Различные типы переходных отверстий: ( 1 ) Сквозное отверстие . ( 2 ) Глухое переходное отверстие. ( 3 ) Скрытое переходное отверстие. Серые и зеленые слои являются непроводящими, а тонкие оранжевые слои и красные переходные отверстия являются проводящими.
Сквозное отверстие (лат. via, «путь» или «путь») — это электрическое соединение между двумя или более металлическими слоями печатной платы (PCB) или интегральной схемы . По сути, сквозное отверстие — это небольшое просверленное отверстие, которое проходит через два или более соседних слоя; отверстие покрыто металлом (часто медью), который образует электрическое соединение через изолирующие слои.
Переходные отверстия являются важной проблемой в производстве печатных плат. [1] Как вертикальные структуры, пересекающие несколько слоев, они определяются иначе, чем большая часть конструкции, что увеличивает вероятность ошибок. Они предъявляют самые строгие требования к регистрации (насколько близко выровнены различные слои). Они изготавливаются с использованием другого инструментария из других особенностей — инструментария, который обычно имеет более свободные допуски. Если отверстие или любой слой немного не на месте, могут быть выполнены неправильные электрические соединения; это может быть не видно с поверхности. После того, как отверстие просверлено, его также необходимо покрыть проводящим материалом, а не просто оставить проводящий материал на месте на медных слоях. Даже изначально хорошая плата может впоследствии столкнуться с проблемами, поскольку переходное отверстие реагирует на тепло иначе, чем подложка вокруг него. Переходные отверстия также представляют собой разрыв в электрическом импедансе , что может вызвать проблемы с целостностью сигнала .
В печатных платах
График зависимости токовой емкости печатной платы от токовой емкости и сопротивления толщиной 1 мил от диаметра на печатной плате толщиной 1,6 мм.
В конструкции печатной платы (ПП) переходное отверстие состоит из двух контактных площадок в соответствующих положениях на разных медных слоях платы, которые электрически соединены отверстием через плату. [ требуется ссылка ] Отверстие делается проводящим с помощью гальванопокрытия или облицовывается трубкой или заклепкой . [ требуется ссылка ] Высокоплотные многослойные ПП могут иметь микропереходные отверстия : глухие переходные отверстия открыты только с одной стороны платы, в то время как скрытые переходные отверстия соединяют внутренние слои, не открываясь ни на одной из поверхностей. Тепловые переходные отверстия отводят тепло от силовых устройств и обычно используются в массивах примерно из дюжины. [2] [3]
Сквозное отверстие, иногда называемое PTV или сквозное сквозное отверстие, не следует путать с сквозным сквозным отверстием с покрытием (PTH). Сквозное отверстие используется в качестве соединения между медными слоями на печатной плате, в то время как PTH обычно делается больше, чем сквозные отверстия, и используется в качестве сквозного отверстия для приема выводов компонентов, таких как резисторы, не являющиеся SMT, конденсаторы и микросхемы с корпусом DIP. PTH также могут использоваться в качестве отверстий для механического соединения, в то время как сквозные отверстия могут не использоваться. Другое применение PTH известно как зубчатое отверстие , где PTH выровнен по краю платы так, что он разрезается пополам, когда плата фрезеруется из панели - основное применение - для того, чтобы позволить одной печатной плате быть спаянной с другой в стопке - таким образом, действуя и как крепеж, и как разъем. [4]
На рисунке справа показаны три основных типа переходных отверстий. Основные этапы изготовления печатной платы: изготовление материала подложки и укладка его слоями; сквозное сверление покрытия переходных отверстий; и формирование медных дорожек с использованием фотолитографии и травления. При этой стандартной процедуре возможные конфигурации переходных отверстий ограничены сквозными отверстиями. [a] Методы сверления с контролируемой глубиной, такие как использование лазеров, позволяют создавать более разнообразные типы переходных отверстий. Лазерные сверла также можно использовать для более мелких и точно расположенных отверстий, чем механические сверла. Изготовление печатных плат обычно начинается с так называемого ядра, базовой двухсторонней печатной платы. Слои за пределами первых двух укладываются из этого базового строительного блока. Если еще два слоя последовательно укладываются снизу ядра, вы можете получить 1-2 переходное отверстие, 1-3 переходное отверстие и сквозное отверстие . Каждый тип переходного отверстия изготавливается путем сверления на каждом этапе укладки. Если один слой накладывается сверху на ядро, а другой — снизу, то возможные конфигурации переходов: 1-3, 2-3 и сквозное отверстие. Пользователь должен собрать информацию о разрешенных производителем печатной платы методах наложения и возможных переходах. Для более дешевых плат делаются только сквозные отверстия, а антипад (или зазор) размещается на слоях, которые не должны контактировать с переходами.
МПК 4761
IPC 4761 определяет следующие типы переходных отверстий:
Тип I: Тентованный через
Тип II: Тентованный и крытый через
Тип III-a: Заглушенное отверстие, герметизированное непроводящим материалом с одной стороны
Тип III-b: Заглушенное отверстие, герметизированное непроводящим материалом с обеих сторон
Тип IV-a: Заглушенное и закрытое отверстие, запечатанное непроводящим материалом и покрытое влажной паяльной маской с одной стороны
Тип IV-b: Заглушенное и закрытое отверстие, герметизированное непроводящим материалом и покрытое влажной паяльной маской с обеих сторон
Тип V: Заполненное отверстие, заполненное непроводящей пастой
Тип VI-a: Заполненное и закрытое отверстие, покрытое сухой пленкой или влажной паяльной маской с одной стороны
Тип VI-b: Заполненное и закрытое отверстие, покрытое сухой пленкой или влажной паяльной маской с обеих сторон
Тип VII: Заполненное и закрытое отверстие, заполненное непроводящей пастой и покрытое металлом с обеих сторон
Поведение при неудачах
Если отверстия в печатной плате сделаны правильно, они в первую очередь выйдут из строя из-за дифференциального расширения и сжатия между медным покрытием и печатной платой в направлении вне плоскости (Z). Это дифференциальное расширение и сжатие вызовет циклическую усталость в медном покрытии, что в конечном итоге приведет к распространению трещин и электрическому разрыву цепи. Различные параметры конструкции, материала и окружающей среды будут влиять на скорость этой деградации. [5] [6] Чтобы обеспечить надежность отверстий, IPC спонсировала круговое упражнение, в ходе которого был разработан калькулятор времени до отказа. [7]
Переходные отверстия в интегральных схемах
В конструкции интегральных схем (ИС) переходное отверстие представляет собой небольшое отверстие в изолирующем оксидном слое, которое обеспечивает проводящее соединение между различными слоями. Переходное отверстие на интегральной схеме, которое полностью проходит через кремниевую пластину или кристалл, называется сквозным кристаллическим переходным отверстием или сквозным кремниевым переходным отверстием (TSV). Сквозные стеклянные переходные отверстия ( TGV ) были изучены Corning Glass для корпусирования полупроводников из-за меньших электрических потерь стекла по сравнению с корпусированием кремния. [8] Переходное отверстие, соединяющее самый нижний слой металла с диффузией или поли, обычно называется «контактом».
Галерея
Металлизированные сквозные отверстия на многослойной плате (увеличено)
Двухслойное покрытие в САПР. Переходные отверстия делают возможным размещение EDA . Нижний слой – красный Верхний слой – синий
Металлизация металлизированных сквозных отверстий: Сверху – Верхний слой , снизу – Нижний слой
^ Сквозных отверстий на ядро. Возможно, хотя и более затратно, создать глухие или скрытые переходные отверстия, используя дополнительные ядра и этапы ламинирования. Также возможно обратное сверление и удаление покрытия с одной стороны до нужного слоя, что оставляет физическое отверстие как сквозное отверстие, но создает электрический эквивалент глухого переходного отверстия. Если печатной плате требуется достаточно слоев, чтобы оправдать глухие и скрытые переходные отверстия, она, вероятно, также использует достаточно маленькие дорожки, упакованные достаточно плотно, чтобы потребовать (высверленные лазером) микропереходные отверстия.
Ссылки
^ "Отверстия в печатной плате: подробное руководство". ePiccolo Engineering .
^ «Проектирование печатных плат: подробный анализ фактов и мифов о тепловых переходных отверстиях».
^ Gautam, Deepak; Wager, Dave; Musavi, Fariborz; Edington, Murray; Eberle, Wilson; Dunford, Willa G. (2013-03-17). Обзор управления температурой в преобразователях мощности с тепловыми переходными отверстиями . Двадцать восьмая ежегодная конференция и выставка IEEE по прикладной силовой электронике (APEC) 2013 года. Лонг-Бич, Калифорния, США: IEEE. doi :10.1109/APEC.2013.6520276.
^ C. Hillman, Понимание отказов металлизированных сквозных отверстий, Global SMT & Packaging – ноябрь 2013 г., стр. 26–28, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding_Plated_Through_Via_Failures.pdf?t=1514473946162
^ C. Hillman, Надежное проектирование и изготовление металлизированных сквозных отверстий, http://resources.dfrsolutions.com/White-Papers/Reliability/Reliable-Plated-Through-Via-Design-and-Fabrication1.pdf
^ "Прогресс и применение технологии сквозных стеклянных отверстий (TGV)" (PDF) . corning.com . Получено 2019-08-08 .
Дальнейшее чтение
"Советы по проектированию переходных отверстий на печатных платах" (PDF) (Техническая записка). Quick-teck. 2014. EN-00417 . Получено 18.12.2017 .
"Via Tenting - Обзор вариантов". WE Online . Würth Elektronik GmbH & Co. KG . 2014. Печатные платы > Макет > Советы по дизайну > Tenting. Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
"Via Plugging - Обзор вариантов". WE Online . Würth Elektronik GmbH & Co. KG . 2014. Печатные платы > Макет > Советы по проектированию > Plugging. Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
"Заполнение отверстий - Обзор вариантов". WE Online . Würth Elektronik GmbH & Co. KG . 2013. Печатные платы > Макет > Советы по проектированию > Заполнение. Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
"Microvia Filling". WE Online . Würth Elektronik GmbH & Co. KG . 2015. Печатные платы > Макет > Советы по проектированию > Microvia Filling. Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
Dingler, Klaus; Musewski, Markus (2009-03-18). "Pluggen / Plugging". FED-Wiki (на немецком языке). Берлин, Германия: Fachverband Elektronik-Design eV (FED). Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
"Методы оптимизации Via для высокоскоростных конструкций каналов" (PDF) (Приложение). 1.0. Корпорация Altera . Май 2008. AN-529-1.0. Архивировано (PDF) из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
Чу, Джун (2017-04-11). "Сверление с контролируемой глубиной или обратное сверление". Онлайн-документация по продуктам Altium . Altium . Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
Loughhead, Phil (2017-05-30). "Удаление неиспользуемых контактных площадок и добавление капель". Онлайн-документация по продуктам Altium . Altium . Архивировано из оригинала 2017-12-18 . Получено 2017-12-18 .
Брукс, Дуглас Г.; Адам, Йоханнес (2017-02-09). Температуры печатных плат и переходных отверстий: полный анализ (2-е изд.). CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1541213524.
Внешние ссылки
В Wikibook Practical Electronics есть страница по теме: PCB Layout#Holes
Онлайн с помощью калькулятора (расчет токовой нагрузки, емкости, импеданса, рассеиваемой мощности).
.jpg/1280px-Raspberry_pi_pico_oben_(cropped).jpg)
