Confronto tra le tecnologie dei circuiti stampati e le altre tecnologie dei circuiti stampati per i moderni disegni PCB

Nell'era dei PCB ad alta densità, l'alimentazione di dispositivi da smartphone 5G a impianti medici tramite la tecnologia è un fattore decisivo.I vias (i piccoli fori che collegano gli strati di PCB) determinano quanto bene una scheda gestisca i segnaliTra i molti tipi via, la tecnologia Capped Vias si distingue per la sua capacità di sigillare i fori, prevenire perdite di saldatura,e aumentare l'affidabilità, fondamentale per le progettazioni HDI (High-Density Interconnect) e i componenti a picco sottile come i BGATuttavia, le vie tradizionali (perforate, cieche, sepolte) hanno ancora il loro posto in progetti più semplici e a basso costo.,le loro prestazioni, la fabbricabilità e come scegliere quello giusto per il tuo design di PCB.

Principali insegnamenti
1Le vie chiuse eccellono per l'affidabilità: i fori sigillati e riempiti impediscono la sollatura, l'intrusione dell'umidità e i danni causati dal calore, ideali per ambienti ad alto stress (automotive, aerospaziale).
2.Vantaggi di segnale e di calore: le vie a tappo riducono la perdita di segnale del 20-30% (pad piatti = percorsi più brevi) e migliorano il trasferimento di calore del 15% rispetto alle vie non riempite.
3.Cost vs. value: le vie a tappo aggiungono il 10% al 20% dei costi dei PCB ma riducono i difetti di assemblaggio del 40%, rendendoli degni di essere utilizzati per i progetti HDI/fine pitch.
4.Via tradizionali per semplicità: le vie perforate sono economiche e resistenti per le tavole a bassa densità; le vie cieche / sepolte risparmiano spazio senza il costo del tappo.
5.Le norme contano: seguire l'IPC 4761 Tipo VII per le vie a tappo per evitare difetti come fossette o vuoti.

Quali sono i Capped Vias?
I vias a tappo sono una tecnologia specializzata progettata per risolvere due problemi critici nei PCB moderni: perdite di saldatura (durante l'assemblaggio) e danni ambientali (umidità, polvere).i vias con tappo sono riempiti di un materiale conduttivo/non conduttivo (epossidico), rame) e sigillato con un tappo piatto (maschera di saldatura, rivestimento in rame), creando una superficie liscia e impermeabile.

Definizione di base
Una via a tappo è una via che subisce due passaggi chiave dopo la perforazione e il rivestimento:

1Riempimento: il foro via è riempito con resina epossidica (per esigenze non conduttive) o pasta di rame (per conduttività termica/elettrica).
2.Cappaggio: un strato sottile e piatto (maschera di saldatura o rame) viene applicato sulla parte superiore/inferiore del foro riempito, sigillandolo completamente.

Questo processo elimina lo spazio vuoto nella via, impedendo alla saldatura di fluire nel foro durante la saldatura a riversamento e bloccando l'ingresso di contaminanti nel PCB.

Caratteristiche chiave delle vie a tappo

Perché i vias con tappo sono importanti per i disegni moderni
Nei PCB HDI (comuni negli smartphone, nei wearables), lo spazio è un problema primario ̇ i componenti come i BGA hanno pad piccoli fino a 0,4 mm di passo.

1.Sotter wicking: la saldatura scorre nella via durante il reflow, lasciando il pad vuoto e creando giunzioni deboli.
2Diseguaglianza del pad: le vie non riempite creano crepe nel pad, portando a disallineamento dei componenti.

Le vie a tappo risolvono entrambe le problematiche creando una piattaforma liscia e piatta, riducendo i difetti di montaggio del 40% nei progetti HDI.

Come vengono realizzati i vias a tappo: processo di produzione
Le vie a tappo richiedono più passaggi rispetto alle vie tradizionali, ma lo sforzo extra si ripagherà in termini di affidabilità.

1Preparazione della base: iniziare con un laminato rivestito di rame (ad esempio, FR-4) tagliato su misura.
2Perforazione di precisione: utilizzare la perforazione laser (per le microvias < 150 μm) o la perforazione meccanica (per le vias più grandi) per creare fori; la tolleranza deve essere di ± 5 μm per garantire l'allineamento.
3.Tappatura: le pareti dei tramite sono elettroplate con rame (25-30μm di spessore) per creare una connessione elettrica tra gli strati.
4. Riempimento:
Riempimento epossidico: per le necessità non conduttive (ad esempio, via di segnalazione), la resina epossidica viene iniettata nella via e indurita a 120-150 °C.
Riempimento in rame: per la conduttività termica/elettrica (ad esempio, via elettrica), viene applicata una pasta di rame e sinterizzata per formare un conduttore solido.
5Planarizzazione: il filtro viene macinato per creare una superficie piana, garantendo l'assenza di urti o fossette (critico per la saldatura).
6.Cappaggio: per sigillare la via viene applicato uno strato sottile di maschera di saldatura (per i tappi non conduttivi) o rame (per i tappi conduttivi).
7Ispezione: le macchine a raggi X verificano la presenza di vuoti di riempimento; l'AOI (Automated Optical Inspection) verifica la piattazza e l'allineamento del tappo.

Suggerimento professionale: la perforazione laser è obbligatoria per le microvias (< 150 μm) con tappo di progettazione.

Tecnologie tradizionali: come si confrontano con le vie chiuse
Le vie tradizionali (per foro, cieche, sepolte, microvias) sono più semplici e economiche delle vie a tappo, ma mancano delle loro caratteristiche di tenuta e affidabilità.Di seguito è riportata una ripartizione di ciascun tipo e il loro livello.

1- Via per buco.
Il più antico e più comune è costituito da fori che attraversano completamente il PCB, con pareti placcate di rame.

Caratteristiche chiave
a.Struttura: collega gli strati superiore e inferiore; spesso utilizzato per componenti a foratura (IC DIP, condensatori).
b.Forza: può sopportare corrente 2 ‰ 3A (buco di 1 mm, rame da 1 oz) e resiste alle vibrazioni ‰ ideale per PCB industriali/militari.
c.Costo: il costo più basso di tutti i tipi via (senza fasi di riempimento/capping).

Limitazioni contro Vias limitate
a.Inefficienza dello spazio: occupano 2 volte più spazio sui PCB rispetto ai microvias a tappo, rendendoli inadatti ai progetti HDI.
b.Problemi con la saldatura: i fori non riempiti rischiano di causare la perdita della saldatura, in particolare con componenti a picco sottile.
c. Perdita di segnale: percorsi lunghi (attraverso l'intera scheda) causano un attenuazione del segnale del 30% in più alle alte frequenze (> 1 GHz).

Migliore per:
PCB semplici (ad esempio, schede Arduino), disegni a bassa densità e componenti a fori dove il costo e la resistenza contano più della miniaturizzazione.

2Vias cieco.
Vias che collegano uno strato esterno a uno o più strati interni ma non attraversano l'intera scheda.

Caratteristiche chiave
a. Risparmio di spazio: ridurre le dimensioni dei PCB fino al 30% rispetto ai tubi a fori comuni negli smartphone e nei tablet.
b.Qualità del segnale: percorsi più brevi riducono la crosstalk del 25% rispetto ai viai a fori.

Limitazioni contro Vias limitate
a. Nessuna tenuta: i vias ciechi non riempiti rischiano ancora di causare perdite di saldatura e di introdurre umidità.
b. complessità di produzione: richiede la perforazione laser e un controllo preciso della profondità (± 10 μm), con un costo aggiuntivo rispetto al foro, ma inferiore a quello dei vias a tappo.

Migliore per:
PCB di densità media (ad esempio schede per TV intelligenti) in cui lo spazio è limitato ma il costo aggiuntivo non è giustificato.

3Vias sepolto.
Vias che collegano solo gli strati interni senza mai raggiungere la parte superiore o inferiore del PCB.

Caratteristiche chiave
a. Massima efficienza spaziale: liberazione degli strati esterni per i componenti, consentendo una densità superiore del 40% rispetto ai vias ciechi.
b.Integrità del segnale: nessuna esposizione a contaminanti esterni, che li rende ideali per segnali ad alta velocità (ad esempio, PCIe 5.0).

Limitazioni contro Vias limitate
a.Difetti nascosti: impossibile ispezionare visivamente, richiede radiografie, che aumentano i costi di prova.
b. Nessun vantaggio termico: le vie sotterranee non riempite trasferiscono male il calore rispetto alle vie chiuse.

Migliore per:
PCB con un numero elevato di strati (ad esempio, schede madre server) in cui le connessioni del livello interno sono critiche e lo spazio del livello esterno è limitato.

4. Microvias
Mini vias (diametro < 150 μm) perforati con laser, utilizzati nei progetti HDI.

Caratteristiche chiave
a.Ultra-miniatura: consentono dimensioni di cuscinetti minori di 0,2 mm, perfette per BGA e wearables.
b.Velocità del segnale: frequenze di supporto fino a 40 GHz con perdita minima.

Limitazioni contro Vias limitate
a.Fragilità: le microvias non riempite si rompono facilmente sotto stress termico (ad esempio, durante la saldatura a reflusso).
b.Rischio di saldatura: i piccoli fori sono inclini a soldering wicking. Microvia coperti risolvere questo problema, ma aggiungere il 15% al costo.

Migliore per:
Dispositivi ultracompatti (ad esempio smartwatch, apparecchi acustici) in cui sono spesso utilizzati microvias con tappo per aumentare l'affidabilità.

Vias con copertura contro Vias tradizionali: confronto testa a testa
Per scegliere il tipo giusto, è necessario valutare le prestazioni, il costo e la fabbricabilità.

Esempio reale: Assemblea BGA
Per un BGA a passo di 0,4 mm (comune negli smartphone):

a.Vias con tappo: i cuscinetti piatti impediscono la sollatura, portando a un rendimento delle articolazioni del 99,5%.
b. Microvie non riempite: la saldatura scorre nei fori, causando il fallimento del 15% dei giunti.
d.Via perforate: impossibile da usare, occupano troppo spazio.

Quando utilizzare le vie a tappo (e quando evitarle)
Le vie a tappo non sono una soluzione unica, si possono utilizzare quando i loro vantaggi giustificano il costo, e si possono optare per le vie tradizionali quando la semplicità o il budget sono la chiave.

Quando scegliere le vie a tappo
1.HDI o progettazioni a passo sottile: BGA, QFN o componenti con vias piatte a passo < 0,5 mm garantiscono una saldatura affidabile.
2Ambienti ad elevato stress: Automotive (sotto cappuccio), aerospaziale o dispositivi medici ̇ le vie sigillate resistono a cicli di umidità, vibrazioni e temperatura.
3Segnali ad alta velocità: segnali >1 GHz (5G, PCIe) in cui la perdita di segnale limitata è critica.
4.Componenti di potenza: regolatori di tensione o amplificatori  viaie riempite migliorano il trasferimento di calore, evitando il surriscaldamento.

Quando evitare le vie chiuse
1.PCB semplici a basso costo: schede Arduino, sensori di base via foro sono più economici e sufficienti.
2Progetti a bassa densità: non è necessario utilizzare vie HDI ̇ cieche/interrate per risparmiare spazio senza limitare i costi.
3.Prototipizzazione: le iterazioni rapide beneficiano di vie tradizionali più economiche; limitare solo se l'affidabilità è critica.

Sfide e soluzioni per la produzione di vias a tappo
Le vie a tappo richiedono una produzione precisa ̇ gli errori portano a difetti come vuoti, fossette o disallineamento.
1Riempire i vuoti
Problemi: le bolle d'aria nel riempimento in epossidica/rame causano punti deboli e scarsa trasmissione di calore.
Soluzione: per rimuovere l'aria utilizzare un riempimento assistito dal vuoto; curare a 150°C per 60 minuti per assicurare il completo indurimento.

2Cap Dimples.
Problemi: la planarizzazione irregolare lascia piccole depressioni nel tappo, portando a problemi di saldatura.
Soluzione: seguire le norme IPC 4761 di tipo VII per la macinazione (utilizzare pastiglie abrasive da 1 μm) e ispezionare con AOI per verificare la piattezza (tolleranza ±2 μm).

3- Fessure da stress termico.
Problemi: il rame e i materiali PCB si espandono a velocità diverse, causando crepe nella parete.
Soluzione: utilizzare FR-4 ad alto Tg (Tg >170°C) per corrispondere all'espansione termica del rame; per una maggiore resistenza, utilizzare via di piastra con rame spessa 30 μm.

4. Errori di allineamento
Problemi: le vie non allineate (perforazione fuori centro) causano cattive connessioni di strati.
Soluzione: utilizzare la perforazione laser con allineamento visivo (precisione ± 1μm); ispezione a raggi X dopo la perforazione per verificare la posizione.

Norme per le vie a tappo: IPC 4761 tipo VII
Per garantire la qualità, i filtri a tappo devono essere conformi all'IPC 4761 tipo VII, la norma industriale per i filtri riempiti e i filtri a tappo.

a.Materiale di riempimento: l'epossidio deve avere una temperatura di transizione vetrosa (Tg) > 120°C; la pasta di rame deve avere una conduttività > 95%.
b. Spessore del tappo: i tappi per maschere da saldatura devono avere uno spessore di 10 ‰ 20 μm; i tappi in rame devono avere uno spessore di 5 ‰ 10 μm.
c. Piattazza: la superficie del tappo deve avere una deviazione massima di ± 2 μm per garantire l'affidabilità dell'articolazione della saldatura.
d. ispezione: ispezione al 100% a raggi X per riempire i vuoti; AOI per la piattezza e l'allineamento del tappo.

Il rispetto di tali norme riduce i difetti del 50% e garantisce la compatibilità con i processi di produzione globali.

Domande frequenti
1Le vie chiuse migliorano l'integrità del segnale?
Le vie "yes" creano percorsi di segnale più brevi e piatti, riducendo l'induttanza parassitaria del 20% rispetto alle vie non riempite.

2Quanto aggiungono le vie di copertura ai costi dei PCB?
I vias a tappo aggiungono il 10~20% ai costi totali dei PCB (riempimento + tappo + ispezione).

3- I vias a tappo possono essere utilizzati nei PCB flessibili?
Sì, i PCB flessibili utilizzano substrati poliammidici e vias a tappo riempiti di epossidi.

4Esistono alternative alle vie a tappo per le perdite di saldatura?
Le vie tentate (coperte da maschera di saldatura) sono un'alternativa più economica ma meno efficace.

5Qual è la differenza tra le vie capped e le via-in-pad (VIP)?
Via-in-pad (VIP) colloca i vias direttamente sotto i pad dei componenti  i vias coperti sono un tipo di VIP che utilizza il riempimento e il tappo per evitare problemi di saldatura.I VIP con il tetto hanno risolto questo..

Conclusioni
I vias coperti sono un punto di svolta per i moderni progetti di PCB, rispondendo alle esigenze critiche di HDI, componenti a tono sottile e ambienti ad alto stress.la struttura riempita previene i difetti della saldatura, aumenta l'integrità del segnale e prolunga la durata di vita dei PCB, rendendoli essenziali per smartphone, elettronica automobilistica e dispositivi medici.per via tradizionale (per foro), ciechi, sepolti) rimangono la scelta migliore per progetti semplici e a basso costo.

La chiave per scegliere la tecnologia giusta è allinearla con gli obiettivi di progettazione:

a.Dare la priorità all'affidabilità e alla densità: scegliere le vie a tappo (segui la norma IPC 4761 tipo VII).
b.Dare la priorità al costo e alla semplicità: scegliere via perforata o cieca/interrata.
c.Dare priorità all'ultra-miniaturizzazione: scegliere le microvias con tappo.

Con il continuo restringimento dei PCB e la finezza dei loro componenti, i vias a tappo non faranno altro che crescere in importanza.costruirai PCB più piccoli, più affidabile e più adatto alle esigenze dell'elettronica moderna.