Úloha zapojení průchodek (Via Plugging) ve vysokorychlostních deskách plošných spojů: Komplexní přehled

Podrobný proces zapojení Via

Příprava:

Čištění průchozích otvorů:

Příprava materiálu:

Plnění průchodů:

Odstranění přebytečného výplňového materiálu:

Vytvrzení výplňového materiálu:

Úloha a výhody propojovacího kabelu

Zlepšení integrity signálu:

Potlačení rušení signálu:

Snížení ztrát signálu při přenosu:

Zlepšení elektromagnetické kompatibility:

Zvýšení spolehlivosti:

Standardní rozměry zástrčkových průchodek

Průměr průchodky:

Výška výplňového materiálu:

Rozteč mezi průchodkami:

Šířka výplňového materiálu:

Běžně používané techniky zasouvání

Nyní se ponoříme do běžně používaných technik zasouvání propojení vinutím (Via Plugging). V návrhu vysokorychlostních desek plošných spojů existuje několik běžně používaných technik zasouvání vinutí, ze kterých si můžete vybrat, včetně vyplňování rezistorů, vyplňování dielektrickou vrstvou a vyplňování pryskyřicí. Každá technika má své jedinečné výhody a použitelné scénáře. Vyplňování rezistorů může poskytnout tlumení signálů, čímž snižuje odrazy a rušení. Vyplňování dielektrickou vrstvou může poskytnout elektromagnetické stínění a mechanickou oporu. Vyplňování pryskyřicí může nabídnout lepší integritu signálu a tepelnou vodivost. Výběr vhodné techniky zasouvání vinutí, která vyhovuje specifickým požadavkům aplikace, je zásadní. Nejprve si představme tři typy technik vyplňování pryskyřicí.

Elektrolytické ucpávání: Tato metoda využívá proces galvanického pokovování k vyplnění průchozích otvorů. Nejprve se na průchozí otvor nanese tenká vrstva vodivého materiálu, například mědi. Poté se provede galvanické pokovování. Během procesu galvanického pokovování se měď postupně usazuje uvnitř průchozího otvoru a vyplňuje otvor, dokud není průchozí otvor zcela ucpaný. Tato metoda poskytuje spolehlivé výsledky vyplňování a vykazuje dobrou vodivost.

Vodivé lepidlo pro utěsnění: Tato metoda využívá vodivé lepidlo k vyplnění průchozích otvorů. Vodivé lepidlo se obvykle skládá z vodivých částic, jako je stříbro nebo uhlíkové nanomateriály, a pojiva. Při této metodě se vodivé lepidlo vstříkne do průchozího otvoru, vyplní otvor a vytvoří vodivou cestu s vodivými stopami. Po vytvrzení vodivé lepidlo poskytuje vynikající vodivost a mechanickou oporu.

Měděné zakrytí: Tato metoda zahrnuje přidání vrstvy mědi nad průchozí otvor. Nejprve se na průchozí otvor nanese vodivé lepidlo a poté se na něj umístí měděná fólie nebo měděný plech. Zahříváním a tlakovým zpracováním se měděná vrstva pevně připojí k povrchu desky plošných spojů, čímž vyplní a utěsní průchozí otvor. Měděné zakrytí zajišťuje dobrou vodivost a silnou mechanickou oporu. 

Pokud jde o technologii plnění pryskyřicí, zde je několik běžných metod a kroků:

Metody

Via Tenting: To zahrnuje vyplnění průchozích otvorů pryskyřicí a vytvoření pryskyřičné masky na povrchu desky plošných spojů, která průchozí otvory izoluje a poskytuje ochranu. Via Filling: Při této metodě se pryskyřice vstřikuje do průchozích otvorů, aby se zcela vyplnily a zajistilo se, že pryskyřice je v rovině s povrchem desky plošných spojů. 

 Výplň mikroprůchodů: Tato technika využívá pryskyřičnou výplň mikroprůchodů, což je obvykle použitelné pro návrhy desek plošných spojů s vysokou hustotou propojení.

Kroky:

Příprava: Před zahájením technologie plnění pryskyřicí je nutné zajistit, aby byl povrch desky plošných spojů čistý a bez prachu, a připravit si nástroje a materiály vhodné pro plnění pryskyřicí. 

 Nanesení vrstvy pájecí masky (volitelné): Před naplněním pryskyřicí lze na povrch desky plošných spojů nanést vrstvu pájecí masky, aby se zabránilo pronikání pryskyřice do oblastí, kde není plnění nutné. 

 Vstřikování pryskyřice: Pomocí vhodných nástrojů nebo technik pro vstřikování pryskyřice vstříkněte pryskyřici do průchozích otvorů a ujistěte se, že jsou průchozí otvory zcela vyplněny a dosáhnou požadované úrovně naplnění. 

Odstranění bublin: Během procesu plnění pryskyřicí se mohou tvořit bubliny a je třeba přijmout opatření k jejich odstranění a zajištění integrity pryskyřičné výplně. 

 Odstranění přebytečné pryskyřice: Po úplném vytvrzení pryskyřice je nutné odstranit přebytečnou pryskyřici tak, aby vyplněné průchozí otvory byly v jedné rovině s povrchem desky plošných spojů.

Vlastnosti:

Integrita signálu: Použití zapouzdřovací pryskyřice může zajistit vynikající integritu signálu snížením ztrát signálu a rušení. 

 Mechanická podpora: Zapouzdřovací pryskyřice může poskytnout dodatečnou mechanickou podporu pro průchozí otvory, čímž se zvýší strukturální pevnost desky plošných spojů. 

 Tepelná vodivost: Některé zapouzdřovací pryskyřice vykazují dobrou tepelnou vodivost, což může napomoci odvodu tepla a chlazení ve vysoce výkonných aplikacích. 

 Ochrana životního prostředí: Zapouzdřovací pryskyřice zabraňuje pronikání vlhkosti a nečistot do otvorů, čímž zlepšuje ochranu životního prostředí desky plošných spojů. 

 Za druhé, existuje metoda vyplňování dielektrické vrstvy. Zde je několik běžných metod vyplňování dielektrické vrstvy:

Prepreg ze skleněných vláken: Jako dielektrický materiál se používá prepreg ze skleněných vláken, což je vrstva skleněných vláken impregnovaná pryskyřicí, která se plní do průchozích otvorů procesy, jako je tepelné lisování nebo vytvrzování. Tato metoda poskytuje dobrou mechanickou oporu a stabilitu a účinně snižuje elektromagnetické rušení během přenosu signálu.

Polymerní fólie: Polymerní fólie, jako je polyimid, se používají jako dielektrická vrstva k vyplnění průchozích otvorů. Tyto fólie vykazují vynikající izolační vlastnosti a stabilitu při vysokých teplotách, čímž poskytují účinné elektromagnetické stínění a snižují přeslechy a ztráty při vysokorychlostním přenosu signálu.

Plnění pryskyřicí: Plnění pryskyřicí označuje proces vyplňování průchozích otvorů specifickými výplňovými pryskyřicemi, jako je epoxidová pryskyřice. Výplňová pryskyřice má vynikající izolační a tepelně vodivé vlastnosti, poskytuje stabilní cestu přenosu signálu a napomáhá odvodu tepla. Tato metoda obvykle zahrnuje vyplnění průchozích otvorů výplňovou pryskyřicí pomocí vakua nebo tlakového vstřikování.

Plnění elektrolytem: Plnění elektrolytem zahrnuje použití elektrolytu, obvykle kapaliny, která vede ionty, k vyplnění průchozích otvorů a vytvoření vrstvy elektrolytu. Tato metoda se běžně používá ve speciálních vysokofrekvenčních nebo vysokorychlostních aplikacích, kde přítomnost vrstvy elektrolytu umožňuje nižší přenosové ztráty a lepší integritu signálu. Zde je stručné vysvětlení kroků a charakteristik plnění dielektrické vrstvy:

Kroky:

Příprava průchodů: Nejprve v návrhu desky plošných spojů určete polohy a počet průchodů, které vyžadují vyplnění dielektrickou vrstvou. Poté vytvořte průchody na desce plošných spojů pomocí vrtání nebo laserových technik. 

 Čištění a předběžné zpracování: Před naplněním dielektrickou vrstvou je nutné důkladně vyčistit průchozí otvory a okolní prostor od nečistot a zbytků. Následně se provedou nezbytné kroky předběžného zpracování, jako je povrchová úprava nebo odstranění oxidace, aby se zajistila dobrá přilnavost dielektrické vrstvy. 

 Plnění dielektrickým materiálem: Vyberte vhodný dielektrický materiál, jako je epoxidová pryskyřice nebo polyimid, a vstříkněte jej do průchozích otvorů podle konstrukčních požadavků a specifických potřeb aplikace. Plnění dielektrickým materiálem lze provést vstřikovacími technikami, vakuovým těsněním nebo potahováním. 

 Odstranění přebytečného materiálu: Jakmile je dielektrický materiál naplněn do průchozích otvorů, je třeba přebytečný materiál odstranit. K vyrovnání povrchu desky plošných spojů a odstranění přebytečného dielektrického materiálu lze použít metody mechanického řezání, broušení nebo chemického leptání.

Vlastnosti:

Elektromagnetické stínění: Vyplněním dielektrického materiálu se kolem průchodu vytvoří souvislá dielektrická vrstva, která může účinně stínit elektromagnetické záření a rušivé signály a zlepšit tak odolnost obvodu proti rušení. 

 Mechanická opora: Vyplněný dielektrický materiál může poskytnout dodatečnou mechanickou oporu, zvýšit mechanickou pevnost a spolehlivost průchodky a snížit poškození nebo zlomení způsobené fyzikálním namáháním. 

Tepelná vodivost: Některé dielektrické materiály mají dobrou tepelnou vodivost, která může pomoci efektivně odvádět teplo generované kolem průchodky a zlepšit výkon odvodu tepla desky plošných spojů. 

Technologie plnění rezistorů je běžně používaná technika zasouvání průchozích otvorů, jejímž cílem je tlumit a regulovat signály vyplněním průchozích otvorů materiálem s odporovými vlastnostmi. Zde je několik běžných metod plnění rezistorů:

Výplň karbidem křemíku: Tato metoda zahrnuje vyplnění průchozích otvorů materiálem z karbidu křemíku. Karbid křemíku vykazuje dobrou vodivost a tepelnou vodivost, což mu umožňuje poskytovat určitou úroveň odporu. Tato metoda se běžně používá k tlumení vysokorychlostních signálů a potlačování rušení.

Výplň uhlíkovým inkoustem: Vyplňte průchozí otvory vodivým uhlíkovým inkoustem nebo vodivým lepidlem. Uhlíkový inkoust má vysokou vodivost a dokáže účinně tlumit signál a potlačovat odrazy.

Odporový výplňový povlak: Průchozí otvory pokryjte specializovanými odporovými výplňovými povlaky. Tyto povlaky se obvykle skládají z vodivých částic a základních pryskyřic a hodnota odporu se řídí úpravou koncentrace povlaku. Technologie plnění rezistorů je běžná technika zasouvání průchozích otvorů (Via Plugging), která se používá k dosažení specifických hodnot odporu vyplněním průchozích otvorů rezistorovým materiálem. Zde jsou kroky a vlastnosti technologie plnění rezistorů:

Kroky:

Příprava průchozích otvorů: Nejprve určete umístění a počet průchozích otvorů v návrhu desky plošných spojů, které vyžadují rezistorové vyplnění. Tyto průchozí otvory se obvykle nacházejí vedle vysokorychlostních signálových vodičů, aby se zajistilo tlumení a potlačily odrazy. 

 Výběr materiálu: Zvolte vhodný výplňový materiál pro rezistor, obvykle lepidlo nebo vodivý výplňový materiál s odporovými vlastnostmi. Tyto materiály by měly mít dobrou přilnavost, vodivost a tepelnou stabilitu. 

 Vyplnění průchozích otvorů: Pro vstřiknutí výplňového materiálu rezistoru do průchozích otvorů použijte vhodné metody a nástroje. Vyplnění lze provést ručně nebo automaticky, přičemž je zajištěno, že průchozí otvory jsou zcela vyplněny a materiál rezistoru je rovnoměrně rozložen. 

 Vytvrzování materiálu: Po vyplnění průchozích otvorů je třeba výplňový materiál rezistoru vytvrdit nebo ztvrdnout. Toho lze dosáhnout metodami, jako je tepelné vytvrzování nebo UV vytvrzování.

Vlastnosti:

Řízení odporu: Technologie vyplňování odporu umožňuje přesné řízení hodnoty odporu v průchodce dle konstrukčních požadavků a splnění specifických požadavků obvodu. 

Potlačení odrazů: Vyplněním otvoru sousedícího se signálovou cestou odporovým materiálem lze účinně potlačit odrazy signálu, což zlepšuje integritu a stabilitu signálu. 

Tlumení signálu: Vyplňování odporem zavádí tlumicí efekty podél signálového vedení, čímž se snižuje doba náběhu a amplituda a minimalizují se oscilace a rušení na hranách signálu. 

Úspora místa: Ve srovnání s jinými technikami Via Plugging nevyžaduje technologie rezistorového plnění další dielektrické vrstvy ani výplňové materiály, což umožňuje lepší využití prostoru na desce plošných spojů. 

Tyto metody mohou do určité míry ovlivnit odpor během procesu osazování průchodů, čímž se sníží odrazy signálu a rušení. Konkrétní volba metody plnění rezistoru závisí na faktorech, jako jsou konstrukční požadavky, frekvence signálu a požadavky na výkon. Jedná se o běžné techniky osazování průchodů a každá technika má své vlastní použitelné scénáře a charakteristiky. V praktických aplikacích je zásadní vybrat vhodnou techniku ​​osazování průchodů na základě specifických konstrukčních požadavků a nákladové efektivity. Prostřednictvím komplexního přehledu v tomto článku jsme získali hlubší pochopení důležitosti osazování průchodů ve vysokorychlostních deskách plošných spojů. Vyplněním průchozích otvorů můžeme zvýšit výkon a spolehlivost desky plošných spojů a zároveň snížit rušení signálu a ztráty při přenosu. Implementace technologie osazování průchodů vyžaduje dodržování standardních velikostí průchodů a výběr vhodných technik osazování. V neustále se vyvíjející oblasti elektronických zařízení a vysokorychlostní komunikace bude osazování průchodů i nadále hrát klíčovou roli při budování spolehlivějších a efektivnějších elektronických systémů.