Via-in-pad plated over (VIPPO) یک ساختار تولید PCB است که زمانی استفاده می‌شود که fanout معمولی via نتواند چگالی پکیج‌های مدرن را پشتیبانی کند.
در این فناوری، یک via مستقیماً داخل پد قطعه قرار می‌گیرد، سپس با مواد مناسب پر شده، سطح آن صاف‌سازی می‌شود و با مس پوشانده می‌شود تا یک سطح تخت و قابل لحیم‌کاری ایجاد شود.
VIPPO معمولاً در موارد زیر استفاده می‌شود:
- پکیج‌های BGA با گام پایه ریز
- بردهای FPGA و پردازنده با چگالی بالا
- پدهای حرارتی QFN
- ساختارهای PCB نوع HDI
- مسیریابی خروجی سیگنال‌های پرسرعت
- تجهیزات صنعتی، پزشکی و مخابراتی فشرده
تصمیم مهم در تولید فقط این نیست که آیا از via-in-pad استفاده شود یا نه. سؤال اصلی این است که آیا تأمین‌کننده PCB می‌تواند ساختار پرشده و پوشش‌داده‌شده با مس را به‌صورت تکرارپذیر، با هندسه کنترل‌شده و مدارک بازرسی معتبر تولید کند یا خیر.
نکات کلیدی
- VIPPO معمولاً به viaهای پرشده، صاف‌سازی‌شده و دارای cap مسی مطابق IPC-4761 Type VII نیاز دارد.
- viaهای باز داخل پدهای SMT می‌توانند باعث مکش قلع به داخل via و کاهش حجم اتصال لحیم شوند.
- اپوکسی غیررسانا انتخاب رایج برای viaهای سیگنال است، زیرا قابلیت اطمینان به کنترل انبساط حرارتی و همچنین رسانایی وابسته است.
- توانمندی فرآیند تولیدکننده PCB تأثیر مستقیم بر بازده مونتاژ دارد.
- تأیید نمونه اولیه باید شامل تحلیل میکروبرش، بازرسی X-ray و بررسی تختی سطح باشد.
چه زمانی باید از تولید PCB با VIPPO استفاده کنید؟
VIPPO یک راه‌حل برای مشکل مسیریابی است، نه راه‌حل تمام مشکلات PCB.
پیش از افزودن هزینه و پیچیدگی فرآیند VIPPO، باید بررسی شود که آیا چگالی پکیج یا نیازهای الکتریکی واقعاً استفاده از این ساختار را توجیه می‌کند.
| وضعیت طراحی | تصمیم درباره VIPPO | دلیل |
|---|---|---|
| گام BGA کمتر از 0.5 mm | پیشنهاد می‌شود | fanout سنتی معمولاً کانال مسیریابی کافی فراهم نمی‌کند |
| گام BGA حدود 0.65–0.8 mm | نیازمند ارزیابی | fanout استاندارد ممکن است بسته به تعداد لایه‌ها کافی باشد |
| پد حرارتی QFN با توان بالا | اغلب مفید است | اتصال حرارتی و قابلیت اطمینان پد را بهبود می‌دهد |
| خروجی سیگنال پرسرعت | قابل بررسی است | طول انتقال via و اثرات پارازیتی را کاهش می‌دهد |
| PCB حساس به هزینه با فضای کافی برای مسیریابی | معمولاً غیرضروری است | مراحل اضافی ساخت هزینه را افزایش می‌دهد |
VIPPO یک راه‌حل تولیدی برای محدودیت‌های چگالی است. زمانی که مسیریابی استاندارد dog-bone نیازهای الکتریکی و مکانیکی را برآورده می‌کند، هزینه اضافی فرآیند ممکن است ارزش کافی ایجاد نکند.
تفاوت Via-in-Pad و VIPPO چیست؟
این اصطلاحات اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما نیازمندی‌های تولیدی آن‌ها متفاوت است.
| ساختار | روش تولید | ریسک مونتاژ |
|---|---|---|
| Via-in-pad باز | via داخل پد بدون پوشش باقی می‌ماند | ریسک بالای مکش قلع |
| Via پرشده | سوراخ با ماده پرکننده پر می‌شود | ممکن است سطح برای SMT کاملاً صاف نباشد |
| VIPPO | via پرشده، صاف‌سازی‌شده و دارای cap مسی | سطح قابل لحیم‌کاری SMT ایجاد می‌کند |
فرآیند قابل اعتماد VIPPO معمولاً شامل مراحل زیر است:
- دریل via
- Desmear و آماده‌سازی
- آبکاری مس
- پر کردن via
- پخت ماده پرکننده
- صاف‌سازی سطح
- آبکاری cap مسی
- اعمال پوشش نهایی سطح
IPC-4761 Type VII ساختار via پرشده و دارای cap را که معمولاً در کاربردهای VIPPO استفاده می‌شود تعریف می‌کند.
چه مشخصات VIPPO باید در یادداشت‌های ساخت PCB درج شود؟
نیازمندی VIPPO هرگز نباید فقط به شکل یک یادداشت کلی مانند «fill vias under BGA» نوشته شود.
پکیج ساخت باید ساختار دقیق موردنیاز را مشخص کند.
| پارامتر | نیازمندی معمول | هدف تولید |
|---|---|---|
| ساختار via | IPC-4761 Type VII | تعریف ساختار پرشده و cap شده |
| ماده پرکننده | اپوکسی غیررسانا برای کاربردهای عمومی ترجیح داده می‌شود | کنترل CTE و قابلیت اطمینان |
| قطر نهایی سوراخ | معمولاً 0.15–0.25 mm | ایجاد تعادل بین چگالی مسیر و قابلیت پرشدن |
| ضخامت آبکاری دور via | ≥25 µm برای کاربردهای سخت‌گیرانه | افزایش قابلیت اطمینان via |
| ضخامت cap مسی | معمولاً هدف 12–25 µm | ایجاد سطح قابل لحیم‌کاری |
| عمق فرورفتگی | هدف معمولاً <25 µm | حفظ یکنواختی خمیر لحیم |
| نسبت طول به قطر | ترجیحاً کمتر از 10:1 | بهبود کیفیت پرشدن |
مقادیر دقیق باید با توجه به ضخامت PCB، کلاس قابلیت اطمینان، توانمندی تأمین‌کننده و نیازمندی پکیج تأیید شوند.
چگونه ماده پرکننده VIPPO انتخاب می‌شود؟
انتخاب ماده پرکننده روی عملکرد الکتریکی، حرارتی و مکانیکی اثر دارد.
| نوع پرکننده | ویژگی‌ها | کاربرد معمول |
|---|---|---|
| اپوکسی غیررسانا | هزینه کمتر، قابلیت اطمینان مناسب، CTE کنترل‌شده | VIPPO عمومی BGA |
| اپوکسی رسانا | رسانایی حرارتی بهتر اما هزینه بالاتر | کاربردهای حرارتی متوسط |
| پرکننده مسی | بیشترین رسانایی، فرآیند پیچیده | طراحی‌های جریان بالا یا حساس حرارتی |
اپوکسی غیررسانا معمولاً انتخاب می‌شود زیرا نگرانی اصلی قابلیت اطمینان، حفظ یکپارچگی مکانیکی در سیکل‌های حرارتی است.
پرکننده رسانا الزاماً عملکردی مشابه مس ایجاد نمی‌کند، زیرا اپوکسی رسانا شامل رزین و ذرات است، نه یک ساختار مسی یکپارچه.
ریسک‌های اصلی تولید VIPPO چیست؟
حفره‌های داخل via پرشده
| علت خرابی | اثر تولیدی | روش کنترل |
|---|---|---|
| فرآیند پرکردن ضعیف | ایجاد حفره پنهان داخل via | بازرسی X-ray و بررسی میکروبرش |
| نسبت طول به قطر زیاد | پرشدن ناقص | بررسی توانمندی تأمین‌کننده |
| هوای محبوس | کاهش قابلیت اطمینان | فرآیند پرکردن خلأ |
حفره‌های داخلی می‌توانند در سیکل‌های حرارتی منبسط شده و قابلیت اطمینان بلندمدت را کاهش دهند.
فرورفتگی یا تغییرات بیش از حد سطح
پدهای VIPPO باید سطحی تخت و قابل لحیم‌کاری ایجاد کنند.
| وضعیت | نتیجه |
|---|---|
| فرورفتگی زیاد | حجم نامتوازن خمیر لحیم |
| برآمدگی سطح | تغییر در جایگذاری قطعه |
| صاف‌سازی ضعیف | کاهش بازده مونتاژ |
تختی سطح باید در مرحله اعتبارسنجی اندازه‌گیری شود و نباید صرفاً بر اساس توانمندی اعلامی کارخانه فرض شود.
جداشدگی cap مسی
چسبندگی cap مسی به موارد زیر وابسته است:
- آماده‌سازی سطح
- پخت ماده پرکننده
- کیفیت آبکاری
- مقاومت در برابر تنش حرارتی
روش‌های تشخیص شامل موارد زیر است:
- بررسی میکروبرش
- سیکل حرارتی
- آزمون قابلیت اطمینان
عیوب اتصال لحیم
پردازش نادرست via می‌تواند باعث موارد زیر شود:
- کمبود لحیم
- افزایش void
- ناپایداری اتصال BGA
به همین دلیل viaهای باز داخل پدهای لحیم معمولاً برای مونتاژ تولیدی BGA مناسب نیستند.
چگونه تأمین‌کننده PCB دارای قابلیت VIPPO را ارزیابی کنیم؟
یک تأمین‌کننده VIPPO باید با مدارک واقعی تولید ارزیابی شود، نه فقط با اعلام توانمندی.
چک‌لیست ارزیابی تأمین‌کننده VIPPO
توانمندی فرآیند
- تجربه تولید IPC-4761 Type VII
- قابلیت پرکردن via با خلأ
- فرآیند پخت کنترل‌شده
- قابلیت صاف‌سازی مکانیکی یا شیمیایی
- فرآیند آبکاری cap مسی
- سازگاری پوشش سطحی
بررسی مهندسی
- بررسی DFM مربوط به VIPPO پیش از تولید
- اعتبارسنجی stackup
- تأیید قابلیت دریل
- تحلیل خروجی BGA
- بررسی سازگاری مواد
مدارک کیفیت
- نمونه‌های میکروبرش
- نتایج بررسی void پرکننده
- سوابق ضخامت cap مسی
- ردیابی فرآیند
- روش اطلاع‌رسانی تغییرات
چه آزمون‌های پذیرشی برای تولید VIPPO باید الزامی باشند؟
برنامه تأیید تولید باید ترکیبی از بازرسی مخرب و غیرمخرب باشد.
| آزمون | روش | هدف پذیرش |
|---|---|---|
| میکروبرش | IPC-TM-650 2.1.1 | بررسی کیفیت پرشدن، آبکاری و فصل مشترک |
| بازرسی X-ray | تحلیل void داخلی | تأیید یکپارچگی پرشدن |
| اندازه‌گیری تختی | Profilometry | بررسی وضعیت سطح SMT |
| آزمون تنش حرارتی | روش‌های قابلیت اطمینان IPC | تشخیص ترک یا جداشدگی |
| پایش اندازه‌گیری AOI | تحلیل داده تولید | بررسی تغییرات فرآیند |
تحلیل داده‌های AOI می‌تواند تغییرات ابعاد پدهای cap شده و یکنواختی صاف‌سازی را قبل از رسیدن عیب به مونتاژ شناسایی کند.
VIPPO چگونه باید در پکیج RFQ مشخص شود؟
یک RFQ کامل باید شامل موارد زیر باشد:
- فایل‌های ساخت PCB
- اطلاعات دریل VIPPO
- نقشه ساخت
- الزامات stackup
- الزام کلاس IPC
- اطلاعات پکیج BGA/QFN
- الزامات فرآیند مونتاژ
- الزامات تختی سطح
پکیج پیشنهادی فایل:
VIP_Drill.drl
Fabrication_Notes.pdf
Stackup.pdf
Assembly_BGA_Data.csv
نمونه یادداشت ساخت:
تمام viaهایی که داخل پدهای قطعات قرار دارند باید به‌صورت ساختارهای پرشده و cap شده مطابق IPC-4761 Type VII پردازش شوند. viaهای پرشده باید پیش از آبکاری cap مسی صاف‌سازی شوند. فرورفتگی سطح باید مطابق نیازمندی مشخص‌شده تختی باشد.
هزینه تولید VIPPO چقدر است؟
VIPPO هزینه ساخت PCB را افزایش می‌دهد زیرا فرآیندهای اضافی نیاز دارد:
- پرکردن via
- پخت اضافی
- صاف‌سازی
- آبکاری cap مسی
- بازرسی
| نوع تولید | اثر هزینه |
|---|---|
| نمونه اولیه | بیشترین اثر به دلیل آماده‌سازی |
| تیراژ کم | افزایش متوسط |
| تولید انبوه | اثر کمتر با بهینه‌سازی فرآیند |
تصمیم هزینه باید VIPPO را با گزینه‌هایی مانند افزایش تعداد لایه‌های مسیریابی، افزایش اندازه برد یا استفاده از ساختارهای HDI دیگر مقایسه کند.
پرسش‌های متداول تولید PCB VIPPO
آیا هر BGA به VIPPO نیاز دارد؟
خیر. VIPPO بیشتر زمانی نیاز است که گام پکیج و چگالی مسیریابی اجازه fanout معمولی قابل اعتماد را ندهد.
آیا پرکننده رسانا همیشه بهتر است؟
خیر. اپوکسی غیررسانا به دلیل اهمیت قابلیت اطمینان مکانیکی و تطبیق انبساط حرارتی، معمولاً استفاده می‌شود.
آیا VIPPO می‌تواند یکپارچگی سیگنال را بهبود دهد؟
بله. اتصال عمودی کوتاه‌تر می‌تواند اثرات پارازیتی ناخواسته را نسبت به ساختارهای via طولانی کاهش دهد.
چرا viaهای باز داخل پدها خطرناک هستند؟
زیرا هنگام reflow، لحیم می‌تواند وارد via شود و حجم لحیم موجود برای اتصال قطعه را کاهش دهد.
درخواست بررسی تولید PCB VIPPO
ارائه کنید:
- فایل‌های ساخت PCB
- نیازمندی‌های VIPPO
- اطلاعات stackup
- جزئیات پکیج BGA/QFN
- هدف کلاس IPC
- الزامات تختی سطح
- حجم تولید مورد انتظار
واژه‌نامه
| اصطلاح | تعریف |
|---|---|
| VIPPO | ساختار Via-in-Pad Plated Over |
| Dimple | فرورفتگی سطح پس از پرکردن via |
| Planarization | فرآیند ایجاد سطح صاف روی via |
| Copper Cap | لایه مس آبکاری‌شده روی via پرشده |
| Aspect Ratio | رابطه بین ضخامت برد و قطر via |
نتیجه‌گیری
VIPPO امکان طراحی PCBهای کوچک‌تر، متراکم‌تر و قابل اعتمادتر را زمانی فراهم می‌کند که روش‌های معمول مسیریابی به محدودیت خود برسند.
اجرای موفق VIPPO نیازمند هماهنگی بین قوانین طراحی PCB، مشخصات ساخت، توانمندی تأمین‌کننده و آزمون‌های پذیرش است.
مطمئن‌ترین پروژه‌های VIPPO ساختار موردنظر را پیش از تولید تعریف می‌کنند، کنترل فرآیند تأمین‌کننده را بررسی می‌کنند و پیش از تولید انبوه، مدارک قابل اندازه‌گیری تولید را تأیید می‌کنند.