Медное заполнение глухих микроотверстий

Перейти к: Медное заполнение глухих микроотверстий | Что такое микропереходы? | Что такое слепые и погребенные Виа? | Преимущества глухих микроотверстий с медным наполнением | Что такое медные переходные отверстия? | Связанные проблемы | Тепловая и электрическая проводимость | Процесс заполнения медью | Заполненный медью

Переходные отверстия, отверстия, через которые сложенные контактные площадки электрически соединяются, являются важными частями печатных плат (PCB). Поскольку электронные устройства, а именно смартфоны и другие подобные продукты, становятся все более популярными и уменьшаются в размерах, возможность размещать на плате переходные отверстия меньшего размера становится все более полезной.

Вы также должны иметь возможность надежно передавать сигналы через слои печатной платы, что может быть достигнуто путем добавления медного слоя к подложке платы, но заполнение переходных отверстий медью обеспечивает дополнительную пропускную способность.

Заполненные медью глухие микроотверстия позволяют использовать платы межсоединений высокой плотности (HDI), а также обеспечивают надежную передачу сигнала. Хотя с этим типом переходных отверстий связаны проблемы, они также имеют много преимуществ. Продолжайте читать, чтобы узнать больше об этом процессе и о том, чем он может быть вам полезен.

Что такое микроотверстия?

IPC определяет микроотверстие как «глухую структуру (с покрытием) с максимальным соотношением сторон 1:1…оканчивающуюся или проникающую в целевую площадку, с общей глубиной (X) не более 0,25 мм [0,00984 дюйма], измеренной от фольгу земли захвата структуры на целевую землю.”

До того, как его определение было изменено в 2013 году, этот термин определялся как сквозное отверстие диаметром менее 0,15 мм или 0,006 дюйма. Со временем этот размер стал более распространенным, и IPC поняла, что ей придется продолжать обновлять свое определение, поскольку переходные отверстия становились меньше, если они продолжали определять диаметр.

Лазеры используются для сверления отверстий под микроотверстия, а последние достижения в области лазерного сверления позволили создавать микроотверстия размером до 15 мкм. Хотя используемые лазеры могут просверливать только один слой за раз, производители печатных плат могут создавать сквозные микропереходы, просверливая несколько слоев по отдельности, а затем накладывая их друг на друга.

У вас меньше шансов столкнуться с производственными дефектами при работе с микропереходами, чем при работе с обычными переходными отверстиями, потому что лазерное сверление не приводит к тому, что материал остается в просверленных отверстиях. Однако у микроотверстий также могут возникнуть проблемы с покрытием и оплавлением припоя.

Из-за небольшого размера микроотверстий их можно использовать для печатных плат межсоединений высокой плотности, которые важны сегодня, когда электроника, особенно телекоммуникационные и вычислительные устройства, становится более продвинутой, но при этом меньшего размера.

Что такое слепые и погребенные переходы?

Микроотверстия могут быть как глухими, так и скрытыми. Слепые микроотверстия соединяют внешний слой печатной платы с одним или несколькими внутренними слоями и не проходят через всю плату. Они соединяют внешний верхний слой и внутренние слои, которых достигают. Глухие переходные отверстия полезны для увеличения плотности проводки. Если вам нужно направить сигнальные дорожки с внешнего слоя на внутренний, глухие переходы часто являются кратчайшим путем для этого.

Скрытые микроотверстия соединяют два или более внутренних слоя и не доходят до внешнего слоя. Их не видно из внешних слоев. Производители обычно создают их с помощью последовательных ламинаций.

Что такое медные переходные отверстия?

Заполненные медью переходные отверстия — это переходные отверстия, заполненные либо чистой медью, либо эпоксидной смолой с медью. Этот медный наполнитель улучшает проводимость переходного отверстия, помогая более эффективно передавать сигналы с одной стороны платы на другую. Многие типы переходных отверстий могут быть заполнены медью, в том числе стандартные переходные отверстия, микропереходные отверстия, глухие переходные отверстия и скрытые переходные отверстия.

Вы также можете заполнить переходные отверстия другими материалами, такими как золото, серебро, проводящая эпоксидная смола, непроводящая эпоксидная смола и электрохимическое покрытие. Наиболее распространенным типом заливки переходных отверстий является непроводящая эпоксидная смола. Однако медный наполнитель имеет преимущества, которые делают его идеальным для определенных применений.

Преимущества глухих микроотверстий с медным наполнением

Использование микропереходов, глухих или скрытых, выгодно по разным причинам, в том числе по следующим.

Пробел

Одним из основных преимуществ использования микроотверстий является то, что они могут сэкономить место, что в конечном итоге приводит к снижению затрат. Чем больше места занимают переходные отверстия, тем больше платы вам потребуется и тем дороже будет ваш проект.

Микроотверстия являются важным компонентом печатных плат HDI, которые часто имеют сквозные переходные отверстия, скрытые переходные отверстия, глухие переходные отверстия, конструкцию без сердечника, конструкцию с пассивной подложкой и альтернативные конструкции сборок без сердечника с парами слоев. Помимо меньшего размера и веса, эти платы также обеспечивают улучшенные электрические характеристики благодаря уменьшенному расстоянию между компонентами и большему количеству транзисторов.

Микропереходы также могут помочь вам более эффективно использовать переходы в контактных площадках (VIP). VIP экономят место, создавая соединения в контактных площадках технологий поверхностного монтажа (SMT). Из-за своего меньшего размера микроотверстия хорошо подходят для использования с VIP. Обычные переходные отверстия иногда слишком велики, чтобы поместиться внутри контактных площадок для поверхностного монтажа. Однако микроотверстия могут быть установлены внутри контактных площадок без каких-либо проблем с изготовлением.

Слепые и скрытые микроотверстия также легче изготовить, чем обычные глухие и скрытые переходные отверстия, изготовление которых может быть затруднено. Микроотверстия, однако, уже сделаны слой за слоем, а это значит, что их легче сделать слепыми или скрытыми — процесс, который требует работы слой за слоем.

Микроотверстия также полезны для разрушения массивов шариковых решеток (BGA). Microvia VIP может легко поместиться внутри контактных площадок BGA с мелким шагом. Они еще более полезны в прорывных каналах. VIP экономят место на поверхности, но также требуют большого количества слоев для передачи выходных данных в другие части платы. Микроотверстия могут помочь вам увеличить ширину путей отвода, что позволит вам использовать меньше слоев для разбивки BGA.

Уменьшение электромагнитных помех

Микроотверстия также могут помочь уменьшить электромагнитные помехи (EMI), которые возникают, когда электромагнитное поле воздействует на электрическую цепь и нарушает работу электронного устройства. Поскольку микроотверстия имеют меньший риск электромагнитных помех, они особенно полезны для схем, подверженных электромагнитным помехам, например, используемых в высокочастотных или высокоскоростных приложениях.

В высокоскоростных схемах часто возникают проблемы с излучением и отражением сигнала в переходных отверстиях. Однако уменьшение размера переходных отверстий снижает потенциал излучения, что приводит к уменьшению электромагнитных помех. Для высокоскоростных цепей шлейфы, которые представляют собой линии передачи или волноводы, соединенные только с одного конца, являются еще одной причиной проблем с электромагнитными помехами. Шлейфы могут отражать сигналы обратно в проводники и ослаблять или даже аннулировать первоначальный сигнал. Однако, поскольку микроотверстия создаются слой за слоем, у вас не будет заглушек.

В высокочастотных линиях передачи, таких как микроволновые и полосковые проводники миллиметрового диапазона, для выхода сигналов требуются переходные отверстия. Однако стандартные переходные отверстия создают слишком много электромагнитных помех для использования в высокочастотных полосковых линиях. Микропереходы, с другой стороны, генерируют очень мало электромагнитных помех и не ухудшают целостность сигнала. Высокочастотные цепи используются все чаще, что делает электромагнитные помехи более распространенной проблемой.

Заполнение переходных отверстий медью также дает ряд преимуществ, а именно в области тепло- и электропроводности.

Тепло- и электропроводность

Использование меди для заполнения переходного отверстия повысит теплопроводность переходного отверстия, что удержит тепло от платы, что приведет к увеличению срока службы и снижению риска дефектов. Вместо того, чтобы перемещаться в разные части платы, тепло будет проходить через медь к другой стороне платы, защищая ее компоненты. Медь имеет более высокую теплопроводность, чем золото, которое является еще одним материалом, используемым для заполнения переходных отверстий.

Медь также имеет более высокую электропроводность, чем золото. Проводимость меди в переходном отверстии позволяет току проходить в более глубокие слои, не перегружая печатную плату. Эта функция делает заполненные медью микропереходные отверстия идеальными для высоковольтных приложений, а также для приложений, требующих прохождения сильных токов между каждой стороной платы.

Проблемы, связанные с глухими медными переходными отверстиями

Определенные проблемы связаны с изготовлением микропереходов. Эти проблемы иногда могут приводить к дефектам межсоединений (ICD), дефектам, возникающим вблизи покрытия и внутреннего медного слоя. Эти ICD могут вызвать проблемы с надежностью, разомкнутые цепи, периодически возникающие проблемы при высоких температурах и отказы цепей. Обнаружить ИКД может быть сложно, потому что они могут работать правильно во время тестирования после этапа изготовления, но затем выявляют проблемы во время сборки или использования. Важно следить за этими дефектами и тщательно изготавливать платы, чтобы их избежать.

УВП на основе мусора

Один распространенный тип ICD возникает из-за того, что мусор попадает в соединительное отверстие, а затем внедряется во внутренний слой меди. Этот мусор часто является результатом процесса сверления отверстий. Лазеры, используемые для сверления отверстий с микроотверстиями, не создают столько мусора, как другие процессы сверления отверстий, поэтому микроотверстия имеют меньший риск ИКД на основе мусора. Тем не менее, производителю по-прежнему важно убедиться, что все отверстия очищены от мусора, остатков, следов сверления, стекловолокна, неорганических наполнителей и других материалов, прежде чем заполнять их медью.

В различных типах переходных отверстий ИКД на основе мусора становятся все более распространенными, возможно, потому, что все больше производителей используют материалы с низким DK/низким DF. Эти материалы наиболее экономичны во многих отношениях, но они часто создают больше мусора и более химически устойчивы к очистке, чем другие материалы, такие как стандартные эпоксидные материалы FR-4.

Устройства защиты от сбоев с медным соединением

Другим распространенным типом ICD является разрыв медной связи. Этот тип может возникать из-за высокого напряжения во время сборки или использования, из-за слабой медной ленты или комбинации этих двух условий. Когда происходит отказ медной связи ICD, медное соединение физически разрывается. Чем слабее медная связь, тем меньше напряжения требуется для ее разрыва.

Распространенность ИКД с разрывом медной связи, по-видимому, увеличивается, возможно, потому, что все больше производителей используют более толстые печатные платы и более высокие температуры бессвинцовой пайки. Большие размеры отверстий и пайка волной припоя также могут увеличить вероятность выхода из строя медных соединений. Отказы медных соединений возникают как на микроотверстиях, так и на стандартных переходных отверстиях.

Пустоты и надежность

Общие проблемы, возникающие в процессе меднения микроотверстий, включают неполное заполнение, ямки и пустоты. Эти дефекты могут вызвать проблемы с надежностью. Согласно исследованию, проведенному учеными из Университета Мэриленда, неполное заполнение медью повышает уровень напряжения в микроотверстиях, уменьшая их усталостную долговечность, то есть количество циклов нагрузки (напряжения), которые образец может выдержать, прежде чем он выйдет из строя.

Влияние пустоты на надежность микроотверстия зависит от характеристик пустоты, таких как ее размер, форма и расположение. Небольшие сферические пустоты, например, немного увеличивают усталостную долговечность микроотверстий, в то время как экстремальные условия образования пустот значительно сокращают их срок службы.

Процесс заполнения медью глухих микроотверстий

После сверления отверстий для микропереходов производитель заливает в них либо чистую медь, либо эпоксидную смолу с медью, чтобы соединить схемы внутреннего слоя с поверхностью печатной платы. Эта медь позволяет размещать компоненты или разъемы на поверхности платы и позволяет схеме соединяться между слоями.

При работе со глухими микроотверстиями заполнение отверстий микроотверстия без добавок обычно приводит к образованию пустот. Производитель всегда осаждает медь до тех пор, пока отверстие не будет закрыто, но если добавки не используются, внутри отверстия осаждается меньше меди, чем на поверхности, и могут образовываться пустоты.

Некоторые органические добавки препятствуют осаждению на поверхности и способствуют увеличению покрытия в слепых микроотверстиях, что приводит к конформному осаждению. Конформное покрытие также увеличивает соотношение сторон слепого микроотверстия, что ограничивает перенос раствора и массы в него. Этот процесс иногда приводит к образованию микроотверстия со швом в центре.

Вы также можете заполнить глухой микроотверстие медью, используя метод «снизу вверх», при котором медь предпочтительно наносится на контактную площадку. В идеале этот процесс позволит создать маленькую ямочку в сочетании с минимальным покрытием поверхности медью.

Когда вы заполняете переходное отверстие медью, важно убедиться, что слой меди внутри переходного отверстия ровный и внешний слой не слишком толстый. Избыток меди увеличивает вес печатной платы и может привести к тому, что на дорожках окажется слишком много меди. Эта проблема может затем привести к дефектам, несоответствию спецификациям или увеличению затрат, что даже более важно для микропереходов, чем для обычных переходов, поскольку спецификации конструкции более жесткие.

Важным соображением при заполнении глухих микропереходов является использование чистой меди или эпоксидной смолы и меди. Использование чистой меди является более традиционным методом, но такой подход может привести к образованию пустот. Загрязняющие вещества также могут попасть в медь. Оставив углубление в верхней части начинки, вы можете предотвратить возникновение этих проблем.

Один подход к заполнению сквозных отверстий по существу создает два глухих микроперехода. Этот процесс включает в себя сначала использование конформного покрытия, а затем переход к агрессивному импульсному покрытию, что приводит к созданию X-образной формы в отверстии, образованном двумя медными треугольниками на каждой стенке отверстия. Эта форма образует, по сути, два глухих микроотверстия, по одному на каждой стороне печатной платы. На следующем шаге вы полностью заполните эти BMV.

Последние достижения, такие как разработка новых медных электролитов, помогли упростить заполнение глухих микроотверстий без дефектов и избытка меди. Электролиты для заполнения глухих микроотверстий часто имеют высокую концентрацию меди, низкую концентрацию серной кислоты и ионов хлора. Органические добавки к электролиту, используемые для управления характеристиками покрытия, обычно включают стартер, измельчитель зерна и выравниватель.

Слепые микроотверстия с медным наполнением от Millennium Circuits Limited

Нужны ли вам печатные платы с микроотверстиями, заполненными медью? Мы можем координировать создание этих печатных плат и гарантировать, что вы получите платы, изготовленные в соответствии с вашими требованиями. Мы также можем поставить вам печатные платы с рядом других специальных характеристик, отделкой поверхности и базовыми материалами. Мы выполним как небольшие, так и крупные заказы в кратчайшие сроки.

Чтобы узнать больше о медных глухих переходных отверстиях и наших возможностях, посетите наш веб-сайт, свяжитесь с нами или запросите предложение сегодня.