Comparer les voies fermées et d'autres technologies de voie pour les conceptions modernes de PCB

À l'ère des PCB à haute densité, l'alimentation de dispositifs allant des smartphones 5G aux implants médicaux via la technologie est un facteur décisif.Les voies (les trous minuscules qui relient les couches de PCB) déterminent la façon dont une carte gère les signaux.Parmi les nombreux types via, la technologie Capped Vias se distingue par sa capacité à sceller les trous, à prévenir les fuites de soudure,et d'améliorer la fiabilité, ce qui est essentiel pour les conceptions HDI (interconnexions à haute densité) et les composants à haute résolution tels que les BGA.Cependant, les voies traditionnelles (trousse, aveugle, enfouie) ont toujours leur place dans les projets plus simples et moins coûteux.,leurs performances, leur fabrication, et comment choisir le bon pour votre conception de PCB.

Les principaux enseignements
1Les voies fermées sont de plus en plus fiables: les trous scellés et remplis empêchent la soudure, l'intrusion d'humidité et les dommages causés par la chaleur.
2.Avantages du signal et de la chaleur: les voies couvertes réduisent la perte de signal de 20 à 30% (plaques plates = trajectoires plus courtes) et améliorent le transfert de chaleur de 15% par rapport aux voies non remplies.
3Coût par rapport à la valeur: les voies à plafond ajoutent 10 à 20% aux coûts des PCB, mais réduisent les défauts d'assemblage de 40%, ce qui les rend intéressantes pour les conceptions HDI/fin-pitch.
4Les voies traditionnelles pour simplifier les choses: les voies à trous sont bon marché et robustes pour les planches de faible densité; les voies aveugles/enterrées permettent d'économiser de l'espace sans le coût du couvercle.
5.Les normes sont importantes: suivez l'IPC 4761 de type VII pour les voies fermées pour éviter les défauts tels que les fossettes ou les vides.

Quelles sont les voies fermées? Définition et principaux avantages
Les voies fermées sont une technologie spécialisée conçue pour résoudre deux problèmes critiques dans les PCB modernes: fuite de soudure (lors de l'assemblage) et dommages environnementaux (humidité, poussière).les voies fermées sont remplies d'un matériau conducteur/non conducteur (époxy, en cuivre) et scellé avec un capuchon plat (masque de soudure, revêtement en cuivre), créant une surface lisse et imperméable.

Définition de base
Une voie couverte est une voie qui subit deux étapes clés après le forage et le placage:

1.Remplissage: le trou est rempli de résine époxy (pour les besoins non conducteurs) ou de pâte de cuivre (pour la conductivité thermique/électrique).
2Couverture: une couche mince et plate (masque de soudure ou de cuivre) est appliquée sur le haut/bas du trou rempli, le scellant complètement.

Ce procédé élimine l'espace vide dans la voie, empêchant la soudure de s'écouler dans le trou lors de la soudure par reflux et empêchant les contaminants d'entrer dans le PCB.

Caractéristiques essentielles des voies couvertes

Pourquoi les voies couvertes sont importantes pour les conceptions modernes
Dans les circuits imprimés HDI (généralement utilisés dans les smartphones, les appareils portables), l'espace est un facteur important.

1.Soudage: la soudure s'écoule dans la voie pendant le reflux, laissant le tampon vide et créant des joints faibles.
2.Padd inégalité: les voies non remplies créent des creux dans le pad, conduisant à un désalignement des composants.

Les voies fermées résolvent les deux en créant une surface lisse et plane, réduisant les défauts d'assemblage de 40% dans les projets HDI.

Comment sont fabriquées les plaquettes: procédé de fabrication
Les voies fermées nécessitent plus d'étapes que les voies traditionnelles, mais l'effort supplémentaire est payant en termes de fiabilité.

1.Préparation de la base: commencez par un stratifié en cuivre (par exemple, FR-4) taillé sur mesure.
2Forage de précision: utiliser le forage au laser (pour les microvias < 150 μm) ou le forage mécanique (pour les vias plus grands) pour créer des trous; la tolérance doit être de ± 5 μm pour assurer l'alignement.
3.Plaquage: Les parois de la voie sont galvanisées avec du cuivre (25-30 μm d'épaisseur) pour créer une connexion électrique entre les couches.
4.Remplissage:
Remplissage par époxy: pour les besoins non conducteurs (par exemple, les voies de signal), la résine époxy est injectée dans la voie et durcie à 120-150 °C.
Remplissage en cuivre: pour la conductivité thermique/électrique (par exemple, les voies de puissance), la pâte de cuivre est appliquée et frottée pour former un conducteur solide.
5Planarisation: la voie remplie est broyée pour créer une surface plane, assurant l'absence de bosses ou de fossettes (critiques pour le soudage).
6.Couvercle: une fine couche de masque de soudure (pour les couvercles non conducteurs) ou de cuivre (pour les couvercles conducteurs) est appliquée pour sceller la voie.
7.Inspection: les appareils à rayons X vérifient les vides de remplissage; l'AOI (inspection optique automatisée) vérifie la planéité et l'alignement du capuchon.

Conseils professionnels: le forage au laser est obligatoire pour les microvias (< 150 μm) en capuchon par conception. Les perceuses mécaniques ne peuvent pas atteindre la précision requise pour les composants à haute résolution.

Les technologies traditionnelles des voies fermées: en comparaison avec les voies fermées
Les voies traditionnelles (trousse, aveugle, enterrées, microvies) sont plus simples et moins chères que les voies fermées, mais manquent de leurs caractéristiques d'étanchéité et de fiabilité.Vous trouverez ci-dessous une ventilation de chaque type et leur classement..

1Les voies à travers le trou
Le plus ancien et le plus courant via des trous de type qui traversent complètement le PCB, avec des parois plaquées de cuivre.

Les principales caractéristiques
a. Structure: connecte les couches supérieure et inférieure; souvent utilisé pour les composants à trous (IC DIP, condensateurs).
b.Résistance: peut supporter un courant de 2 ̊3A (trous de 1 mm, cuivre de 1 oz) et résister aux vibrations, idéal pour les PCB industriels/militaires.
c.Coût: Le coût le plus bas de tous les types via (pas d'étapes de remplissage/de plafonnement).

Limitations contre voies fermées
a. Inefficacité de l'espace: ils occupent 2 fois plus d'espace sur les PCB que les microvias fermés, ce qui les rend inadaptés aux conceptions HDI.
b.Problèmes de soudure: les trous non remplis risquent de provoquer la fusion de la soudure, en particulier avec des composants à haute résistance.
c. Perte de signal: les chemins longs (à travers toute la carte) entraînent une atténuation du signal de 30% de plus à des fréquences élevées (> 1 GHz).

Meilleur pour:
Des PCB simples (par exemple, des cartes Arduino), des conceptions de faible densité et des composants à trous où le coût et la résistance comptent plus que la miniaturisation.

2Je suis aveugle.
Vias qui relient une couche extérieure à une ou plusieurs couches intérieures mais ne traversent pas toute la carte.

Les principales caractéristiques
a.Économie d'espace: réduire la taille des PCB jusqu'à 30% par rapport aux voies à trous communes dans les smartphones et les tablettes.
b. Qualité du signal: les chemins les plus courts réduisent le bruit croisé de 25% par rapport aux voies traversantes.

Limitations contre voies fermées
a.Pas d'étanchéité: les voies aveugles non remplies présentent toujours un risque de fuite de soudure et d'intrusion d'humidité.
b.Complexité de fabrication: nécessite un forage laser et un contrôle précis de la profondeur (± 10 μm), ce qui augmente le coût par rapport au trou, mais est inférieur à celui des voies fermées.

Meilleur pour:
Les circuits imprimés de densité moyenne (par exemple, les cartes de télévision intelligentes) où l'espace est limité mais où le plafonnement des coûts supplémentaires n'est pas justifié.

3Tu as enterré Vias.
Les voies qui relient uniquement les couches internes n'atteignent jamais le haut ou le bas du PCB.

Les principales caractéristiques
a. Efficacité maximale de l'espace: libérer les couches extérieures pour les composants, ce qui permet une densité 40% plus élevée par rapport aux vias aveugles.
b.Intégrité du signal: Aucune exposition à des contaminants extérieurs, ce qui les rend idéaux pour les signaux à grande vitesse (par exemple, PCIe 5.0).

Limitations contre voies fermées
a.Défauts cachés: Impossible d'inspecter visuellement, nécessitant des rayons X, ce qui ajoute des coûts de test.
b.Aucun avantage thermique: les voies enterrées non remplies ne transfèrent pas suffisamment de chaleur par rapport aux voies fermées.

Meilleur pour:
PCB de haute couche (par exemple, cartes mères de serveurs) où les connexions de la couche interne sont critiques et l'espace de la couche externe est limité.

4. Les microvias
"Propulseurs de gaz", des "polluteurs de gaz", des "polluteurs de gaz" ou des "polluteurs de gaz" ou des "polluteurs de gaz" ou des "polluteurs de gaz" ou des "polluteurs de gaz"

Les principales caractéristiques
a.Ultra-miniature: permet des tampons aussi petits que 0,2 mm, parfaits pour les BGA et les appareils portables.
b. Vitesse du signal: fréquences de support allant jusqu'à 40 GHz avec une perte minimale.

Limitations contre voies fermées
a.Fragilité: les microvias non remplis se fissurent facilement sous contrainte thermique (par exemple, soudage par reflux).
b. Risque de soudure: les petits trous sont sujets à la soudure à l'aide de microvias couverts.

Meilleur pour:
Les appareils ultra-compacts (par exemple, les montres intelligentes, les appareils auditifs) où des microvias sont souvent utilisés pour améliorer la fiabilité.

Les voies couvertes par rapport aux voies traditionnelles: comparaison tête à tête
Pour choisir le bon type, vous devez peser les performances, le coût et la fabrication.

Exemple du monde réel: Assemblage BGA
Pour un BGA de 0,4 mm de hauteur (commun dans les smartphones):

a.Viaux recouverts: les coussinets plats empêchent la soudure, ce qui permet un rendement de 99,5% des joints.
b. Microvia non remplis: la soudure s'écoule dans les trous, ce qui provoque une défaillance de 15% des joints.
d.Viages perforés: Impossible d'utiliser, occupent trop de place.

Quand utiliser des voies couvertes (et quand les éviter)
Les voies fermées ne sont pas une solution universelle: utilisez-les lorsque leurs avantages justifient le coût, et optez pour les voies traditionnelles lorsque la simplicité ou le budget sont essentiels.

Quand choisir les voies couvertes
1.HDI ou conceptions à haute résistance: les BGA, les QFN ou les composants dotés de plaquettes plates de vias à couverture de résistance < 0,5 mm assurent une soudure fiable.
2Environnements à fort stress: automobile (sous-capuche), aérospatiale ou appareils médicaux ̇ les voies scellées résistent à l'humidité, aux vibrations et aux cycles de température.
3Signals à haute vitesse: signaux > 1 GHz (5G, PCIe) pour lesquels la perte de signal limitée par les voies limitées est critique.
4.Composants d'alimentation: régulateurs de tension ou amplificateurs ̇ les voies remplies améliorent le transfert de chaleur, évitant ainsi la surchauffe.

Quand éviter les voies fermées
1Des circuits imprimés simples et peu coûteux: les cartes Arduino, les capteurs de base à travers les trous sont moins chers et suffisants.
2.Des conceptions à faible densité: pas besoin de voies HDI/aveugles/enterrées pour économiser de l'espace sans plafonner les coûts.
3Prototypage: les itérations rapides bénéficient de voies traditionnelles moins chères; limiter uniquement si la fiabilité est critique.

Défis de fabrication et solutions pour les voies couvertes
Les voies fermées nécessitent une fabrication précise. Les erreurs entraînent des défauts tels que des vides, des fossettes ou un désalignement. Voici les défis courants et comment les résoudre:
1Pour remplir les vides
Problème: les bulles d'air dans le remplissage époxy/cuivre provoquent des points faibles et un mauvais transfert de chaleur.
Solution: utiliser un remplissage sous vide pour éliminer l'air; durcir à 150°C pendant 60 minutes pour assurer un durcissement complet.

2- Des fossettes.
Problème: la planarisation inégale laisse de petites dépressions dans le bouchon, ce qui entraîne des problèmes de soudure.
Solution: suivre les normes IPC 4761 de type VII pour le meulage (utiliser des tampons abrasifs de 1 μm) et inspecter avec un AOI pour vérifier la planéité (tolérance ±2 μm).

3- Des fissures par contrainte thermique.
Problème: le cuivre et le PCB se dilatent à des vitesses différentes, ce qui provoque des fissures dans la paroi.
Solution: Utiliser un FR-4 à Tg élevé (Tg > 170°C) pour correspondre à l'expansion thermique du cuivre; des voies de plaque avec du cuivre de 30 μm d'épaisseur pour une résistance supplémentaire.

4. Erreurs d' alignement
Problème: les voies de forage mal alignées (perçage hors du centre) provoquent de mauvaises connexions de couches.
Solution: utiliser le forage au laser avec alignement visuel (précision ± 1 μm); inspecter par rayons X après le forage pour vérifier la position.

Normes pour les voies couvertes: IPC 4761 type VII
Pour assurer la qualité, les voies fermées doivent être conformes à la norme IPC 4761 de type VII, norme de l'industrie pour les voies remplies et fermées.

a.Matériau de remplissage: l'époxy doit avoir une température de transition du verre (Tg) > 120°C; la pâte de cuivre doit avoir une conductivité > 95%.
b.Épaisseur du bouchon: les boucles du masque de soudure doivent avoir une épaisseur de 10 à 20 μm; les boucles en cuivre doivent avoir une épaisseur de 5 à 10 μm.
c. Plaineté: la surface du capuchon doit avoir une déviation maximale de ±2 μm pour assurer la fiabilité de la soudure.
d.Inspection: inspection à 100% par rayons X pour le remplissage des vides; AOI pour la planéité et l'alignement du capuchon.

Le respect de ces normes réduit les défauts de 50% et assure la compatibilité avec les processus de fabrication mondiaux.

Questions fréquentes
1Les voies fermées améliorent-elles l'intégrité du signal?
Les voies oui-cappées créent des voies de signal plus courtes et plates, réduisant l'inductivité parasitaire de 20% par rapport aux voies non remplies.

2Combien les voies fermées ajoutent-elles aux coûts des PCB?
Les voies fermées ajoutent 10 à 20% aux coûts totaux des PCB (remplissage + couverture + inspection).

3Les voies captées peuvent-elles être utilisées dans les PCB flexibles?
Oui, les PCB flexibles utilisent des substrats polyimides et des voies fermées remplies d'époxy.

4Y a-t-il des alternatives aux voies fermées pour les fuites de soudure?
Les voies à tente (couvertes d'un masque de soudure) sont une alternative moins chère mais moins efficace.

5Quelle différence y a-t-il entre les voies fermées et les voies en-pad (VIP)?
Les voies via-in-pad (VIP) placent les voies directement sous les plaquettes des composants.Les VIP au plafond résolvent ça..

Conclusion
Les voies fermées sont un facteur de changement pour les conceptions modernes de circuits imprimés, répondant aux besoins critiques des HDI, des composants à haute résolution et des environnements à stress élevé.la structure remplie empêche les défauts de soudure, améliore l'intégrité du signal et prolonge la durée de vie des PCB, les rendant essentiels pour les smartphones, les appareils électroniques automobiles et les appareils médicaux.les voies de sortie traditionnelles (trous, aveugle, enterré) restent le meilleur choix pour des projets simples et peu coûteux.

La clé pour choisir la bonne technologie est de l'aligner sur vos objectifs de conception:

a.Prioriser la fiabilité et la densité: choisir les voies fermées (suivre les règles IPC 4761 de type VII).
b.Prioriser le coût et la simplicité: choisir les voies traversantes ou les voies aveugles/enterrées.
c.Prioriser l'ultra-miniaturisation: choisir des microvias avec un capuchon.

Comme les PCB continuent de se rétrécir et que les composants deviennent plus fins, les voies fermées n'auront que plus d'importance.Vous construirez des PCB plus petits., plus fiable et mieux adapté aux exigences de l'électronique moderne.