Jenis Vias: Panduan Komprehensif Interkoneksi PCB

Dalam elektronik dan perangkat komputasi, sirkuit dijalankan oleh papan hijau kecil yang mentransmisikan berbagai sinyal dari prompt kontrol dan ke layar. Dalam setiap smartphone, misalnya, papan sirkuit cetak (PCB) dapat ditemukan di dalam dengan berbagai chip dan komponen yang menghantarkan sinyal untuk ribuan fitur dan perintah yang berbeda. Setiap kali Anda mendorong salah satu prompt pada layar sentuh, Anda mengaktifkan salah satu sinyal pada papan internal. Sebagian besar sinyal ini dijalankan melalui vias PCB.

Lompat Ke: Apa Itu Via? | Jenis Utama Via | Bagaimana Menentukan Persyaratan Via yang Tepat untuk PCB Anda

Apa Itu Via?

Dalam papan sirkuit cetak, vias adalah lubang yang melewati lapisan papan untuk tujuan konduktivitas. Setiap lubang berfungsi sebagai jalur konduktif melalui yang sinyal listrik dilewatkan antara lapisan sirkuit. Vias melintasi tingkat yang berbeda pada papan sirkuit cetak. Terlepas dari desain PCB, papan mungkin memerlukan lubang yang melalui semua lapisan dari atas ke bawah. Secara bergantian, beberapa vias hanya menembusi lapisan atas atau bawah, dan beberapa ditempatkan melalui lapisan dalam. Ada berbagai opsi ketika berkaitan dengan vias pada papan sirkuit cetak.

Vias adalah salah satu fitur paling krusial pada papan sirkuit cetak. Akibatnya, mereka menyumbang bagian yang cukup besar dari biaya yang terlibat dalam pembuatan papan.

Meskipun berbagai jenis vias ini melayani tujuan dasar yang sama, satu jenis via tertentu akan lebih cocok dari yang lain pada desain PCB tertentu. Artikel ini mencakup berbagai jenis via dalam desain PCB dan bagaimana masing-masing dapat memfasilitasi koneksi listrik pada papan sirkuit cetak.

 

Jenis Utama Vias

Ada dua kategori utama vias, terlepas dari di mana mereka berada dalam lapisan PCB — lubang lubang dan lubang terendam.

Dalam lubang lubang, lubang menembusi lapisan atas atau bawah papan tetapi berhenti sebelum semua lapisan internal. Lubang lubang disebut sebagai berikut karena Anda tidak dapat melihat melalui mereka saat Anda memegang papan terhadap cahaya. Proses yang terlibat dengan pembuatan lubang lubang dapat sulit karena Anda harus tahu kapan harus berhenti membor ke dalam papan. Sebagai akibatnya, banyak pembuat PCB menghindari plating lubang jenis ini.

Jenis via lain adalah lubang terendam, yang mungkin muncul melalui satu atau lebih lapisan internal. Karena lubang terendam berada di antara lapisan, ia tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Untuk papan multi-lapisan agar memiliki lubang terendam, plating lubang pada lapisan internal harus diselesaikan lebih awal selama perakitan PCB, sebelum lapisan atas dan bawah diterapkan pada papan.

Di mana pun via ditempatkan, ia kemungkinan akan salah satu dari tiga jenis utama:

• Through-hole
• Via-in-pad
• Microvia.

1. Through-Hole

Jenis via yang paling jelas adalah plating through-hole, yang menembusi semua lapisan dalam papan multi-lapisan. Through-holes biasanya lebih besar dari lubang lubang dan lubang terendam dan juga jauh lebih mudah diidentifikasi dengan mata telanjang. Saat Anda memegang papan di depan cahaya, cahaya akan menembus langsung melalui plating through-hole. Through-holes juga lebih mudah dibuat karena Anda dapat dengan mudah membor langsung melalui semua lapisan, berbeda dengan lubang lubang, di mana Anda harus berhati-hati seberapa dalam Anda membuat lubang.

Teknologi through-hole ada sejak pertengahan abad ke-20 ketika menggantikan konstruksi point-to-point. Through-holes paling umum antara tahun 1950 dan 1980 ketika hampir semua fitur yang ditemukan pada papan sirkuit cetak ditempatkan pada through-hole.

Pada awal teknologi through-hole, PCB hanya memiliki jejak yang dicetak pada sisi atas. Seiring kemajuan teknologi, cetakan muncul di kedua sisi. Akhirnya, papan multi-lapisan mulai digunakan. Pada titik ini, through-hole diperbarui menjadi plated through-hole untuk memungkinkan kontak antara lapisan konduktif. Saat ini, plated through-hole digunakan untuk menghubungkan berbagai lapisan dalam PCB. Through-hole biasanya digunakan untuk memfasilitasi komponen dengan kawat leads. Komponen axial-leaded ditempatkan melalui lubang ini dan digunakan untuk menghubungkan ruang pendek.

Through-hole sering terlihat pada papan induk besar yang digunakan di tower komputer selama tahun 1990 dan 2000. PCB dengan komponen through-hole juga dapat dilihat pada kartu peripheral component interconnect (PCI) lama yang disematkan ke papan induk yang lebih lama ini. Misalnya, kartu suara yang terhubung ke slot PCI di dalam tower biasanya akan menampilkan komponen yang terpasang pada papan dalam through-hole. Fitur serupa dapat ditemukan pada kartu grafis pada komputer lama yang mendahului perangkat layar datar all-in-one saat ini.

Seiring dengan popularitas yang meningkat dari perangkat komputasi mobile kecil, kompak, dan gawai elektronik, PCB sedang dirancang dengan sedikit, jika ada, komponen through-hole. Sebagai akibatnya, ada sedikit alasan yang tersisa bagi desainer PCB untuk terus menggunakan papan yang berisi lubang through-hole besar, karena lubang ini menghabiskan banyak ruang pada papan yang dapat digunakan lebih efisien dengan microvias. Faktanya, untuk desainer menjaga papan mereka kecil, microvias dan surface mounts harus digunakan sebesar mungkin. Seiring tren berlanjut, through-hole kemungkinan besar akan diasingkan sepenuhnya dalam beberapa tahun mendatang.

 

2. Via-in-Pad

Salah satu desain yang lebih populer saat ini untuk papan sirkuit cetak melibatkan aplikasi vias pada pads ball grid array (BGA), yang juga dikenal sebagai via-in-pad. Dalam desain via-in-pad, vias ditempatkan pada pads BGA dari PCB. Desain ini menjadi populer karena memungkinkan produsen untuk meminimalkan jumlah ruang yang diperlukan untuk vias. Sebagai akibatnya, via-in-pad memungkinkan produsen untuk membuat PCB yang lebih kecil yang memerlukan lebih sedikit ruang untuk routing sinyal. Via-in-pad adalah teknologi optimal untuk gawai elektronik dan komputasi yang kompak saat ini, yang dirancang produsen untuk muat di dalam sesekali di sekitar pergelangan tangan.

Desain via-in-pad sangat nyaman untuk routing karena lubang terhubung langsung ke lapisan yang mendasari komponen, sehingga memungkinkan untuk meroute sinyal tanpa risiko keluar dari perimeter footprint perangkat.

Disediakan, tidak semua produsen telah mengadopsi praktik menempatkan vias pada pads BGA. Salah satu kekurangan utama bagi beberapa pembuat PCB adalah Anda harus mengisi pad dengan tembaga murni atau beberapa materi non-konduktif yang dilapisi tembaga. Jika tidak, solder akan meluap dari pad dan menyebabkan PCB kehilangan konektivitasnya.

Faktor prohibitif lain bagi beberapa produsen adalah fakta bahwa vias memerlukan langkah tambahan yang seringkali mahal dan memakan waktu. Beberapa desainer tidak ingin menambahkan biaya pembuatan PCB. Selain itu, saat Anda menempatkan vias dalam pad, itu mengubah diameter bor yang diperlukan.

Meskipun masalah ini, ada berbagai keuntungan dari menempatkan vias pada pads BGA. Selain biaya, Anda dapat membuat papan yang lebih kecil dengan via-in-pad dan pada akhirnya membuat perangkat yang lebih kecil. Untuk gawai modern dan perangkat mobile tertentu, desain via-in-pad mungkin merupakan opsi satu-satunya Anda.

Dalam tata letak via standar, solder mask dapat diterapkan untuk menghentikan alur solder ke dalam via. Dengan desain via-in-pad, Anda tidak dapat membiarkan barrel bebas pengisian karena udara mungkin akan tertangkap, menyebabkan out-gassing sementara PCB dalam produksi. Oleh karena itu, vias perlu diisi saat ditempatkan pada pads BGA. Agar desain bekerja, Anda juga harus memiliki permukaan datar rata, karena ini akan memungkinkan untuk menghubungkan BGAs fine-pitch dengan sedikit, jika ada, komplikasi.

In-pad vias dapat diisi dengan epoxy. Ini harus dilakukan setelah langkah bor dan plating. Opsi lain adalah mengisi vias dengan tembaga. Ini akan bekerja jika vias diablasi laser. Baik metode mana yang Anda pilih, Anda perlu memastikan bahwa pad cukup besar untuk diameter lubang dan juga memiliki toleransi yang cukup. Selain itu, desain akan perlu memenuhi standar IPC Class 2 dan 3.

Jika Anda masih ragu apakah via-in-pad akan menjadi opsi yang lebih baik dari tata letak via standar, Anda harus berbicara dengan pembuat PCB untuk melihat bagaimana teknologi yang lebih baru telah mengubah papan mereka.

 

3. Microvias

Dalam desain PCB, vias yang di bawah 150 mikron dikenal sebagai microvias, yang digunakan pada banyak papan high density interconnect (HDI). Desainer menyukai microvias karena ukuran lubang yang kecil, yang menghabiskan jauh lebih sedikit ruang pada papan dibandingkan lubang yang membutuhkan bor lebih banyak. Dalam microvia, lapisan terhubung satu sama lain dengan plating tembaga.

Microvias dibuat dalam bentuk kerucut, yang memudahkan sisi via untuk diplating tembaga. Sebuah microvia dapat melalui dua lapisan berseberangan tetapi tidak lebih jauh. Jika desain papan memerlukan via melalui beberapa lapisan, beberapa microvia akan perlu ditumpuk sesuai.

Dari sudut pandang pembuatan, menciptakan microvia yang ditumpuk dapat menjadi proses yang mahal dan memakan waktu. Pada papan yang memerlukan satu microvia di atas yang lain, desain paling umum akan menampilkan dua microvia. Sejauh penumpukan yang relevan, batas akhirnya adalah empat microvias. Namun, empat microvias jarang diterapkan dalam pembuatan PCB karena biaya tinggi.

Opsi alternatif untuk microvia yang ditumpuk adalah microvia yang bertingkat, yang diatur seperti tangga di mana microvia kedua atau ketiga ditempatkan satu langkah ke depan di bawah yang di atas. Sama seperti microvia yang ditumpuk, microvia yang bertingkat dapat sulit dan mahal untuk diproduksi pada PCB multi-lapisan.

Jika microvia masuk melalui lapisan luar papan dan memotong ke lapisan dalam sebelum berhenti, itu akan memenuhi syarat sebagai microvia tidak terlihat. Dengan microvia tidak terlihat, Anda dapat meningkatkan densitas kabel pada papan sirkuit cetak. Microvia tidak terlihat sangat menguntungkan jika sinyal pada lapisan luar harus dirute ke lapisan yang mendasari, karena microvia tidak terlihat akan menawarkan jarak terpendek. Pada papan HDI, microvia tidak terlihat memungkinkan untuk mengoptimalkan ruang pada papan multi-lapisan, seperti pada PCB dengan empat lapisan di mana microvia dapat ditempatkan pada lapisan atas-dua atau bawah-dua.

Dalam beberapa kasus, microvia akan menembusi dua lapisan penuh. Blind vias yang sesuai dengan deskripsi ini dikenal sebagai skip vias. Namun, skip vias tidak direkomendasikan oleh produsen karena sifat lubang dapat mengakibatkan komplikasi dengan plating.

Sebuah microvia yang menghubungkan dua lapisan dalam dalam PCB dikenal sebagai microvia terendam. Agar microvia terendam dapat dimasukkan dalam desain PCB, lapisan yang berisi lubang harus terlebih dahulu dibor sebelum lapisan luar diterapkan. Dengan microvia terendam, Anda dapat menghubungkan dua lapisan dalam pada papan sirkuit cetak. Bor dapat dilakukan dengan alat mekanis atau, secara bergantian, dengan laser.

Saat Anda menempatkan microvia pada PCB, sangat penting untuk memperhatikan rasio aspek ukuran lubang, jika tidak, mungkin akan tidak mungkin untuk plating papan dengan benar.

 

Bagaimana Menentukan Persyaratan Via yang Tepat untuk PCB Anda

Jenis via yang Anda pilih untuk desain PCB harus berdasarkan ukuran dan tujuan papan. Jika papan dibuat untuk digunakan dalam perangkat komputasi yang lebih lama dan lebih besar, Anda mungkin akan memerlukan desain PCB yang sesuai dengan standar lama, karena apa pun yang lebih baru kemungkinan besar tidak kompatibel dengan perangkat yang bersangkutan. Untuk beberapa perangkat lama ini, opsi satu-satunya Anda kemungkinan besar akan menjadi PCB yang lebih besar dengan komponen through-hole.

Jika Anda merancang PCB untuk perangkat yang lebih kecil, sebenarnya tidak ada alasan untuk menggunakan komponen through-hole karena Anda akan perlu memaksimalkan ruang kecil pada papan kecil yang akan cocok dengan perangkat. Misalnya, jika desain PCB Anda hanya berukuran satu inci persegi, Anda tidak akan memiliki ruang yang diperlukan untuk lubang through-hole besar karena akan terlalu banyak sinyal yang harus dijalankan dalam ruang kecil yang diizinkan. Papan dengan ukuran itu akan jauh lebih baik dilayani dengan blind microvias, yang dapat meneruskan sinyal yang kuat antara jarak pendek pada papan berukuran ibu jari.

Disediakan, proses pembuatan PCB yang lebih kecil dengan microvias kemungkinan besar akan memerlukan lebih banyak investasi karena tenaga kerja yang dibutuhkan oleh papan tersebut. Namun, keuntungan dari papan yang lebih kecil ini dapat dengan mudah membayar kembali investasi, terutama jika Anda memasarkan perangkat baru dan inovatif yang pada akhirnya dapat menjadi penjual besar.

 

Produk dan Layanan PCB Dari Millennium Circuits

Saat berkaitan dengan desain papan sirkuit cetak, ada berbagai macam via untuk dipilih, seperti blind dan buried microvias. Pada PCB yang lebih kecil saat ini, microvias memungkinkan untuk melengkapi perangkat dengan berbagai fitur dan juga menawarkan kecepatan dan daya pemrosesan yang melebihi kemampuan kinerja dari komponen through-hole yang lebih besar yang umum 20 tahun yang lalu. Untuk menghasilkan desain PCB yang paling kompak dan optimal, sangat penting untuk memiliki tim yang dapat menyatukan potongan-potongan ini. Hubungi Millennium Circuits untuk penawaran produk dan layanan PCB.