Tecnologia Via Interrata nei PCB multistrato: Promuovere la miniaturizzazione e l'integrità del segnale

In the race to pack more functionality into smaller electronics—from 5G smartphones to medical implants—multilayer PCBs rely on innovative via technologies to maximize density without sacrificing performanceTra questi, la tecnologia di sepoltura via terra si distingue come un fattore fondamentale, che consente agli ingegneri di collegare gli strati interni senza consumare spazio prezioso sulle superfici esterne.Eliminando le vie perforanti che perforano l'intera tavola, le vie sotterrate sbloccano una maggiore densità di componenti, percorsi di segnale più brevi e una migliore gestione termica – chiave per i moderni dispositivi ad alta frequenza e di alta affidabilità.Questa guida esplora come funziona l'interramento tramite la tecnologia, i suoi vantaggi nei PCB avanzati, le sfide di produzione e le soluzioni per garantire una qualità costante.

Cosa sono le vie sepolte?
I vias sepolti sono percorsi conduttivi che collegano solo gli strati interni di un PCB multistrato, rimanendo interamente nascosti all'interno del nucleo della scheda (nessuna esposizione sugli strati esterni).A differenza dei vias a fori (che coprono tutti gli strati) o dei vias ciechi (che collegano gli strati esterni agli strati interni), i vias sepolti sono completamente incapsulati durante la laminazione, rendendoli invisibili nel PCB finale.

Caratteristiche chiave:
1Localizzazione: interamente all'interno degli strati interni; nessun contatto con le superfici esterne di rame.
2Dimensione: tipicamente di 0,1 ∼ 0,3 mm di diametro (più piccolo di quello delle vie perforate), che consente disegni ad alta densità.
3.Costruzione: perforata in singoli strati interni prima della laminazione, poi rivestita di rame e riempita di epossidica o pasta conduttiva per garantire l'integrità strutturale.

Come le vias sepolte trasformano la progettazione di PCB a più strati
La tecnologia "Buried via technology" affronta due punti critici nella progettazione dei PCB moderni: i vincoli dello spazio e il degrado del segnale.

1. Massimizzare la densità del pannello
Confinando i vias agli strati interni, i vias sepolti liberano gli strati esterni per i componenti attivi (ad esempio, BGA, QFP) e i microvias,aumento della densità dei componenti del 30~50% rispetto ai progetti che utilizzano solo le vie perforate.

Esempio: un PCB 5G a 12 strati che utilizza vias sepolti può contenere il 20% in più di componenti nella stessa impronta rispetto a un design a fori, consentendo moduli di stazioni base più piccoli.

2Migliorare l'integrità del segnale
I percorsi di segnale lunghi e meandranti nei disegni a foro provocano perdita di segnale, crosstalk e latenza.Le vie sepolte accorciano i percorsi del segnale collegando direttamente gli strati interni, riducendo:

a. Ritardo di propagazione: i segnali viaggiano dal 20 al 30% più velocemente tra gli strati interni.
b.Crosstalk: confinare le tracce ad alta velocità negli strati interni (isolati dai piani di terra) riduce le interferenze del 40%.
c. Disadattamento dell'impedenza: via stubs più brevi minimizzano le riflessioni nelle interfacce ad alta velocità (ad esempio, PCIe 6.0, USB4).

3Miglioramento della gestione termica
I vias sepolti agiscono come "via termici" quando riempiti di epossidi o rame conduttivi, diffondendo il calore dagli strati interni caldi (ad esempio, IC di gestione dell'energia) agli strati esterni o ai dissipatori di calore.Questo riduce i punti caldi di 15-25°C nei PCB densamente imballati, prolungando la durata del componente.

Applicazioni: dove brillano le vie sepolte
La tecnologia è indispensabile in settori che richiedono miniaturizzazione, velocità e affidabilità.
15G e telecomunicazioni
Le stazioni base e i router 5G richiedono PCB che gestiscano segnali di mmWave a 2860GHz con perdite minime.

a. abilitare la progettazione di più di 10 strati con spaziatura stretta tra le tracce (2-3 mil) per i percorsi ad alta frequenza.
b.Sostengono una serie densa di componenti RF (ad esempio, amplificatori di potenza, filtri) in involucri compatti.
c. Ridurre la perdita di segnale nei circuiti di beamforming, fondamentale per estendere la copertura 5G.

2. elettronica di consumo
Gli smartphone, i wearables e i tablet si basano su vias sepolti per confezionare più funzionalità (camere, modem 5G, batterie) in disegni sottili:

a.Un tipico PCB per smartphone utilizza 8 ¢ 12 strati con centinaia di vias sepolti, riducendo lo spessore di 0,3 ¢ 0,5 mm.
b.I dispositivi indossabili (ad esempio gli smartwatch) utilizzano viai sepolti per collegare le serie di sensori senza aumentare le dimensioni del dispositivo.

3. Dispositivi medici
Gli strumenti medici miniaturizzati (ad esempio, endoscopi, pacemaker) richiedono PCB piccoli, affidabili e biocompatibili:

a. I vias sepolti consentono di installare PCB a più di 16 strati negli endoscopi, di montare sensori di imaging e trasmettitori di dati in pozzi di 10 mm di diametro.
b.Nei pacemaker, le vie sepolte riducono l'EMI isolando le tracce di potenza ad alta tensione dai circuiti di rilevamento sensibili.

4. elettronica automobilistica
I sistemi ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) e i sistemi di gestione della potenza dei veicoli elettrici richiedono PCB robusti e compatti:

a. i viai sepolti collegano 12-20 strati nei moduli radar ADAS, supportando il funzionamento a 77 GHz in spazi ristretti sotto il cofano.
b.Nei sistemi di gestione delle batterie dei veicoli elettrici (BMS), le vie sepolte migliorano la conduttività termica, evitando il surriscaldamento nei percorsi ad alta corrente.

Sfide per la produzione di vias sepolti
Sebbene i vias sepolti offrano vantaggi significativi, la loro produzione è più complessa rispetto ai vias tradizionali, richiedendo precisione e processi avanzati:
1. Allineamento dello strato
I vias sepolti devono allinearsi con i cuscinetti bersaglio sugli strati interni adiacenti entro ± 5 μm per evitare aperture o cortocircuiti.

Soluzione: i produttori utilizzano sistemi di allineamento ottico automatizzato (AOI) durante la laminazione, con punti di riferimento fiduciali su ogni strato per garantire la precisione.

2. Precisione di perforazione
I vias sepolti richiedono diametri piccoli (0,1 ∼0,3 mm) e elevati rapporti di aspetto (profondità/diametro = 3:1 o superiore), rendendo l'esercizio meccanico impraticabile a causa dell'usura e della deriva degli utensili.

Soluzione: la perforazione laser (laser UV o CO2) consente di raggiungere una precisione posizionale di ± 2 μm e fori puliti e privi di foratura, fondamentali per i piccoli vias nei PCB ad alta frequenza.

3. Uniformità del rivestimento
Il rivestimento in rame all'interno dei vias sepolti deve essere uniforme (spessore di 25 ‰ 50 μm) per garantire la conducibilità e la resistenza strutturale.

Soluzione: rivestimento in rame senza elettrolitica seguito da rivestimento elettrolitico, con monitoraggio dello spessore in tempo reale mediante fluorescenza a raggi X (XRF).

4. Costi e complessità
Il progetto "Buried via production" aggiunge passaggi (pre-laminatura, perforazione, riempimento, rivestimento) che aumentano il tempo di produzione e il costo del 20-30% rispetto ai progetti a fori.

Soluzione: i disegni ibridi (che combinano le vie sotterrate per gli strati interni e le vie cieche per gli strati esterni) bilanciano la densità e il costo per le applicazioni di fascia media.

Le migliori pratiche per la sepoltura attraverso l'attuazione
Per sfruttare efficacemente le vie sotterrate, seguire le seguenti linee guida di progettazione e produzione:
1Progettazione per la fabbricabilità (DFM)
a. Dimensione via versus numero di strati: per PCB a 10+ strati, utilizzare via sepolti da 0,15 ∼0,2 mm per bilanciare la densità e la fabbricabilità.
b. Distanza: mantenere il diametro di 2 × 3x tra le vie sotterrate per evitare problemi di interferenza del segnale e di rivestimento.
c. Pianificazione di accumulo: posizionare piani di potenza/terra adiacenti agli strati di segnale con vie sotterranee per migliorare la schermatura e il trasferimento termico.

2Selezione del materiale
a.Sottostati: utilizzare laminati ad alto Tg FR-4 (Tg ≥170°C) o a bassa perdita (ad esempio, Rogers RO4830) per i disegni ad alta frequenza, in quanto resistono alla deformazione durante la laminazione, che è fondamentale per l'allineamento via.
b.Materiali di riempimento: le vie sotterranee riempite di epossidio funzionano per la maggior parte delle applicazioni; il riempimento con pasta conduttiva è migliore per la gestione termica nei PCB di potenza.

3Controllo della qualità
a.Isposizione: per verificare l'uniformità del rivestimento, l'allineamento e il riempimento (senza vuoti) si utilizza l'ispezione a raggi X.
b.Sprova: eseguire una prova di continuità sul 100% dei vias sepolti utilizzando testatori a sonda volante per catturare aperture o short.

Studio di caso: Vias sepolti in un PCB 5G a 16 strati
Un importante produttore di telecomunicazioni aveva bisogno di un PCB a 16 strati per un modulo 5G mmWave, con requisiti:

a. percorsi di segnale a 28 GHz con perdita < 1 dB per pollice.
b.Densità dei componenti: 200+ componenti per pollice quadrato (compresi i BGA a passo di 0,4 mm).
c. Spessore: < 2,0 mm.

Soluzione:

a.Utilizzato per collegare strati di segnale interni (strati 3·14), riducendo la lunghezza del percorso del segnale del 40%.
b. Combinato con via cieca da 0,15 mm per gli strati esterni (1°2, 15°16) per collegare le BGA.
c. vias perforate con laser con rivestimento in rame senza elettrolizzatore (30 μm di spessore) e riempimento in epossidi.

Risultato:

a. perdita di segnale ridotta a 0,8 dB/inch a 28 GHz.
b. spessore della lavagna raggiunto a 1,8 mm, inferiore del 10% al target.
c. Il rendimento del primo passaggio è migliorato dal 65% (utilizzando le vie perforate) al 92% con le vie sotterrate.

Il futuro dei sepolti attraverso la tecnologia
Con l'aumento del numero di strati di PCB (20+ strati) e il ridimensionamento delle inclinazioni dei componenti (<0,3 mm), la tecnologia di sepoltura tramite PCB si evolverà per soddisfare le nuove esigenze:

a.Via più piccole: via di diametro 0,05 ∼0,1 mm, abilitata da un'avanzata trivellazione laser.
b.3D integrazione: via sepolti combinati con microvias impilati per l'imballaggio 3D, riducendo il fattore di forma del 50% nei dispositivi IoT.
c. Progettazione basata sull'IA: strumenti di apprendimento automatico per ottimizzare il posizionamento, riducendo l'interferenza e gli errori di produzione.

Domande frequenti
D: In che modo le vie sepolte differiscono dalle vie cieche?
R: I vias sepolti collegano solo gli strati interni e sono completamente nascosti, mentre i vias ciechi collegano gli strati esterni agli strati interni e sono parzialmente visibili sulla superficie della scheda.

D: I vias sepolti sono adatti ai PCB ad alta potenza?
R: Sì, quando riempite di pasta conduttiva, le vie sotterranee migliorano la conduttività termica e possono trasportare correnti moderate (fino a 5A).3 mm+) con spessore di rame.

D: Qual è il premio di costo per le vie sepolte?
R: I vias sepolti aggiungono il 20-30% ai costi del PCB a causa di passaggi di lavorazione aggiuntivi, ma questo è spesso compensato da una dimensione ridotta della scheda e da prestazioni migliorate.

D: I vias sepolti possono essere utilizzati nei PCB flessibili?
R: Sì, ma con cautela. I vias sepolti nei PCB flessibili (con substrati poliamidici) richiedono un riempimento epossidico sottile e flessibile per evitare crepe durante la piegatura.

Conclusioni
La tecnologia buried via è una pietra angolare della moderna progettazione di PCB multilivello, che consente la miniaturizzazione e le prestazioni necessarie per l'elettronica 5G, medica e automobilistica.Mentre esistono sfide nel settore manifatturiero l'allineamento, precisione di perforazione, costi sono gestibili con processi avanzati (perforazione laser, ispezione automatizzata) e progettazione ponderata.

Per gli ingegneri, la chiave è bilanciare la densità con la fabbricabilità, sfruttando le vie sotterrate per abbreviare i percorsi del segnale e lo spazio libero senza complicare troppo la produzione.Con il partner e i processi giusti, le vie sotterranee trasformano la progettazione dei PCB da un fattore limitante a un vantaggio competitivo.

Il punto chiave: le vias sepolte non sono solo una tecnica di fabbricazione, sono un catalizzatore per l'innovazione, permettendo agli ingegneri di costruire più piccole, più velocemente,e elettronica più affidabile in un mondo sempre più connesso.