ویا در PCB سوراخ آبکاری‌شدهٔ کوچکی است که مس یک لایه را به مس لایه‌ای دیگر وصل می‌کند؛ به این اتصال گاهی via hole هم می‌گویند. سوراخ مته‌کاری می‌شود، دیوارهٔ داخلی آن با مس پوشش داده می‌شود و استوانهٔ متالیزه‌شدهٔ حاصل، سیگنال، توان یا زمین را از لایه‌ای به لایهٔ دیگر هدایت می‌کند. برد مدار چاپی چندلایه بر پایهٔ همین ویاها شکل می‌گیرد؛ بدون آن‌ها، هر ترک ناچار بود فقط در همان لایه‌ای که شروع شده امتداد پیدا کند.
بیشتر بردها فقط به ویاهای سرتاسری ساده (through-hole) نیاز دارند. ساختارهای کور (blind)، مدفون (buried)، میکروویا و via-in-pad برای رفع چالش‌های تراکم ابداع شده‌اند؛ اما هر یک از آن‌ها مراحل مته‌کاری، لمینیت یا آبکاری مجددی اضافه می‌کنند که مستقیماً به هزینهٔ ساخت می‌افزاید. پرسش اصلی این نیست که «کدام نوع ویا بهتر است»، بلکه باید مشخص کرد: «ارزان‌ترین ساختار ویایی که مسیریابی این مدار چاپی را ممکن می‌کند کدام است؟»
در ادامه مشخصات فنی انواع ویا، نحوه محدود شدن انتخاب‌ها بر اثر ابعاد سوراخ و نسبت ابعادی (aspect ratio)، و روش درج صحیح جزئیات ویاها در نقشه‌های ساخت بررسی شده است تا استعلام قیمت سازنده دقیقاً با مشخصات طراحی شما مطابقت داشته باشد.
نکات کلیدی
- ویا (Via) در PCB یک سوراخ متالیزه است که مسِ دو یا چند لایه را به هم متصل می‌کند. سوراخِ قطعه برای قرارگیری پایه است؛ اما ویا فقط جریان را بین لایه‌ها انتقال می‌دهد.
- ویاهای عبوری (Through vias) انتخاب پیش‌فرض و ارزان‌ترین گزینه هستند. استفاده از ویاهای کور (Blind)، دفن‌شده (Buried) و میکروویاها هزینه ساخت را در ازای آزاد کردن فضای روتینگ (Routing) افزایش می‌دهد.
- نسبت ابعاد یا Aspect Ratio (ضخامت برد تقسیم بر قطر سوراخ دریل‌شده)، کوچک‌ترین ویای عبوری را که می‌توان با اطمینان در یک ضخامت مشخص از برد آبکاری کرد، تعیین می‌کند.
- هر چرخه لمینیشن اضافه، مرحله حفاری لیزری یا فرآیند پر کردن و آبکاری روی ویا (Fill-and-Cap) مستقیماً روی قیمت و زمان تحویل تاثیر می‌گذارد. پیش از نهایی کردن ساختار برد، تعداد این مراحل را حساب کنید.
- مشخصات ویاها را در نقشه ساخت (Fabrication Drawing) به‌صورت یک جدول حفاری به تفکیک جفت‌لایه‌ها و با ذکر دقیق الزامات پر کردن، کپینگ و پوشش محافظ درج کنید و تصمیم‌گیری را به برداشت بخش CAM نسپارید.
ویا (Via) در PCB چیست؟
واژه Via ریشه در زبان لاتین به معنای «مسیر» دارد و برخی مهندسان آن را مخفف Vertical Interconnect Access می‌دانند. در برد مدار چاپی، هر ویا از سه بخش تشکیل می‌شود:
| بخش | تعریف | دلیل اهمیت |
|---|---|---|
| استوانه آبکاری‌شده (Barrel) | دیواره مسی آبکاری‌شده درون سوراخ حفاری‌شده | هدایت جریان الکتریکی؛ ضخامت و یکپارچگی آبکاری آن، قابلیت اطمینان اتصال را تعیین می‌کند |
| پد (Pad / Land) | حلقه مسی اطراف سوراخ در هر لایه متصل | نقطه فرود مته و محل اتصال بدنه استوانه‌ای به ترک (Trace) |
| آنتی‌پد (Antipad / Clearance) | فاصله خالی از مس در لایه‌های مرجع (پلین‌ها) در جایی که ویا نباید با آن‌ها اتصال داشته باشد | جلوگیری از اتصال کوتاه با پلین‌های عبوری و تنظیم امپدانس |
حلقه مسی باقیمانده میان لبه سوراخ و لبه پد، حلقه دور سوراخ (Annular Ring) نام دارد. در صورت انحراف مته از مرکز پد، این حلقه در یک سمت باریک می‌شود؛ به همین دلیل، دقت انطباق سوراخکاری (Drill Registration) به اندازه ابعاد خود سوراخ اهمیت دارد.
مقایسه ویا با سوراخ عبوری قطعات (Component Through-Hole)
هر دو ساختار، سوراخ متالیزه هستند و در فایل دریل مشابه دیده می‌شوند. تفاوت اصلی به اتصال نهایی آن‌ها برمی‌گردد: سوراخ قطعه متناسب با پایه سیمی (Lead) یا پین پرس‌فیت (Press-fit) ابعاددهی می‌شود، بنابراین قطر نهایی و تلورانس آن مستقیماً بر اساس مشخصات فیزیکی قطعه تعیین خواهد شد. در مقابل، ویا میزبان پایه قطعه نیست؛ می‌تواند بسیار کوچک‌تر باشد و عملکرد آن صرفاً الکتریکی یا حرارتی است. در برخی بردها از سوراخ‌های غیرمتالیزه (NPTH) نیز برای بستن پیچ و اتصالات مکانیکی استفاده می‌شود که ساختاری کاملاً متفاوت از این دو دارند.
بسته BGA شما به چه نوع ویا (Via) نیاز دارد: سرتاسری (Through)، کور (Blind)، میکروویا یا Via-in-Pad؟
چهار نوع ویا پایه به‌همراه چند گونه مشتق از آن‌ها وجود دارد. جدول زیر ساختار و نحوه تولید هر نوع ویا را بر اساس قابلیت‌های سوراخکاری APT خلاصه می‌کند.
| نوع ویا | اتصالات | نحوه ساخت | دلیل متداول استفاده |
|---|---|---|---|
| ویای سرتاسری (PTH) | لایه رویی به لایه زیرین با عبور از تمامی لایه‌ها | سوراخکاری مکانیکی CNC پس از لمینیت نهایی | سیم‌کشی استاندارد سیگنال و توان |
| ویای کور (Blind via) | یک لایه بیرونی به یک یا چند لایه داخلی، بدون عبور کامل از برد | سوراخکاری مکانیکی با عمق کنترل‌شده یا سوراخکاری لیزری | فن‌اوت (Fan-out) قطعات متراکم و آزادسازی فضای سیم‌کشی در سایر لایه‌ها |
| ویای مدفون (Buried via) | صرفاً لایه‌های داخلی؛ بدون دید از بیرون | سوراخکاری مکانیکی روی ساب‌لمینیت داخلی | عبور از کانال‌های متراکم سیم‌کشی در لایه‌های داخلی |
| میکروویا (Microvia) | یک لایه build-up به لایه بعدی | فرسایش لیزری روی دی‌الکتریک نازک | ساختارهای HDI و خروج مسیر (Escape) در BGAهای fine-pitch |
| میکروویای روی‌هم (Stacked microvia) | چند میکروویا مستقیماً روی یکدیگر | فرسایش لیزری همراه با پر کردن و آبکاری صاف هر ویای پایینی | متراکم‌ترین حالت سیم‌کشی در BGAهای بسیار fine-pitch |
| میکروویای پلکانی (Staggered microvia) | میکروویاهای جابه‌جاشده بین لایه‌ها | فرسایش لیزری | تراکم بالا با ریسک ساخت کمتر، ترجیح داده‌شده در چرخه‌های حرارتی |
| ویا درون پد (VIPPO) | ویای قرارگرفته داخل پد SMD، پرشده و پوشش‌یافته با آبکاری | سوراخکاری به‌همراه پر کردن، مسطح‌سازی و آبکاری درپوش پد | خروج مسیر BGA با گام ظریف بدون نیاز به ترک‌های dog-bone |
| ویای بک‌دریل‌شده (Backdrilled via) | ویای سرتاسری که استاب مسی بلااستفاده آن با سوراخکاری حذف شده است | سوراخکاری معکوس با عمق کنترل‌شده | کاهش بازتاب استاب در لینک‌های سریال پرسرعت |
| آرایه ویای حرارتی (Thermal via array) | شبکه‌ای از سوراخ‌های آبکاری‌شده زیر پد حرارتی | سوراخکاری مکانیکی | انتقال حرارت از قطعه توان‌بالا به پلین‌ها |
ویاهای سرتاسری، کور و مدفون ساختارهای پایه هستند. نقطه آغاز بردهای HDI با میکروویاها و تکنولوژی via-in-pad شکل می‌گیرد. نحوه برنامه‌ریزی لایه‌به‌لایه بازه‌های ویاهای کور و مدفون را در راهنمای برنامه‌ریزی ویاهای کور و مدفون بررسی کنید.
معمولاً در منابع آموزشی تنها به ۴ نوع ویا اشاره می‌شود. در اینجا نقطه عطف گام ۰.۴ میلی‌متری BGA برای تغییر نوع ویا و شرایط بردهای دارای گام ۰.۶۵ میلی‌متر یا بالاتر بررسی می‌شود.
ویاهای سرتاسری (Through vias)
سوراخکاری ویاهای سرتاسری پس از لمینیت نهایی تمام لایه‌ها انجام می‌شود؛ بنابراین هزینه ساخت آن تنها شامل یک مرحله سوراخکاری و یک مرحله آبکاری است. عبور این ویا از تمام لایه‌ها فضای روتینگ را حتی در لایه‌هایی که اتصالی به آن‌ها ندارد مسدود می‌کند. در بردهایی با دو یا سه قطعه پرپین متراکم، همین انسداد فضا طراح را ناچار به استفاده از ویاهای کور یا مدفون می‌سازد.
ویاهای کور و مدفون (Blind and Buried vias)
ویای کور از یک لایه بیرونی آغاز شده و در لایه‌های داخلی متوقف می‌شود. ویای مدفون کاملاً در لایه‌های داخلی شروع شده و پایان می‌یابد. سوراخکاری و آبکاری ویاهای مدفون پیش از پرس شدن با سایر لایه‌ها، روی یک مغزی (Core) یا ساب‌استک داخلی اجرا می‌شود؛ بنابراین هر بازه ویای مدفون عموماً یک چرخه پرس اضافه به پروسه ساخت تحمیل می‌کند. ویاهای کور بسته به عمق و قطر، با سوراخکاری مکانیکی با عمق کنترل‌شده یا لیزر پیاده‌سازی می‌شوند.
میکروویاها (Microvias)
میکروویا سوراخ ریزی است که با لیزر سوراخکاری شده و تنها یک لایه دی‌الکتریک نازک را طی می‌کند. در ماتریس توانمندی‌های سوراخکاری APT، میکروویاهای لیزر CO2 تا قطر ۰.۱۰ میلی‌متر و میکروویاهای لیزر UV تا ۰.۰۷۵ میلی‌متر با نسبت ابعادی ۱:۱ به ازای هر لایه build-up پیاده‌سازی می‌شوند. میکروویاها بلوک اصلی استاندارد نام‌گذاری بردهای HDI مانند ۱+N+۱ (یک لایه build-up در هر طرف هسته) و ۲+N+۲ (دو لایه build-up در هر طرف) هستند.
قطر دریل و نسبت تصویر (Aspect Ratio) ویا: چه عاملی حداقل اندازه قابل سفارش ویا را محدود می‌کند؟
اندازه ویا به دو عامل بستگی دارد: حداقل قطر سوراخی که کارخانه قادر به مته‌کاری آن است، و حداکثر عمقی از این سوراخ که می‌توان جداره آن را با لایه‌ای یکنواخت آبکاری کرد.
نسبت تصویر (Aspect Ratio) حاصل تقسیم ضخامت برد بر قطر سوراخ دریل‌شده است. بردی به ضخامت ۱٫۶ میلی‌متر با دریل ۰٫۱۵ میلی‌متر، نسبت تصویری در حدود ۱۰٫۷:۱ دارد. محلول الکترولیت باید در سراسر طول استوانه ویا جریان یابد؛ از این رو، هرچه سوراخ عمیق‌تر و باریک‌تر باشد، دستیابی به ضخامت مس یکنواخت در آبکاری دشوارتر خواهد بود.
مشخصات ارائه‌شده توسط APT در صفحه قابلیت‌های مته‌کاری PCB:
| پارامتر | مته‌کاری مکانیکی CNC | لیزر CO2 | لیزر UV |
|---|---|---|---|
| حداقل قطر | ۰٫۱۵ میلی‌متر (۶ mil) | ۰٫۱۰ میلی‌متر (۴ mil) | ۰٫۰۷۵ میلی‌متر (۳ mil) |
| حداکثر قطر | ۶٫۳۵ میلی‌متر (۲۵۰ mil) | ۰٫۲۰ میلی‌متر (۸ mil) | ۰٫۱۵ میلی‌متر (۶ mil) |
| نسبت تصویر (Aspect Ratio) | ۱۰:۱ تا ۱۲:۱ در تولید استاندارد؛ تا ۱۵:۱ روی بک‌پلین‌های ضخیم اعتبارسنجی‌شده | ۱:۱ به ازای هر لایه build-up | ۱:۱ به ازای هر لایه build-up |
| انواع سوراخ | PTH، blind، buried، NPTH، شکاف‌ها (slots) | Blind microvia | Blind microvia، مس مستقیم (direct copper) |
این مقادیر مرز توانمندی تجهیزات هستند، نه ارقام پیشنهادی برای طراحی. تجمیع همزمان چند حد نهایی روی یک برد—مانند کوچک‌ترین مته روی ضخیم‌ترین stackup—نیازمند بررسی امکان‌سنجی تولید متناسب با stackup واقعی و ابعاد پنل است. چنانچه چیدمان اجازه می‌دهد، به‌کارگیری ویای بزرگ‌تر حاشیه اطمینان فرایند آبکاری را بالا برده و هزینه تمام‌شده را کاهش می‌دهد.
عموم مستندات طراحی نسبت تصویر ۱۰:۱ را مبنا قرار می‌دهند. محدوده ۱۲:۱ تا ۱۵:۱ مقداری است که APT در تیراژهای محدود صحه‌گذاری می‌کند، و حفظ ضریب ۱۰:۱ تنها به منظور رعایت حاشیه اطمینان در فرایند تولید انبوه است.
نحوه تعیین اندازه Through Via
ابعاد را بر اساس مشخصات برد تعیین کنید، نه صرفاً بر پایه جدول مته‌ها:
۱. ابتدا ضخامت نهایی برد را مشخص کنید؛ این پارامتر عمق آبکاری تمام Through Viaها را تعیین می‌کند. ۲. ضخامت را بر قطر مته مدنظر تقسیم کنید. چنانچه عدد به‌دست‌آمده در لبه بالای محدوده مجاز سازنده قرار گرفت، در صورت وجود فضای کافی برای مسیرکشی، اندازه مته را یک سایز بزرگ‌تر انتخاب کنید. ۳. پهنای annular ring مورد نیاز سازنده را به قطر سوراخ بیفزایید و اطمینان حاصل کنید پد حاصل با pitch پایه‌های مجاور هم‌پوشانی نداشته باشد. ۴. در صورت عدم تطابق ابعاد پد با فضای موجود، استفاده از blind via، microvia یا via-in-pad توجیه فنی پیدا می‌کند.
تکنولوژی Via-in-pad و ویاهای پرشده
در Via-in-pad، ویا به جای قرارگیری در کنار پد، مستقیماً داخل پد قطعه پیاده‌سازی می‌شود. باز بودن سوراخ داخل پد موجب فرار و مکش قلع به درون سوراخ (solder wicking) حین فرایند reflow و تضعیف اتصال لحیم می‌شود؛ به همین دلیل ویا پر شده، سطح آن کاملاً مسطح (planarized) و در نهایت روی آن لایه مس آبکاری می‌شود. در صفحه خدمات سوراخکاری APT، فرایند VIPPO به عنوان راهکاری برای breakout قطعات BGA با fine-pitch، جلوگیری از اتلاف لحیم، و به عنوان پایه‌ای جهت قرارگیری microviaهای پشته‌شده روی یکدیگر (stacked) تعریف شده است.
پر کردن ویا فقط مختص ساختار Via-in-pad نیست؛ این فرایند برای ممانعت از ورود solder mask یا flux به داخل سوراخ‌ها، ایجاد سطح صاف برای مونتاژ، یا ایجاد تکیه‌گاه برای microviaهای پشته‌شده نیز مشخص می‌شود. ماده پرکننده می‌تواند رسانا یا نارسانا باشد و این انتخاب باید دقیقاً در نقشه ساخت ثبت شود. برای مشاهده پارامترهای کنترلی فرایند و معیارهای پذیرش، راهنمای ساخت via-in-pad و بخش کنترل void برای VIPPO زیر قطعات BGA را ببینید.
روش‌های محافظت از ویا (tenting، plugging یا filling با درپوش مس یا بدون آن) بر اساس استاندارد IPC-۴۷۶۱ طبقه‌بندی می‌شوند. متد دقیق محافظت مورد نیاز را در نقشه ساخت قید کنید؛ استفاده از عبارت کلی "Tented" به‌تنهایی موجب ابهام در تفسیر فرایند تولید می‌شود.
انتخاب ساختار via: هزینه و تعداد دفعات پرس (Lamination)
جدول تصمیم‌گیری زیر را مبنا قرار دهید. کار را از سطر اول شروع کنید و تنها زمانی به سطرهای پایین‌تر بروید که محدودیت‌های چیدمان مدار (layout) شما را ناچار کند. هزینه نسبی صرفاً یک رتبه‌بندی مقایسه‌ای برای بردی با ابعاد و تعداد لایه‌های یکسان است، نه قیمت قطعی.
| ساختار via | مراحل سوراخکاری | چرخه‌های پرس اضافی | هزینه نسبی | شرایط الزام استفاده |
|---|---|---|---|---|
| فقط Through via | یک مرحله مکانیکی | ندارد | کمترین | حالت پیش‌فرض؛ تمام نت‌ها با through via مسیرکشی (escape) می‌شوند |
| Through + Blind مکانیکی (عمق کنترل‌شده) | مکانیکی به‌همراه سوراخکاری عمق‌کنترل‌شده | معمولاً ندارد | کم تا متوسط | برقراری چند اتصال از لایه‌های بیرونی به لایه‌های داخلی جهت آزادسازی لایه‌های پرتراکم |
| Through + Buried | مکانیکی روی زیرلایه (sub-stack) و سپس پرس نهایی | یک مرحله به‌ازای هر بازه buried | متوسط | کانال‌های لایه‌های داخلی مسدود شده‌اند، اما لایه‌های خارجی فضای خالی دارند |
| ۱+N+۱ HDI (یک لایه microvia در هر طرف) | لیزری به‌همراه مکانیکی | یک چرخه build-up | متوسط تا بالا | گام پایه‌های (pitch) قطعه BGA برای fan-out با through-via بیش از حد کوچک است |
| ۲+N+۲ HDI (به‌صورت پله‌ای یا stacked) | دو مرحله لیزری در هر طرف به‌همراه مکانیکی | دو چرخه build-up | بالا | یک لایه microvia برای خارج کردن تمام اتصالات از زیر پکیج کافی نیست |
| Via-in-pad (پرشده و پوشش‌داده‌شده) | نیازمند پرکردن، مسطح‌سازی (planarization) و پوشش مس (cap plating) | به‌خودی‌خود ندارد | افزایش هزینه روی هرکدام از ساختارهای بالا | فضای کافی برای fan-out استخوان‌سگی (dog-bone) بین پدها وجود ندارد |
| Backdrill | نیازمند سوراخکاری معکوس با عمق کنترل‌شده | ندارد | افزایش هزینه روی هرکدام از ساختارهای بالا | طول اضافه سوراخ (stub) به کانال‌های پرسرعت آسیب می‌زند |
دو اصل اساسی در بهینه‌سازی این فرآیند:
- چرخه‌های پرس (lamination) را شمارش کنید. هر چرخه اضافی، مراحل پرس، انطباق سوراخکاری (drill registration) و بازرسی را طولانی‌تر می‌کند. ساختار ۲+N+۲ در مقایسه با ۱+N+۱ مراحل پرس، رجیستریشن، آبکاری و بازرسی بیشتری می‌طلبد و هزینه و زمان تحویل پروژه را به طور چشمگیری بالا می‌برد.
- ساختارها را بی‌دلیل ترکیب نکنید. بردی که همزمان دارای buried via، میکروویای انباشته (stacked microvia) و backdrill باشد، سه ریسک فرآیندی مجزا ایجاد می‌کند. اگر یک ساختار منفرد چالش مسیریابی را رفع می‌کند، فقط همان را به کار بگیرید.
در مشخصات توانمندی‌های برد صلب (Rigid PCB) شرکت APT، استفاده از BGAهای fine-pitch حدود ۰٫۴ میلی‌متر یا ۰٫۵ میلی‌متر، کانال‌های مسیریابی به‌شدت محدود، یا تغییر لایه‌های فرکانس بالا بدون امکان استفاده از through via، عوامل اصلی ورود به ساختارهای HDI هستند. در چنین مواردی، پیش از نهایی کردن طراحی ۲+N+۲، تیم تولید بردهای HDI PCB می‌تواند امکان اجرای طرح با ساختار ۱+N+۱ را بررسی کند.
تأثیر via بر یکپارچگی سیگنال (Signal Integrity)
در نرخ داده‌های بالا، via بخشی از خط انتقال به شمار می‌رود. بخش بدون استفاده پایه via در زیر آخرین لایه متصل (stub) می‌تواند بازتابش موج ایجاد کند. راهکارهای مواجهه با این مشکل عبارتند از: مسیریابی سیگنال پرسرعت در لایه‌های نزدیک به کف برد، استفاده از blind via، یا حذف دنباله با backdrill. دقت عمق backdrill در شرکت APT برابر با ±۵۰ میکرومتر است. شیوه تعیین اهداف عمق و طول مجاز stub در راهنمای طراحی Backdrill شرح داده شده است.
ویاهای حرارتی (Thermal Vias)
آرایه‌های via حرارتی گرما را از پد حرارتی زیر قطعه به لایه‌های زمین و تغذیه داخلی منتقل می‌کنند. این ساختارها در واقع همان through viaهای معمولی چیده‌شده در قالب یک شبکه ماتریسی هستند، اما زیر قطعات بدون پایه (Bottom-terminated) مشکل فرار قلع (solder-wicking) به داخل سوراخ را به همراه دارند. در ابتدای طراحی مشخص کنید که این سوراخ‌ها پر و آبکاری شوند (filled and capped)، با جوهر پوشانده شوند (plugged)، یا به‌صورت باز باقی بمانند و استنسیل با الگوی کاهش خمیر قلع (paste-reduction) طراحی شود.
تأثیر ویاها بر هزینه ساخت PCB
فراتر از ساختار فیزیکی، سه عامل کلیدی در طراحی ویا مستقیماً پیش‌فاکتور نهایی را تغییر می‌دهند: تعداد کل سوراخ‌کاری‌ها (مدت‌زمان کارکرد دستگاه CNC)، کوچک‌ترین قطر مته مکانیکی (استهلاک ابزار و کاهش ارتفاع استک بردها در سوراخکاری همزمان)، و نسبت ابعادی (aspect ratio) نزدیک به سقف توان فنی سازنده (نیاز به فرآیند آبکاری کُندتر یا بررسی‌های متالوگرافی متعدد). علاوه بر این، در صورت الزام سفارش به بررسی ساختار ویاها، تعبیه کوپن‌های برش مقطعی (microsection coupons) دامنه بازرسی و هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.
در صورت بالاتر بودن پیش‌فاکتور از حد انتظار، مشخصه اصلی محرک هزینه در ویاها را از سازنده پیگیری کنید. در بسیاری از طراحی‌ها، استفاده از یک پکیج خاص کل برد را ناخواسته به سمت فناوری HDI می‌برد؛ با جابه‌جایی یا تعویض همان یک قطعه، می‌توان یک چرخه لایه‌نشانی و پرس (lamination cycle) را به طور کامل حذف کرد.
مشخصات Via در نقشه ساخت
درج دقیق مشخصات در نقشه، ارزان‌ترین راه برای جلوگیری از خطای ساخت است. موارد زیر را لحاظ کنید:
- جدول دریل به تفکیک جفت‌لایه‌ها؛ به عنوان مثال لیزری L۱–L۲، مدفون (buried) L۲–L۷ و سرتاسری (through) L۱–L۸، با مشخص کردن ابعاد نهایی (finished) یا ابعاد سوراخکاری اولیه (drilled) و تمایز صریح بین آن‌ها
- تفکیک سوراخ‌های متالیزه (plated) از غیرمتالیزه (non-plated) در فایل‌های NC drill
- الزامات پر کردن via و نوع ماده (رسانا یا نارسانا) و نیاز یا عدم نیاز به پوشش درپوش مسی (cap)
- روش محافظت از via بر اساس انواع استاندارد IPC-۴۷۶۱ در بخش‌های مورد نظر و تعیین سمت اعمال آن
- محل قرارگیری via-in-pad در صورت وجود، به همراه تلرانس صافی سطح (flatness) یا فرورفتگی مجاز (dimple) برای آن پدها
- نقاط backdrill، لایه‌ای که باید متصل بماند و طول مجاز پایه باقیمانده (stub)
- کلاس پذیرش برد؛ به عنوان مثال IPC-۶۰۱۲ Class ۲ یا Class ۳
در صفحه قابلیت‌های HDI شرکت APT، ارائه stackup پیشنهادی، نقشه لایه‌به‌لایه via، مشخصات چیدمان پشته‌ای (stacked) یا پلکانی (staggered)، وایاهای مدفون و موقعیت‌های via-in-pad همراه با استعلام قیمت (RFQ) درخواست شده است. ارسال این اطلاعات در قالب داده‌های Gerber X۲، ODB++ یا IPC-۲۵۸۱ به تیم CAM اجازه می‌دهد ساختار برد را مستقیماً تأیید کند و نیازی به حدس زدن جزئیات نداشته باشد.
چرا باید APTPCB را در برنامه‌ریزی ساختار via مشارکت داد؟
APT ساختار viaها را در مرحله بررسی‌های مهندسی پیش از شروع فرایند تولید بررسی می‌کند. در این بازبینی، چیدمان viaها با stackup، ضخامت نهایی برد، ابعاد مته‌کاری و aspect ratio تطبیق داده می‌شود تا مواردی که در مرز محدوده توانمندی‌های HDI قرار دارند یا قابل ساده‌سازی هستند، مشخص شوند. تایید نهایی قطر via، نسبت ابعادی (aspect ratio)، capture pad و امکان‌سنجی لایه‌نشانی متوالی (sequential lamination) تنها پس از این بازبینی انجام می‌گیرد؛ زیرا مستقیماً به جنس متریال، ساختار لایه‌ها، ابعاد پنل‌بندی و تیراژ تولید وابسته است.
استانداردها و مراجع مرتبط شامل موارد زیر است:
- IPC-2221: استاندارد عمومی طراحی بردهای چاپی
- IPC-2226: استاندارد طراحی تخصصی بردهای چاپی HDI
- IPC-6012: الزامات کیفی و عملکرد بردهای چاپی صلب (Rigid)
- IPC-4761: راهنمای طراحی محافظت از ساختارهای via در بردهای چاپی
- IPC-A-600: معیارهای پذیرش بردهای چاپی
پرسش‌های متداول
وایا (Via) در PCB چه کاربردی دارد؟
وایا در PCB اتصال سیگنال، توان یا زمین را از طریق یک سوراخ آبکاری‌شده از یک لایه مس به لایه‌ای دیگر منتقل می‌کند. وایاها امکان تغییر لایه برای ترک‌ها را فراهم می‌کنند، صفحات مسی (پلین‌ها) را به هم متصل می‌سازند و در قالب آرایه‌های حرارتی، گرمای قطعه را به لایه‌های مسی داخلی منتقل می‌کنند.
انواع اصلی وایا کدامند؟
انواع اصلی شامل وایای سراسری (through via)، وایای کور (blind via)، وایای مدفون (buried via) و میکرووایا (microvia) هستند. ساختارهای توسعه‌یافته بر پایه این موارد نیز شامل میکرووایاهای روی‌هم‌چیده (stacked) و پلکانی (staggered)، وایا در پد (via-in-pad با پرکردن و پوشش مس)، وایاهای backdrilled و آرایه‌های وایای حرارتی می‌شوند.
کوچک‌ترین ابعاد وایا در یک PCB چقدر است؟
این مقدار به روش ایجاد سوراخ بستگی دارد. APT حداقل قطر مته مکانیکی را ۰٫۱۵ میلی‌متر، برای میکرووایای لیزری CO2 مقدار ۰٫۱۰ میلی‌متر و برای میکرووایای لیزری UV مقدار ۰٫۰۷۵ میلی‌متر اعلام می‌کند. حداقل اندازه قابل اجرا روی یک برد مشخص به ضخامت برد، stackup و اندازه پد نیز وابسته است.
تفاوت وایای کور (Blind) با وایای مدفون (Buried) چیست؟
وایای کور از یک لایه خارجی شروع شده و در یک لایه داخلی خاتمه می‌یابد؛ بنابراین تنها از یک سمت برد دیده می‌شود. وایای مدفون فقط لایه‌های داخلی را به هم متصل می‌کند و از هیچ‌یک از سطوح بیرونی برد قابل مشاهده نیست. وایاهای مدفون معمولاً به یک چرخه پرس و لمینیت اضافه نیاز دارند، زیرا سوراخکاری آن‌ها پیش از پرس نهایی برد انجام می‌شود.
آیا وایاها هزینه تولید PCB را افزایش می‌دهند؟
وایاهای سراسری معمولی جز زمان مته‌کاری، هزینه قابل‌توجهی اضافه نمی‌کنند. در مقابل، وایاهای کور، مدفون، لیزری، پرشده، پوشش‌داده‌شده (capped) و فرآیند backdrill هرکدام مراحل ساخت را افزایش می‌دهند؛ همچنین لایه‌های ساختاری HDI چرخه‌های لمینیت را بیشتر می‌کنند. ساختار وایا بسیار بیشتر از تعداد کل سوراخ‌ها بر هزینه نهایی تأثیر می‌گذارد.
آیا می‌توان وایا را مستقیماً داخل پد قرار داد؟
بله، اما وایای باز داخل پد باعث فرار قلع از محل اتصال لحیم‌کاری می‌شود. برای پدهای BGA و قطعات fine-pitch، وایا معمولاً با رزین پر، مسطح و سپس با مس پوشانده می‌شود (VIPPO) تا سطحی کاملاً صاف و قابل لحیم‌کاری ایجاد شود.
چک‌لیست RFQ برای Via
- حداقل سایز مته مکانیکی مورد نیاز
- حداقل قطر سوراخکاری لیزری و نوع لیزر: CO2 یا UV
- نسبت ابعادی (Aspect Ratio یا AR) عمیق‌ترین through via
- نوع via بر اساس جفت‌لایه: through، blind، buried، microvia، via-in-pad
- الزامات پر کردن via: رسانا (conductive)، غیررسانا (non-conductive) یا پرشده با مس (copper overfilled)
- روش محافظت از via: پوشش با سولدر ماسک (tented)، مسدودشده (plugged) یا پرشده مطابق تیپ‌های IPC-4761
- نیاز به Backdrill: بله/خیر؛ عمق هدف و تلورانس عمق (±۵۰ µm)
- سایز و تلورانس سوراخ پین‌های press-fit با انطباق تداخلی (در صورت وجود)
- ساختار لایه‌چینی HDI: ۱+N+۱، ۲+N+۲ یا سایر ساختارهای لمیناسیون متوالی (sequential lamination)
- کلاس پذیرش برد مطابق استاندارد IPC-6012
- نت‌های دارای امپدانس کنترل‌شده همراه با امپدانس هدف و تلورانس مجاز
- جدول مته‌کاری Backdrill: جفت‌لایه، طول استاب (stub length) هدف و اندازه باقیمانده مجاز (residual)
این موارد را هنگام ارسال استعلام قیمت (RFQ) در اختیار سازنده برد قرار دهید.
انتخاب ساده‌ترین via برای روتینگ
کار را با through viaها و قطر مته (drill size) منطقی و متناسب با ضخامت برد شروع کنید. ساختار جدید را تنها زمانی اضافه کنید که روتینگ یک پکیج یا کانال هدایت مسیر مشخص بدون آن امکان‌پذیر نباشد؛ در عین حال چرخه‌های لمیناسیون (lamination cycles) اضافه شده در هر مرحله را محاسبه کنید. سپس خروجی را در نقشه‌های ساخت در قالب جدول دریل (drill table) و نقشه چیدمان viaها (via map) مستند کنید. این کار اطلاعات مورد نیاز سازنده را جهت ارائه استعلام قیمت بر مبنای طراحی انجام‌شده تامین می‌کند و در صورت بالا بودن قیمت پیشنهادی اولیه، مسیر مشخصی را برای کاهش هزینه‌ها پیش روی شما می‌گذارد.