VIPPO в PCB дизайн: 3 ключевых преимущества для высокопроизводительной электроники

Процесс "Via-in-Pad Plated Over" (VIPPO) стал переломным методом в современном проектировании печатных плат, решающим критические проблемы в области высокой плотности и высокопроизводительной электроники.Размещая проходные проемы непосредственно внутри блоков, а не рядом с ними, VIPPO оптимизирует пространство., повышает целостность сигнала и улучшает тепловое управление.Это нововведение особенно ценно для современных миниатюрных устройств,от смартфонов и носимых устройств до промышленных датчиков и оборудования 5G, где каждый миллиметр пространства и каждый децибел ясности сигнала имеют значение.

В этом руководстве рассматриваются три основных преимущества VIPPO в проектировании ПКБ,сравнивая его с традиционными с помощью макетов и подчеркивая, почему он стал незаменимым для инженеров и производителей, стремящихся расширить границы электронной производительности.

Что такое VIPPO?
VIPPO (Via-in-Pad Plated Over) - это метод проектирования печатных плат, в котором каналы интегрируются непосредственно в папки для сварки поверхностных компонентов (SMD), таких как BGA (Ball Grid Arrays), QFP,и небольшие пассивные компонентыВ отличие от традиционных проходов, которые расположены рядом с подставками, требующих дополнительного пространства маршрутизации, проходы VIPPO:

a. Наполненные проводящим эпоксидом или меди, чтобы создать плоскую, сварную поверхность.
b.Площадь сверху для обеспечения бесшовной интеграции с подложкой, исключая пробелы, которые могут задержать сварку или вызвать сбои суставов.
c.Оптимизирован для конструкций с высокой плотностью, где ограничения пространства делают традиционные методы размещения непрактичными.

Этот подход меняет расположение ПХБ, позволяя более тесное расстояние между компонентами и более эффективное использование недвижимости.

Преимущество 1: повышение надежности и долговечности
VIPPO обращается к двум распространенным источникам сбоев ПКБ: слабые соединители сварки и связанные с ними дефекты.

Более прочные соединители
Традиционные виасы, расположенные за пределами подложки компонента, создают "зоны тени", где поток сварки неравномерен, увеличивая риск холодных соединений или пустоты.

a.Создание плоской, непрерывной поверхности подложки (благодаря заполненным и покрытым проемам), обеспечивающей равномерное распределение сварки.
b.Уменьшение механического напряжения на соединения путем сокращения расстояния между компонентом и проводом, минимизируя изгиб во время теплового цикла.

Данные: Исследование, проведенное Рочестерским технологическим институтом, показало, что соединители VIPPO выжили 2.8 раз больше тепловых циклов (от -40°C до 125°C) по сравнению с традиционными схемами перед тем, как появится признак усталости.

Уменьшенные режимы отказов
Не заполненные или неправильно расположенные сквозняки могут улавливать влагу, поток или загрязняющие вещества, что со временем приводит к коррозии или коротким замыканиям.

a.Проводящее наполнение: медное или эпоксидное наполнение запечатывает проход, предотвращая накопление мусора.
b.Площадь поверхности: гладкая, покрытая отделка устраняет трещины, где может начаться коррозия.

Влияние в реальном мире: Versatronics Corp. сообщила о снижении показателя неисправностей на 14% для печатных пластин с использованием VIPPO, что объясняется меньшим количеством коротких схем и проблемами, связанными с коррозией.

VIPPO против традиционных VIAs (надежность)

Преимущество 2: Высокая тепловая и электрическая производительность
В высокомощных и высокочастотных конструкциях управление теплом и поддержание целостности сигнала имеют первостепенное значение.

Улучшенное управление теплом
Накопление тепла является основным ограничивающим фактором в электронной производительности, особенно в плотных конструкциях с энергоемкими компонентами (например, процессорами, усилителями мощности).

a.Создание прямых тепловых путей от компонентной подложки к внутренним или внешним теплоотводам через заполненные каналы.
b.Уменьшение теплового сопротивления: Медно наполненные прокладки VIPPO имеют тепловое сопротивление ~ 0,5°C/W по сравнению с ~ 2,0°C/W для традиционных прокладки.

Исследование случая: В ПКБ базовой станции 5G VIPPO снизило рабочую температуру усилителя мощности на 12 °C по сравнению с традиционной компоновкой, увеличив срок службы компонента примерно на 30%.

Улучшенная целостность сигнала
Высокочастотные сигналы (≥1 ГГц) страдают от потерь, отражения и перекрестного звука, когда они вынуждены путешествовать длинными, косвенными путями.

a.Сокращение сигнальных путей: проходы внутри прокладок исключают обходы вокруг традиционных проходов за пределами прокладок, сокращая длину пути на 30-50%.
b.Снижение прерывистости импеданса: заполненные каналы поддерживают постоянную импеданс (± 5% допустимость), критически важная для 5G, PCIe 6.0, и другие высокоскоростные протоколы.

Данные о производительности: традиционные провода вводят 0,25 ≈ 0,5Ω сопротивления; VIPPO проводы уменьшают это до 0,05 ≈ 0,1Ω, сокращая потерю сигнала до 80% в высокочастотных конструкциях.

VIPPO против традиционной Vias (Performance)

Преимущество 3: Гибкость дизайна и миниатюризация
По мере того как устройства уменьшаются и плотность компонентов увеличивается, инженеры сталкиваются с беспрецедентными ограничениями пространства.

Разработка высокоплотных интерконнектных устройств (HDI)
HDI-PCB с тонкозвуковыми компонентами (≤0,4 мм) и плотной маршрутизацией полагаются на VIPPO для обеспечения большей функциональности в меньших помещениях.

a.Уменьшенный отпечаток: VIPPO устраняет зоны "отсутствия" вокруг традиционных проходов, позволяющих помещать компоненты на 20-30% ближе друг к другу.
b.Более эффективное маршрутизация: проходы внутри подставок освобождают внутренние слои для планов сигнала или мощности, уменьшая потребность в дополнительных слоях (и затратах).

Пример: ПК для смартфонов с использованием VIPPO вмещает на 6,2% больше компонентов в одной и той же области по сравнению с традиционной планировкой, что позволяет использовать такие передовые функции, как антенны 5G mmWave и системы с несколькими камерами.

Упрощение сложных макетов
Традиционное размещение часто заставляет дизайнеров направлять следы вокруг подложки, создавая переполненные, неэффективные макеты, склонные к перекрестному прослушиванию.

a.Позволяет осуществлять прямые соединения от блоков компонентов к внутренним слоям, уменьшая количество необходимых каналов.
b.Обеспечение “посредством швов” внутри подложки для укрепления наземных соединений, что имеет решающее значение для сокращения EMI.

Влияние на дизайн: Инженеры сообщают о сокращении времени маршрутизации на 40% для конструкций с большим объемом BGA (например, микропроцессоров) при использовании VIPPO благодаря упрощенным маршрутам.

Идеальные приложения для VIPPO
VIPPO особенно ценен в отраслях, где миниатюризация и производительность не подлежат обсуждению:

Внедрение VIPPO: лучшие практики
Чтобы максимизировать преимущества VIPPO, следуйте следующим рекомендациям по проектированию и производству:

1.Пополнение через: Используйте медное наполнение для конструкций с высокой мощностью (высокая теплопроводность) или эпоксидное наполнение для затратно-чувствительных, маломощных приложений.
2Размер прокладки: Убедитесь, что прокладка имеет диаметр 2×3x диаметра прокладки для поддержания сварной способности (например, прокладка 0,3 мм нуждается в прокладке 0,6×0,9 мм).
3.Качество покрытия: Укажите ≥25μm медную покрытие для обеспечения проводимости и механической прочности.
4Сотрудничество с производителями: Работа с производителями ПКБ, имеющими опыт в VIPPO (например, LT CIRCUIT), для проверки конструкций, поскольку точное бурение и заполнение имеют решающее значение.

Почему LT CIRCUIT преуспевает в реализации VIPPO
LT CIRCUIT использует VIPPO для поставки высокопроизводительных PCB для требовательных приложений:

1Продвинутые процессы заполнения (медь и эпоксид) для обеспечения пустоты.
2.Прецизионное лазерное бурение (терпимость ± 5μm) для тонкозвуковых компонентов.
3Строгое тестирование (рентгеновская инспекция, тепловая цикл) для проверки целостности VIPPO.

Их опыт в VIPPO помог клиентам уменьшить размер ПКБ до 30% при одновременном улучшении целостности сигнала и тепловой производительности - свидетельство преобразующего влияния этой техники.

Частые вопросы
В: VIPPO дороже, чем традиционные дизайны?
О: Да, VIPPO добавляет ~ 10 ~ 15% к затратам на печатные платы из-за этапов заполнения и покрытия, но это часто компенсируется сокращением количества слоев и улучшением урожайности в конструкциях с высокой плотностью.

Вопрос: Может ли VIPPO использоваться со всеми типами компонентов?
О: VIPPO лучше всего работает с SMD, особенно BGA и QFP. Он менее практичен для больших компонентов с отверстиями, где размер подложки делает интеграцию ненужной.

Вопрос: Требуется ли VIPPO специальное программное обеспечение?
О: Большинство современных инструментов проектирования печатных плат (Altium, KiCad, Mentor PADS) поддерживают VIPPO, с возможностями автоматизации размещения и заполнения спецификаций через панель.

Вопрос: Какой минимальный размер для VIPPO?
A: Вуазы VIPPO с лазерной сверлой могут быть такими же маленькими, как 0,1 мм, что делает их подходящими для сверхтонких компонентов (≤ 0,4 мм).

Вопрос: Как VIPPO влияет на переработку?
Ответ: Переработка возможна, но требует тщательного использования станций с горячим воздухом с точным контролем температуры, чтобы избежать повреждения заполненных вентилей во время удаления компонента.

Заключение
VIPPO - это больше, чем дизайнерский трюк; это краеугольный камень современной инженерии печатных плат, позволяющий создавать небольшие, мощные и надежные устройства, которые определяют современный ландшафт электроники.,Повышая тепловую и электрическую производительность, и позволяя беспрецедентное миниатюризация, VIPPO решает самые насущные проблемы в высокой плотности проектирования.

Поскольку технологии продолжают развиваться, 6G, искусственный интеллект и Интернет ведут к повышению спроса на более мелкие и быстрые устройства, VIPPO будет оставаться необходимым для инженеров, стремящихся превратить амбициозные концепции в функциональные.готовые к продаже продукты.