Через «Производство подушек: Учебник для покупателя (спецификации, риски, контрольный список)»

![Из книги «Производство подушек: Руководство для покупателя (спецификации, риски, контрольный список)]»(/assets/img/blogs/2025/03/advanced-pcb-manufacturing.webp)

Внедрение технологии in-pad (VIP) часто является обязательным решением, обусловленным плотностью компонентов, особенно когда шаг шариковой решетки (BGA) падает ниже 0,5 мм. Хотя этот метод максимально увеличивает площадь печатной платы и улучшает управление температурным режимом, он требует сложных этапов нанесения покрытия и заполнения, которые могут поставить под угрозу производительность сборки, если их не строго контролировать. Это руководство помогает покупателям и инженерам ознакомиться с важнейшими спецификациями, стратегиями снижения рисков и критериями приемки, необходимыми для приобретения надежных VIP-плат без задержек в производстве.

Основные моменты

Основное преимущество: позволяет прокладывать BGA с малым шагом (< 0,5 мм) и снижает индуктивность.
Важнейшие характеристики: Необходимо контролировать толщину покрытия колпачка (обычно 12–15 мкм), чтобы обеспечить ровную поверхность.
Основной риск: «Ямочки» или пустоты в заполнении переходного отверстия, приводящие к разрушению паяного соединения во время сборки.
Проверка: требуются микрошлифы, соответствующие классу 3 IPC, для проверки целостности покрытия и заполнения.

Ключевые выводы

Основное преимущество: позволяет прокладывать BGA с малым шагом (< 0,5 мм) и снижает индуктивность.
Критические характеристики: необходимо контролировать толщину покрытия колпачка (обычно 12–15 мкм), чтобы обеспечить ровную поверхность.
Основной риск: «ямочки» или пустоты в заполнении переходного отверстия, ведущие к разрушению паяного соединения во время сборки.
Валидация: требуются микрошлифы, соответствующие классу 3 IPC, для проверки целостности покрытия и заполнения.
Объем, контекст принятия решения и критерии успеха
Производственные мощности и логистика заказа
Характеристики для определения заранее (перед фиксацией)

Содержание

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха
Производственные мощности и логистика заказа
Характеристики для определения заранее (перед фиксацией)
Основные риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)
Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)
Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживание)
Как выбрать (компромиссы и правила принятия решений)
Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха

При производстве контактных площадок сквозное отверстие (PTH) помещается непосредственно в посадочную площадку компонента, которая затем заполняется эпоксидной смолой и покрывается («закрывается») для создания плоской паяемой поверхности. Этот процесс, часто называемый VIPPO (Via-in-Pad Plated Over), отличается от стандартных палаточных переходных отверстий.

Когда использовать VIP

Обычно вы пересекаете порог VIP-территории, когда:

Шаг BGA: Шаг компонентов составляет 0,5 мм или менее, что оставляет недостаточно места для разводки ответвлений типа «собачка».
Тепловые требования. Для компонентов высокой мощности требуются прямые тепловые пути к внутренним плоскостям (тепловые отверстия).
Высокоскоростные сигналы. Уменьшение длины шлейфа и индуктивности имеет решающее значение для целостности сигнала.

Критерии успеха

Чтобы считать VIP-проект успешным, изготовленные платы должны соответствовать трем измеримым результатам:

Плоскостность поверхности: «Углубление» (впадина) над заполненным переходным отверстием не должно превышать 15 мкм (для класса 3) или 25 мкм (для класса 2), чтобы предотвратить образование пустот в BGA.
Целостность покрытия: Покрытие крышки не должно отделяться от нижележащего покрытия или наполнителя во время оплавления (260°C).
Полнота заполнения. Пустоты внутри эпоксидного заполнителя должны составлять менее 5 % объема переходного отверстия во избежание газовыделения и образования попкорна.

Граничные случаи (когда не использовать Vip)

Чувствительность к стоимости: VIP добавляет 15–25% к стоимости голой платы из-за дополнительных этапов сверления, нанесения покрытия и выравнивания. Если подходит стандартная маршрутизация «собачьей кости», избегайте VIP.
Компоненты с большим шагом: Для шагов > 0,65 мм обычно достаточно стандартных открытых переходных отверстий, что снижает риск.

Производственные мощности и логистика заказовПрежде чем завершить разработку проекта, убедитесь, что возможности производителя соответствуют вашим требованиям к плотности. Для производства прокладок методом сквозного монтажа требуются специализированные вакуумные закупоривающие машины и оборудование для планаризации.

Снимок возможностей

В следующей таблице представлены стандартные и расширенные возможности для производства VIP-статусов.

Параметр	Стандартные возможности	Расширенные возможности	Заметки
Минимальная механическая дрель	0,20 мм (8 мил)	0,15 мм (6 мил)	Сверла меньшего размера увеличивают сложность нанесения покрытия.
Макс. соотношение сторон	8:1	10:1	Соотношение толщины доски и диаметра сверла.
Диаметр колодки (внешний)	Сверло + 0,25 мм	Сверло + 0,20 мм	Критично для фиксации кольцевого кольца.
Материал заглушки	Непроводящая эпоксидная смола	Проводящая/медная паста	Непроводящий вариант предпочтителен для согласования КТР.
Толщина покрытия крышки	12 мкм	> 25 мкм	Более толстые колпачки улучшают плоскостность, но увеличивают время.
Глубина ямочки	< 25 мкм	< 15 мкм	Критично для сборки BGA с малым шагом.
Обёрточная пластина	Класс 2 (> 12 мкм)	Класс 3 (> 25 мкм)	Необходим для совместной надежности.
Количество слоев	4–12 слоев	14–30+ слоев	Более высокие слои требуют более строгой регистрации.
Отделка поверхности	ЭНИГ, ОСП	ЭНЕПИГ, Твердое золото	ENIG является стандартом для плоских подушечек.
Слепой/погребенный переход	Поддерживается	Сложенные микроотверстия	VIP часто сочетается со структурами ИРЧП.

Время выполнения и минимальный заказ

VIP добавляет этапы обработки (наполнение, выпекание, выравнивание, укупоривание), которые продлевают стандартные сроки выполнения заказа.

Тип заказа	Типичное время выполнения заказа	Минимальный заказ	Ключевые драйверы
Прототип (НПИ)	5–8 дней	5 панелей	Дополнительные циклы нанесения покрытия и время отверждения предотвращают «быстрый поворот» (24 часа).
Мелкая партия	10–12 дней	10–50 панелей	Настройка вакуумной пробки и проверка сечения.
Массовое производство	15–20 дней	> 50 м²	Оптимизация размера партии и планирование мощности.

Спецификации для определения заранее (до того, как вы примете решение)

Неоднозначные пакеты данных являются основной причиной сбоев VIP. Вы должны явно определить структуру переходного отверстия в своих заметках по изготовлению и файлах Gerber. Не полагайтесь на то, что производитель «угадает», какие переходные отверстия нуждаются в заполнении.

Таблица критических параметров

Определите эти значения на рабочем чертеже:

Параметр	Рекомендуемый диапазон	Почему это важно
По типу	IPC-4761 Тип VII	Указывает заполненные и закрытые переходные отверстия (VIPPO).
Диаметр сверла	0,15 мм – 0,25 мм	Большие отверстия (>0,3 мм) трудно заполнить без провисаний/ямочек.
Материал наполнителя	Непроводящая эпоксидная смола (например, Taiyo THP-100)	Соответствует КТР FR4 лучше, чем проводящие пасты; снижает стресс.
Обёрточная пластина	Мин 25 мкм (Класс 3)	Гарантирует, что колено переходного отверстия не треснет во время расширения.
Покрытие крышки	12–15 мкм	Обеспечивает достаточное количество меди для пайки без чрезмерного покрытия.
Кольцевое кольцо	Минимум 0,076 мм (3 мил)	Позволяет сверлить блуждание; жизненно важно для соответствия классу 2 IPC.
Распродажа	0,15 мм	Расстояние от переходной площадки до ближайшего медного элемента.
Паяльная маска	LPI (Жидкое фотоизображение)	Не должен посягать на колодку с колпачком (открытие 1:1 или определенный зазор).

Подробный контрольный список требований

Идентификация файла. Создайте отдельный файл или слой сверления специально для VIP-отверстий. Четко обозначьте его (например, Drill_VIP_Filled.drl).
Ограничение соотношения сторон: Поддерживайте соотношение сторон (толщина платы : диаметр сверла) ниже 10:1. Соотношения выше 10:1 затрудняют покрытие центра ствола и полное заполнение без пустот.
Планирование компенсации травления. Точно укажите вес готовой меди. Производитель должен применить планирование компенсации травления (обычно увеличение характеристик на 12–25 мкм), чтобы учесть несколько циклов травления, необходимые в процессе VIP.
Tg материала: для VIP-панелей используйте материалы с высокой Tg (Tg > 170°C). Дополнительные температурные воздействия во время производства (запекания заливки) подвергают ламинат нагрузке.
Спецификация плоскостности: Укажите «Плоскостность контактной площадки должна быть в пределах 0,001 дюйма (25 мкм) по всей матрице BGA».

Ключевые риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)

При производстве контактных площадок возникают виды отказов, которых нет в стандартных печатных платах. Понимание этих рисков позволяет эффективно проверять процессы поставщика.

1. Ямочки (эффект «Дивот»)

Основная причина: Эпоксидная заливка сжимается во время отверждения, или в процессе выравнивания удаляется слишком много медного колпачка.
Числовой предел: Глубина > 25 мкм является недостатком для большинства BGA с мелким шагом.
Раннее обнаружение: 3D-профилометрия или поперечное сечение тестовых купонов.
Профилактика: Используйте двухэтапный процесс заполнения и убедитесь, что «очистка» (планаризация) откалибрована. Укажите минимальную толщину покрытия крышки.

2. Пустоты заполняются

Основная причина: Воздух попал в цилиндр переходного отверстия во время процесса закупорки, часто из-за большого соотношения сторон или неправильного вакуумного давления.
Числовой предел: Пустоты > 5 % объема сквозного отверстия или любая пустота, перекрывающая стенку цилиндра.
Раннее обнаружение: Рентгеновский контроль (2D или 3D) производственной панели.
Профилактика: Для соотношения сторон > 6:1 требуется технология вакуумной заглушки (а не трафаретная печать).

3. Разделение покрытия обертки

Основная причина: Плохая адгезия между первоначальным химическим медным покрытием и последующим покрытием или термический удар.
Числовой предел: 0% разделение допускается при 1000-кратном увеличении.
Раннее обнаружение: Испытание на термическую нагрузку (поплавок припоя) с последующим микрошлифом.
Профилактика: Перед нанесением покрытия убедитесь, что поставщик выполнил очистку и правильную активацию поверхности.

4. Трещины ствола (угловые трещины)

Основная причина: несоответствие КТР эпоксидной заливки (КТР ~30–60 ppm) и медного цилиндра (КТР ~17 ppm) во время оплавления.
Числовой предел: отсутствие трещин, простирающихся > 10 % через стенку обшивки.
Раннее обнаружение: купоны на стресс-тестирование межсоединений (IST) или термоциклирование.
Профилактика: Используйте непроводящий заполнитель (соответствующий КТР), а не проводящий заполнитель, который, по иронии судьбы, имеет худшие свойства теплового расширения для этого применения.

Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)

Вы не можете проверить качество колодок простым визуальным осмотром. Вы должны обязать проводить специальные разрушающие и неразрушающие испытания.

Таблица критериев приемки

Тестовый предмет	Метод	Критерии прохождения	Частота выборки
Микрошлиф (Поперечное сечение)	МПК-ТМ-650 2.1.1	Оберточное покрытие > 25 мкм (класс 3); Никакого разделения; Крышка > 12 мкм.	1 за лот/панель
Паяемость	J-STD-003	95% покрытие; отсутствие обезвоживания колодок с колпачками.	2 купона на лот
Проверка плоскостности	Лазерная профилометрия/Микроскоп	Глубина ямочки < 25 мкм (или 15 мкм, если указано).	5 мест на панель
Осмотр пустоты	рентген	Отсутствие пустот > 5% объема; отсутствие пустот в центре отверстия.	AQL 1.0
Термический стресс	МПК-ТМ-650 2.6.8	Никаких подъемов, вздутий или бочкообразных трещин после 6-кратного моделирования оплавления.	1 купон на лот
Осмотр поверхности	Аналитика данных AOI	Автоматическая проверка наличия колпачка и соответствия диаметра колодки.	100% панелей

Роль анализа данных AOI

Современные производители используют аналитику данных AOI не только для обнаружения коротких замыканий/обрывов, но и для измерения постоянства диаметров закрытых колодок. Если процесс планаризации слишком агрессивный, он может уменьшить кольцевое кольцо закрытого переходного отверстия. Анализ этих данных помогает предсказать, выходит ли партия за пределы допуска.

Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживаемость)

При проверке поставщика для производства прокладок используйте этот контрольный список, чтобы убедиться, что у него есть необходимое оборудование и процессы.Оборудование и процесс

Вакуумная машина для заливки чернил: Есть ли у них специальное оборудование для вакуумной заливки чернил (например, ITC, Mass)? Трафаретная печать приемлема только для изображений с низким соотношением сторон.
Линия планаризации: Есть ли у них керамическая щетка или линия химико-механической планаризации (CMP) для удаления излишков наполнителя и меди?
Обшивочные танки: Способны ли обшивочные линии выполнять «импульсное обшивку» (помогает обеспечить метательную мощность с большим удлинением)?
Рентгеновские возможности: Есть ли у них собственный рентгеновский аппарат для обнаружения пустот?

Качество и отслеживаемость

Соответствие классу IPC: Могут ли они сертифицировать класс 3 IPC-6012 для функций VIPPO?
Отчеты о поперечных сечениях: Будут ли они предоставлять отчет о микросрезах, в котором конкретно показаны переходные отверстия для наполнения и крышки для каждой поставки?
Контроль материалов: Имеются ли на складе определенные закупоривающие чернила (например, Taiyo THP-100) или утвержденный эквивалент?
Контроль изменений: Согласны ли они уведомлять вас перед заменой наполнителя или химического состава покрытия?

Поддержка DFM

Проверка перед CAM: Предлагают ли они отчет DFM, который специально проверяет наличие «ловушек травления» и нарушений кольцевых колец на слоях VIP?
Обработка файлов детализации: Есть ли у них процесс объединения/отделения тренировок VIP от стандартных тренировок, если данные объединены?

Как выбирать (компромиссы и правила принятия решений)

Используйте эти правила принятия решений, чтобы найти компромисс между стоимостью, надежностью и плотностью.

Если шаг BGA < 0,5 мм: Выберите VIPPO. Стандартная трассировка «собачьей кости» математически невозможна или слишком рискованна для шорт.
Если шаг BGA ≥ 0,8 мм: Выберите Стандартные шатровые переходные отверстия. VIP — это ненужные затраты (20% премии).
Если единственной целью является управление температурным режимом: выберите VIP с проводящим заполнением (редко) или просто используйте плотные массивы стандартных тепловых отверстий, если позволяет место. Примечание. Непроводящая заливка с медным покрытием обычно более надежна, чем проводящая заливка.
Если плата является высокочастотной (РЧ): выберите VIP, чтобы свести к минимуму затухания сигнала, но проверьте диэлектрическую проницаемость материала наполнителя.
Если стоимость является основным фактором: Измените конструкцию разветвления BGA, чтобы избежать использования VIP, если это возможно (например, уменьшите количество слоев или увеличьте размер платы).
Если надежность (класс 3) имеет первостепенное значение: укажите Непроводящее заполнение + крышка. Избегайте проводящего заполнения из-за риска несоответствия КТР.
Если соотношение сторон > 10:1: Измените дизайн стека. Доходность производства VIP падает значительно выше этого соотношения.
Если время выполнения заказа ограничено (< 5 дней): Избегайте VIP. Этапы отверждения и планаризации являются физическими узкими местами, которые нельзя торопить без риска газовыделения.
Если компонент представляет собой QFN с центральной площадкой: Используйте VIP на центральной площадке, чтобы предотвратить попадание припоя на открытые переходные отверстия, что приводит к ухудшению термического соединения.
Если вы видите «ямочки» на прототипах: затяните спецификацию до < 15 мкм и запросите проверку процесса планаризации для производства.

Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

Вопрос: Насколько увеличение стоимости печатной платы при производстве переходных площадок? О: Обычно 15–25 % по сравнению со стандартной печатной платой. Сюда входят дополнительные этапы: сверление отдельных VIP-отверстий, вакуумное наполнение, обжиг (отверждение), выравнивание (очистка) и цикл вторичного покрытия (покрытие).

В: Должен ли я использовать проводящий или непроводящий заполнитель? О: В 95 % случаев используйте непроводящий заполнитель (эпоксидную смолу). Он лучше соответствует КТР ламината, уменьшая образование бочкообразных трещин. Проводящий наполнитель обеспечивает незначительное тепловое преимущество, поскольку медное покрытие на стенке цилиндра проводит большую часть тепла.

В: Какова минимальная высота для VIP-персоны? О: VIP поддерживает шаг BGA до 0,35 мм или 0,4 мм. При таких шагах размер сверла обычно уменьшается до 0,15 мм (6 мил) или 0,125 мм (5 мил), что требует усовершенствованного лазерного сверления или механического микросверления.В: Зачем мне нужны отдельные файлы сверления для VIP? О: Это предотвращает производственные ошибки. Если отверстия VIP перепутаны со стандартными отверстиями, производитель может случайно заполнить отверстия, которые должны быть открыты (например, отверстия для компонентов), или не заполнить VIP, что приведет к краже припоя при сборке.

В: Могу ли я использовать VIP только на одной стороне доски? О: Да, но этот процесс обычно применяется ко всей группе. Этапы заполнения и покрытия являются глобальными, поэтому, хотя вы можете проектировать VIP с одной стороны, производственный процесс обычно обрабатывает всю структуру платы.

В: Что произойдет, если «ямочка» окажется слишком глубокой? О: Паяльная паста может застрять в углублении, или шарик BGA может не соприкасаться с выступами площадки. Это приводит к появлению пустот в паяном соединении или обрывам цепей (дефекты «голова в подушке»).

В: Как VIP влияет на целостность сигнала? A: Обычно это улучшает его. Размещая переходное отверстие непосредственно в контактной площадке, вы устраняете длину дорожки (заглушку) между контактной площадкой и переходным отверстием, уменьшая индуктивность и емкость, что критически важно для высокоскоростных сигналов.

В: В чем разница между Tented Vias и VIP? О: Тентовые переходные отверстия закрыты только паяльной маской (без заливки и колпачка). VIP-персоны залиты твердой эпоксидной смолой и покрыты медью. Тентовые переходные отверстия нельзя припаивать; VIP-персоны могут.

Запросить цену / обзор DFM для производства колодок (что отправить)

Чтобы получить точное ценовое предложение и содержательный обзор DFM, убедитесь, что ваш пакет запроса предложений включает в себя:

Файлы Gerber (RS-274X) или ODB++: ODB++ предпочтительнее, поскольку он разумно различает типы.
Отдельный файл сверловки: четко обозначен для заполненных переходных отверстий (например, VIP_Drill.drl).
Потрясающий рисунок/файл сведений:
- Четко укажите: «IPC-4761 Тип VII (заполненный и закрытый)».
- Укажите тип заливки: «Непроводящая эпоксидная смола».
- Укажите критерии приемки: «Глубина ямочки < 0,025 мм».
Схема стека: Укажите, какие уровни соединяются VIP (особенно для глухих/подземных сооружений).
Количество: Прототип (например, 10 шт.) и серийное производство (например, 1000 шт.).
Требования к сроку выполнения: Помните, что для VIP требуется +2–4 дня сверх стандартного срока.
Класс IPC: Класс 2 (стандартный) или класс 3 (высокая надежность).
Данные сборки (необязательно, но рекомендуется): файл Centroid и спецификация, если вы хотите, чтобы производитель проверил совместимость посадочных мест BGA.

Глоссарий (ключевые термины)

Срок	Определение
ВИППО	Покрытая пластиной переходная площадка. Стандартный термин для обозначения переходного отверстия, заполненного и закрытого медью.
Соотношение сторон	Отношение толщины печатной платы к диаметру просверленного отверстия. Критично для возможности нанесения покрытия.
Ямочка	Углубление или вогнутая поверхность в верхней части заполненного переходного отверстия. Для сборки необходимо свернуть.
Планаризация	Механический или химический процесс выравнивания поверхности плиты после заливки и перед укупоркой.
Обёрточная пластина	Меднение, которое

Заключение

via in pad manufacturing легче всего получить правильно, если заранее определить спецификации и план проверки, а затем подтвердить их с помощью DFM и тестового покрытия. Используйте приведенные выше правила, контрольные точки и шаблоны устранения неполадок, чтобы сократить циклы итераций и защитить доход по мере увеличения объемов. Если вы не уверены в ограничении, проверьте его с помощью небольшой пилотной сборки, прежде чем блокировать производственную версию.