نقل قول

چرا PCB را از طریق شیفت انجام دهیم؟

برد مدار چاپی (PCB Via) چیست؟

یک PCB (برد مدار چاپی) از طریق یک سوراخ رسانای کوچک اما حیاتی است که از لایه‌های مختلف یک ... عبور می‌کند. برد مدار چاپی چند لایه, و انتقال سیگنال‌های الکتریکی و نیرو را در این لایه‌های مختلف تسهیل می‌کند. چنین مسیرهایی در طراحی مدرن PCB ضروری هستند، به خصوص که امکان طرح‌بندی مدارهای پیچیده را فراهم می‌کنند و پیکربندی قطعات با چگالی بالا را در خود جای می‌دهند. با پل زدن لایه‌های جداگانه، مسیرها امکان طراحی‌های پیچیده‌تر و جمع‌وجورتر را فراهم می‌کنند و به طور موثر استفاده کاربردی از فضای داخل PCB را به حداکثر می‌رسانند و در عین حال اتصالات الکتریکی لازم را حفظ می‌کنند. این قابلیت برای پشتیبانی از قابلیت‌های الکترونیکی پیشرفته در طیف وسیعی از دستگاه‌ها، از ابزارهای ساده گرفته تا سیستم‌های محاسباتی پیچیده، بسیار مهم است.

مسیرها (ویاها)ی کور و مدفون
شکل 1: ویاس‌های معمول PCB

چرا مسیرها در PCB تغییر می‌کنند: دلیل و راه حل

ممکن است در طول فرآیند تولید، به دلیل عوامل مختلف، مسیر عبور جریان‌های PCB تغییر کند یا از تراز خارج شود که این امر بر قابلیت اطمینان و عملکرد برد مدار چاپی تأثیر می‌گذارد. در اینجا چند دلیل رایج برای تغییر مسیر مسیر جریان‌های PCB آورده شده است:

  • خطاهای حفاریدقت سوراخکاری وایاها بسیار مهم است. مسائلی مانند فرسودگی مته، عدم تنظیم دستگاه سوراخکاری یا ناپایداری ماده PCB زیر مته می‌تواند باعث انحراف سوراخ‌ها از مکان‌های تعیین شده آنها شود.

  • ناهم‌ترازی لایه‌ها در طول لایه‌بندیدر بردهای مدار چاپی چند لایه، ترازبندی دقیق هر لایه قبل از لمینت کردن ضروری است. هرگونه عدم ترازبندی در این مرحله می‌تواند باعث جابجایی جزئی لایه‌ها و در نتیجه عدم ترازبندی مسیرها شود.

  • انبساط حرارتیمواد مختلف در برد مدار چاپی به دلیل ضرایب انبساط حرارتی خود با سرعت‌های متفاوتی منبسط یا منقبض می‌شوند. این اختلاف می‌تواند در طول فرآیندهای مختلف گرمایشی در تولید، مانند لمینت کردن و لحیم کاری، رخ دهد و منجر به جابجایی مسیرها شود.

  • تنش مکانیکیجابجایی فیزیکی، از جمله برش و فرزکاری در حین ساخت، می‌تواند به تخته فشار وارد کند و به طور بالقوه باعث ایجاد جابجایی شود.

  • جابجایی یا نگهداری نامناسبتاب برداشتن یا خم شدن بردهای مدار چاپی به دلیل جابجایی یا نگهداری نادرست می‌تواند منجر به ناهم‌ترازی شود.

  • مشکلات آبکاریدر طول فرآیند آبکاری، ویاها با یک ماده رسانا، معمولاً مس، پوشش داده می‌شوند. اگر این آبکاری ناهموار باشد یا دیواره‌های ویا به طور یکنواخت آبکاری نشده باشند، می‌تواند منجر به مسائلی مانند حفره‌های آبکاری مس یا تغییرات ضخامت شود. این مسائل می‌توانند یکپارچگی ساختاری ویا را به خطر بیندازند و به طور بالقوه منجر به تغییرات فیزیکی یا خرابی‌های الکتریکی شوند. آبکاری ناهموار همچنین می‌تواند ناشی از ناخالصی‌های موجود در محلول آبکاری یا پارامترهای نامناسب آبکاری باشد.

برای پرداختن به این چالش‌ها، تولیدکنندگان اغلب چندین راه‌حل را اجرا می‌کنند: 
 

  • تکنیک‌های حفاری دقیقاستفاده از تجهیزات پیشرفته حفاری با دقت بالا بسیار مهم است. دستگاه‌های CNC (کنترل عددی کامپیوتری) و حفاری لیزری معمولاً برای دستیابی به ابعاد دقیق استفاده می‌شوند.

  • کالیبراسیون و نگهداری منظمتجهیزات مورد استفاده برای سوراخکاری و آبکاری مسیرها باید به طور منظم کالیبره و نگهداری شوند تا از انحراف از تلرانس‌های مشخص شده جلوگیری شود.

  • استفاده از مواد با کیفیت بالاکیفیت مواد مورد استفاده، مانند مس و زیرلایه، می‌تواند بر قوام و کیفیت مسیرها تأثیر بگذارد. استفاده از مواد درجه بالا، خطر نقص‌هایی را که می‌توانند منجر به مشکلات تلرانس شوند، کاهش می‌دهد.

  • قوانین طراحی قویاجرای قوانین سختگیرانه طراحی که تغییرات احتمالی تولید را در نظر می‌گیرند، می‌توانند به مدیریت تلرانس‌های via کمک کنند. این قوانین باید شامل مشخصاتی برای اندازه via، حلقه حلقوی، نسبت ابعاد و اندازه پد باشند.

  • نظارت بر زمان واقعیاستفاده از فناوری‌های نظارت بلادرنگ در طول فرآیندهای سوراخکاری و آبکاری می‌تواند به تشخیص و اصلاح انحرافات در مراحل اولیه فرآیند تولید کمک کند.

  • مدیریت حرارتیاز آنجایی که انبساط حرارتی می‌تواند از طریق ابعاد تحت تأثیر قرار گیرد، کنترل دما و رطوبت محیط تولید ضروری است.

  • آزمایش‌های کنترل کیفیتانجام بازرسی‌ها و آزمایش‌های کامل، مانند بازرسی نوری خودکار (AOI)، بازرسی با اشعه ایکس و آزمایش الکتریکی، برای تأیید اینکه مسیرها در محدوده تلرانس قرار دارند.

  • حلقه‌های بازخوردپیاده‌سازی یک سیستم بازخورد که در آن از داده‌های حاصل از آزمایش‌های کنترل کیفیت برای تنظیم فرآیندهای تولید استفاده می‌شود، می‌تواند به حفظ مداوم تلرانس‌ها کمک کند.

شکل 2: ویاس‌ها و ویدهای PCB

تأثیر تغییرات Via

تغییرات از طریق PCB می‌تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه‌های الکترونیکی تأثیر بگذارد. در اینجا به برخی از اثرات کلیدی اشاره می‌کنیم:

  1. مشکلات اتصال برق:

    • یکپارچگی سیگنال: جابجایی‌های Via می‌توانند پیوستگی مسیرهای الکتریکی را مختل کنند و منجر به قطع یا ضعیف شدن اتصالات شوند. این امر به ویژه در مدارهای فرکانس بالا که تطبیق امپدانس دقیق ضروری است، بسیار مهم است.
    • تداخل و تداخل فرکانسی: عدم هم‌ترازی ممکن است منجر به نزدیک شدن بیش از حد مسیرها به ردپاها یا اجزای ناخواسته شود و خطر تداخل الکترومغناطیسی یا تداخل تداخلی را افزایش دهد که می‌تواند کیفیت سیگنال را کاهش دهد.

  2. یکپارچگی مکانیکی:

    • ضعف ساختاری: وقتی مسیرها به درستی تراز نشده باشند، می‌تواند منجر به ضعف‌های ساختاری در PCB شود. این ممکن است باعث شود که برد در حین جابجایی یا کار، به خصوص تحت فشار حرارتی یا مکانیکی، بیشتر در معرض آسیب قرار گیرد.
    • افزایش نرخ شکست: وایاهای ناهم‌تراز تحت فشار مکانیکی می‌توانند به مرور زمان به دلیل تضعیف اتصالات و ترک خوردن احتمالی اتصالات لحیم، منجر به افزایش نرخ خرابی شوند.

  3. مدیریت حرارتی:

    • توزیع گرما: وایاها اغلب در توزیع گرما از اجزا به هیت سینک‌ها یا سایر راهکارهای مدیریت حرارتی نقش دارند. تغییر مکان وایاها می‌تواند بر این توزیع گرما تأثیر بگذارد و به طور بالقوه منجر به گرمای بیش از حد اجزا شود.

  4. بازده و هزینه‌های تولید:

    • نرخ‌های دوباره‌کاری و ضایعات: عدم هم‌ترازی ممکن است نیاز به بازسازی بردهای مدار چاپی یا اوراق کردن کامل آنها داشته باشد که منجر به افزایش هزینه‌های تولید می‌شود.
    • آزمایش و کنترل کیفیت: ممکن است آزمایش‌های بیشتری برای شناسایی و اصلاح مشکلات ناشی از تغییرات via مورد نیاز باشد که باعث افزایش بیشتر زمان و هزینه‌های تولید می‌شود.

عملکرد ویاس PCB

برد مدار چاپی Vias مسیرهای الکتریکی را فراهم می‌کند که لایه‌های مختلف PCB را به هم متصل می‌کنند. در زیر برخی از آنها آمده است. توابع اصلی PCB از طریق:
مجاز بودن اتصالات الکتریکی:

مسیرها (Vias) در برد مدار چاپی (PCB) برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین اجزا و قطعات مختلف روی سطح ضروری هستند. بردهای مدار چاپی و اتصال لایه‌های PCB و همچنین.
به حداقل رساندن نویز:
وقتی چندین قطعه روی لایه PCB نصب می‌شوند، ممکن است از طریق اتصال زمین برد مدار چاپی، نویز الکتریکی روی لایه سطحی PCB ایجاد شود که به کاهش نویز ایجاد شده در طول این اتصالات کمک می‌کند و فرآیند تولید برد مدار چاپی.
راندمان فضای PCB:
ویاس تضمین می‌کند که از فضای موجود در لایه‌های مختلف برد مدار چاپی به طور مؤثر استفاده شود.
کوچک سازی برد مدار چاپی:
ویاس کمک می‌کند برد مدار چاپی تولیدکنندگان، بردهای مدار چاپی فشرده تولید می‌کنند که در طراحی‌های برد مدار چاپی که اندازه برای طراحان اهمیت دارد، بسیار مهم است.
مدیریت حرارتی:
ویاس PCB نقش حیاتی در اتلاف گرما توسط اجزای الکتریکی در طول ساخت PCB، به ویژه در طراحی دستگاه‌های الکترونیکی قدرت، ایفا می‌کنند.
از مشکلات یکپارچگی سیگنال جلوگیری می‌کند:
ویاس با حفظ سطح امپدانس ثابت در سراسر PCB، از تداخل سیگنال و مشکلات یکپارچگی سیگنال جلوگیری می‌کند.

حالا که با مسیرها (Via) برد مدار چاپی و عملکرد آنها آشنا شدیم، بیایید نگاهی به انواع مختلف مسیرها (Via) برد مدار چاپی (PCB) بیندازیم.

شکل 2: نمودار مدار PCB Vias

انواع VIAS های PCB:

بسته به کاربرد و عملکرد بردهای مدار چاپی، PCB ها را می‌توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد که به شرح زیر هستند:
ویاس‌های کور:
Blind Vias یک اتصال الکتریکی بین یک لایه داخلی و لایه مجاور برقرار می‌کند. لایه سطحی PCB. این مسیرها از لایه سطحی در یک طرف برد مدار چاپی شروع می‌شوند و به طرف دیگر برد امتداد نمی‌یابند. بنابراین، به چنین مسیرها، مسیرها یا مسیرهای PCB کور گفته می‌شود. یک مسیر یا مسیر کور از لایه بیرونی (هر طرف، چه لایه بالایی و چه لایه پایینی) شروع می‌شود و آن لایه بیرونی را حداقل با یک لایه داخلی متصل می‌کند، اما از کل برد مدار چاپی عبور نمی‌کند. این مسیرها فقط در یک طرف برد مدار چاپی قرار دارند. مسیرها یا مسیرهای کور می‌توانند به ایجاد فضای آزاد در ... کمک کنند. فرآیند طراحی برد مدار چاپی (PCB).

 

 

شکل 3: ویاس‌های PCB کور، مدفون و درون حفره

مسیرهای دفن شده:
وایاهای مدفون، اتصال الکتریکی بین دو لایه داخلی برد مدار چاپی ایجاد می‌کنند. این وایاها کاملاً درون برد مدار چاپی محصور شده‌اند و هیچ انتهایی به هیچ لایه سطحی بیرونی دیگری از PCB ندارند. یک گذرگاه مدفون حداقل دو لایه داخلی (لایه‌های داخلی) را به هم متصل می‌کند و روی لایه‌های بیرونی قابل مشاهده نخواهد بود. از آن در موارد زیر استفاده می‌شود: طراحی برد مدار چاپی, ، به خصوص برای اتصال سیگنال‌های لایه داخلی به طوری که هیچ تداخل سیگنالی رخ ندهد. از این رو، ترجیح داده می‌شود از بردهای مدار چاپی با اتصال داخلی با چگالی بالا.

ویاس‌های درون حفره‌ای
تولیدکنندگان برد مدار چاپی از تکنیک‌های مختلفی برای سوراخ‌کاری استفاده می‌کنند، مانند پرتوهای فراصوت و لیزر. روش سوراخ‌کاری vias از طریق سوراخ، پرکاربردترین روش vias PCB در فرآیند تولید PCB است. vias از طریق سوراخ، دو لایه بیرونی یا خارجی برد مدار چاپی را به هم متصل می‌کند. همانطور که از نام آن مشخص است، vias از طریق سوراخ به این معنی است که می‌تواند از طریق برد مدار عبور کند و مسیرهای روی بیرونی‌ترین لایه‌ها را به هم متصل کند. و همچنین در صورت لزوم، لایه‌های داخلی را به هم متصل کند.

شکل 4: ویاس‌های چندلایه میان حفره‌ای

مزایا و کاربردهای ویاس‌های کور و مدفون:

بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی و PCBها مشکل فضای محدود دارند. بنابراین ما در طول ساخت و تولید PCB، مسیرهای کور و مدفون را ترجیح می‌دهیم. به عنوان مثال، مسیر مدفون فضای خالی روی لایه سطحی PCB ایجاد می‌کند بدون اینکه هیچ مسیر رسانا یا قطعات الکترونیکی روی لایه بالایی یا پایینی را تحت تأثیر قرار دهد. مسیر کور نیز به طور مشابه به ایجاد فضای اضافی روی لایه PCB کمک می‌کند.


آنها معمولاً برای آرایه شبکه توپی با گام ریز (BGA) استفاده می‌شوند. بسته‌بندی و قطعات. همچنین در بردهای مدار چاپی (PCB) با اتصال داخلی با چگالی بالا (HDI) استفاده می‌شود.


ویاس‌های کور و مدفون به طور گسترده در PCB های HDI مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا می‌توانند انتقال قدرت بهتری و یک لایه چگالی اضافی را فراهم کنند که در طراحی دستگاه‌های الکترونیکی بسیار مهم است.
آنها معمولاً و به طور گسترده در تلفن‌های همراه، تجهیزات و دستگاه‌های پزشکی، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت اصلی بین ویاس‌های کور و مدفون چیست؟

• یک Blind Via یک لایه بیرونی PCB را حداقل به یکی از لایه‌های داخلی متصل می‌کند.
• یک Via دفن شده، لایه داخلی برد مدار را بدون امتداد به لایه بیرونی متصل می‌کند.

طبقه بندی ویاس های PCB

ویاس‌های برد مدار چاپی بخش مهمی از طراحی و ساخت PCB هستند. آنها به PCB ها امکان اتصالات الکتریکی ... را می‌دهند. قطعات روی برد مدار چاپی لایه‌ها. آن‌ها به کوچک‌سازی PCB کمک می‌کنند، نویز الکتریکی را کاهش می‌دهند و از تداخل سیگنال جلوگیری می‌کنند. برای درک بهتر تفاوت‌ها انواع ویاس PCB که در طراحی PCB استفاده می‌شوند، می‌توانیم آنها را بسته به شکل و کاربردشان طبقه‌بندی کنیم. هر طبقه‌بندی از Viasهای PCB اهمیت، ویژگی‌ها و خواص منحصر به فرد خود را دارد که بردهای مدار چاپی را برای تولید دستگاه‌های الکترونیکی مناسب‌تر و کارآمدتر می‌کند. بیایید نگاهی به طبقه‌بندی PCB بیندازیم:

طبقه بندی بر اساس شکل:
بر اساس شکل، ویاس‌های PCB به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
• مسیر دایره‌ای (Round Via): این مسیرها به راحتی طراحی و ساخته می‌شوند و اتصال الکتریکی قابل اعتمادتری بین انواع مختلف ارائه می‌دهند. لایه‌های PCB.
• مسیر مربعی: مسیر‌های مربعی PCB مساحت سطح بیشتری دارند و می‌توانند بارهای جریان بالاتری را نسبت به مسیر‌های گرد PCB تحمل کنند. استفاده از آنها در PCB های با چگالی بالا، جایی که ملاحظات فضایی داریم، ترجیح داده می‌شود.
• اشکی شکل: چنین Viaهایی شکلی گرد دارند که به گردن باریک‌تری تبدیل می‌شوند. آنها یک انتقال نرم را ارائه می‌دهند. پرسرعت سیگنال‌ها را تنظیم کرده و افت سیگنال را به حداقل می‌رساند.
• ویاس‌های PCB مستطیلی: آنها در طرح‌های خاص PCB استفاده می‌شوند که در آنها ابعاد Via نیاز به سفارشی‌سازی دارد. ویاس‌های PCB مستطیلی می‌توانند در مقایسه با ویاس‌های PCB گرد و مربعی، ویژگی صرفه‌جویی در فضا و قابل توجه و استثنایی ارائه دهند.

طبقه‌بندی بر اساس کاربرد:
بر اساس کاربرد ویاس‌های PCB، می‌توان آنها را به دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد.
• Power Via: چنین Viaهایی برای انتقال جریان بالا بین لایه‌های مختلف و اتصال صفحات قدرت استفاده می‌شوند.
• سیگنال از طریق: برای مسیریابی سیگنال بین لایه‌های مختلف PCB استفاده می‌شود.
• Stacked Via: برای ایجاد گزینه‌های مسیریابی اضافی و بهبود یکپارچگی سیگنال PCB استفاده می‌شود.
• اتصال زمین: این نوع اتصال برای اتصال زمین الکتریکی استفاده می‌شود. قطعات روی بردهای مدار چاپی.

خلاصه:

اهمیت بردهای مدار چاپی در دستگاه‌ها و طرح‌های الکترونیکی پیشرفته و مدرن را نمی‌توان نادیده گرفت. مسیرها (Vias) در PCB در ایجاد اتصالات الکتریکی، صرفه‌جویی در فضا، افزایش کارایی PCBها، کاهش نویز، جلوگیری از تداخل سیگنال، مدیریت حرارتی و تضمین یکپارچگی سیگنال بهبود یافته بردهای مدار چاپی بسیار مهم هستند. مهندسان طراحی PCB می‌توانند با چالش‌هایی مانند عدم ترازبندی و جابجایی مسیرها (Vias) در طول فرآیند تولید PCB مواجه شوند. برای اطمینان از کارایی، دقت و قابلیت اطمینان بردهای مدار چاپی، درک قوی و همکاری بین طراحان و تولیدکنندگان PCB مهم است.

برد مدار چاپی مورد نظر خود را از بهترین تولیدکننده برد مدار چاپی درخواست و قیمت بگیرید.

دریافت قیمت

وبلاگ‌های مرتبط

نویز حرارتی در الکترونیک

نویز حرارتی در الکترونیک با تغییر چشم‌انداز فناوری ارتباطات و نیازهای ارتباطی، تقاضای فزاینده‌ای برای مدارهای فرکانس بالا در الکترونیک مدرن وجود دارد.

ادامه مطلب »
۷ اکتبر ۲۰۲۳

فهرست مطالب