات المملوءة من خلال القنوات تحسين نقل الحرارة، ومنع الإفراط في الحرارة.

متى يتوجب تجنب الممرات المغطاة
1الـ (بي سي بي) البسيطة منخفضة التكلفة: لوحات (أردوينو) ، أجهزة استشعار أساسية
2تصاميم منخفضة الكثافة: لا حاجة لـ HDI ‬المواسير العمياء / المدفونة لتوفير المساحة دون الحد من التكاليف.
3إنتاج نماذج أولية: الاستفادة من التكرار السريع من الطرق التقليدية الرخيصة؛ الحد فقط إذا كانت الموثوقية حاسمة.

تحديات التصنيع والحلول للكوابيس المغطاة
تتطلب القنوات المغطاة تصنيعًا دقيقًا - تؤدي الأخطاء إلى عيوب مثل الفراغات أو الخنادق أو عدم التوافق. فيما يلي التحديات الشائعة وكيفية إصلاحها:
1ملء الفراغات
المشكلة: الفقاقيع الهوائية في ملء الايبوكسي / النحاس تسبب نقاط ضعيفة وسوء نقل الحرارة.
الحل: استخدم ملء بمساعدة الفراغ لإزالة الهواء، وتجهيز في درجة حرارة 150 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة لضمان تصلب كامل.

2- حفرة القفص
المشكلة: التخطيط غير المتساوي يترك انخفاضات صغيرة في الغطاء، مما يؤدي إلى مشاكل في اللحام.
الحل: اتبع معايير IPC 4761 من النوع VII للطحن (استخدام وسائد طحن 1μm) وفحص مع AOI للتحقق من السطحية (التسامح ± 2μm).

3الشقوق الحرارية
المشكلة: مواد النحاس و PCB تتوسع بمعدلات مختلفة، مما يسبب الشقوق في جدار الشريط.
الحل: استخدم FR-4 عالية Tg (Tg > 170 °C) لمطابقة التوسع الحراري للنحاس ؛ قنوات الصفيحة مع النحاس سميكة 30μm للقوة المضافة.

4أخطاء التنسيق
المشكلة: التشابك الخاطئ في القنوات (الحفر بعيدا عن المركز) يسبب سوء اتصالات الطبقات.
الحل: استخدم الحفر بالليزر مع محاذاة الرؤية (دقة ± 1μm) ؛ فحص بالأشعة السينية بعد الحفر للتحقق من الموقف.

المعايير الخاصة بالشاشات المغطاة: IPC 4761 النوع VII
لضمان الجودة، يجب أن تتوافق القنوات المغطاة مع IPC 4761 النوع VII، وهو المعيار الصناعي للقنوات المملوءة والمغطاة. تتضمن المتطلبات الرئيسية:

a. مادة التعبئة: يجب أن يكون لـ Epoxy درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg) > 120 درجة مئوية ؛ يجب أن يكون لصق النحاس > 95%.
ب.سمك الغطاء: يجب أن تكون غطاء قناع اللحام 10 ‰ 20 ‰ ؛ يجب أن تكون غطاء النحاس 5 ‰ 10 ‰.
السطح: يجب أن يكون سطح الغطاء لديه انحراف أقصاه ± 2μm لضمان موثوقية مفصل اللحام.
d.التفتيش: فحص بالأشعة السينية بنسبة 100% لملء الفراغات؛ AOI لمعادلة مسطحة الغطاء ومواءمته.

اتباع هذه المعايير يقلل من العيوب بنسبة 50% ويضمن التوافق مع عمليات التصنيع العالمية.

الأسئلة الشائعة
1هل تقويم القنوات يزيد من سلامة الإشارة؟
يخلق القنوات المغطاة بـ"نعم" مسارات إشارة أقصر وسطحة، مما يقلل من الحثية الطفيلية بنسبة 20٪ مقابل القنوات غير المملوءة. وهذا يجعلها مثالية للإشارات عالية السرعة مثل 5G أو PCIe.

2كم يضيف القنوات المكفوفة إلى تكاليف PCB؟
يضيف القابض المغطى 10 ٪ إلى إجمالي تكاليف PCB (ملء + تغطية + فحص). ومع ذلك ، فإنها تقلل من عيوب التجميع بنسبة 40٪ ، لذلك غالبًا ما يتم تعويض التكلفة الإضافية عن طريق عدد أقل من أعمال إعادة التصميم.

3هل يمكن استخدام القنوات المكبوتة في الـ PCB المرنة؟
نعم، تستخدم أقراص PCB المرنة رصيفًا من البوليميد والقنوات المغطاة المملوءة بالبوكسي. يضيف المادة المملوءة صلابة إلى المناطق الحرجة (على سبيل المثال، وسائد الاتصال) دون المساس بالمرونة.

4هل هناك بدائل للقنوات المغلقة لتسرب اللحام؟
القناع المزخرف (المغطى بقناع اللحام) هو بديل أرخص ولكن أقل فعالية - يمكن لقناع اللحام القشرة ، مما يسمح بالتسرب. القناع المغطى هو الحل الوحيد للختم الموثوق به.

5ما هو الفرق بين القنوات المكبوتة والقنوات المكبوتة (VIP) ؟
يضع القنوات المرورية مباشرة تحت أقواس المكونات. القنوات المرورية المغطاة هي نوع من القنوات المرورية التي تستخدم ملء وتغطية لمنع مشكلات اللحام. يخاطر القنوات المرورية غير المغطاة بالخروج من اللحام.ضيوف كبار يحلوا هذا.

الاستنتاج
القنوات المكبوتة هي تغيير لعبة لتصميمات PCB الحديثة، وتلبية الاحتياجات الحرجة من HDI، مكونات رقيقة، وبيئات عالية التوتر.الهيكل المملوء يمنع عيوب اللحام، يعزز سلامة الإشارة، ويمدد عمر PCB مما يجعلها ضرورية للهواتف الذكية وأجهزة الكترونية للسيارات والأجهزة الطبية. ومع ذلك، فإنها تأتي مع علاوة تكلفة (10٪ إضافية) ،حتى القنوات التقليدية (من خلال الثقب، أعمى، مدفون) لا يزال الخيار الأفضل للمشاريع البسيطة منخفضة التكلفة.

المفتاح لاختيار الحق من خلال التكنولوجيا هو مواءمته مع أهداف التصميم الخاصة بك:

أ - إعطاء الأولوية للموثوقية والكثافة: اختر القنوات المغطاة (اتبع IPC 4761 النوع VII).
(ب) إعطاء الأولوية للتكلفة والبساطة: اختر القنوات التي تمر عبر الثقب أو العمياء / المدفونة.
(ج) إعطاء الأولوية للتقليص الشديد: اختر الميكروفيا المغطاة.

مع استمرار تقلص PCBs وتصبح المكونات أكثر دقة ، سوف تزداد أهمية القنوات المغلقة.سوف تصنع PCBs التي هي أصغر، أكثر موثوقية، وأكثر ملاءمة لمطالب الإلكترونيات الحديثة.