Enchimento de Cobre de Microvias Cegas

Ir para: Enchimento de Cobre de Microvias Cego | O que são Microvias? | O que são Vias Cegas e Enterradas? | Vantagens das Microvias Cegas Cobreadas | O que são Vias Cheias de Cobre? | Desafios Associados | Condutividade Térmica e Elétrica | O processo de enchimento de cobre | Cheio de cobre

Vias, os orifícios através dos quais as almofadas empilhadas são conectadas eletricamente, são partes essenciais das placas de circuito impresso (PCBs). À medida que os dispositivos eletrônicos, como smartphones e outros produtos similares, se tornam mais populares e diminuem de tamanho, a capacidade de colocar vias menores na placa se torna cada vez mais útil.

Você também precisa ser capaz de transferir sinais de forma confiável através das camadas do PCB - o que pode ser feito adicionando uma camada de cobre ao substrato da placa - mas o preenchimento das vias com cobre fornece capacidade extra.

As microvias cegas preenchidas com cobre permitem placas de interconexão de alta densidade (HDI) e também fornecem transferência de sinal confiável. Embora existam desafios associados a esse tipo de via, eles também trazem muitas vantagens. Continue lendo para saber mais sobre esse processo e por que ele pode ser útil para você.

O que são Microvias?

O IPC define uma microvia como uma “estrutura cega (como chapeada) com uma proporção máxima de 1:1… terminando ou penetrando em um terreno alvo, com uma profundidade total (X) não superior a 0,25 mm [0,00984 pol] medida a partir de o terreno de captura da estrutura foi lançado para o terreno alvo.”

Antes de sua definição ser alterada em 2013, o termo era definido como um orifício de passagem menor que 0,15 mm, ou 0,006 polegadas, de diâmetro. Com o tempo, esse tamanho se tornou mais comum, e o IPC percebeu que teria que continuar atualizando sua definição à medida que as vias ficavam menores se continuassem a definir usando o diâmetro.

Os lasers são usados ​​para fazer furos para microvias, e os recentes avanços na perfuração a laser permitiram a criação de microvias tão pequenas quanto 15 µm. Embora os lasers usados ​​possam perfurar apenas uma camada de cada vez, os fabricantes de PCBs podem produzir através de microvias perfurando várias camadas separadamente e depois empilhando-as.

É menos provável que você encontre defeitos de fabricação ao trabalhar com microvias do que com vias normais, porque a perfuração a laser não resulta em material deixado nos orifícios perfurados. As microvias, no entanto, têm a mesma probabilidade de ter problemas com chapeamento e refluxo de solda.

Devido ao pequeno tamanho das microvias, elas podem ser usadas para PCBs de interconexão de alta densidade, que são importantes hoje à medida que a eletrônica - especialmente dispositivos de telecomunicações e computação - se torna mais avançada, mas também de tamanho menor.

O que são vias cegas e enterradas?

As microvias podem ser cegas ou enterradas. As microvias cegas conectam uma camada externa de uma PCB a uma ou mais camadas internas e não atravessam toda a placa. Eles conectam uma camada superior externa e as camadas internas que alcançam. As vias cegas são úteis para aumentar a densidade da fiação. Se você precisar rotear faixas de sinal de uma camada externa para uma camada interna, as vias cegas geralmente são o caminho mais curto para fazer isso.

Microvias enterradas conectam duas ou mais camadas internas e não alcançam uma camada externa. Eles não podem ser vistos das camadas externas. Os fabricantes geralmente os criam usando laminações consecutivas.

O que são Vias Cheias de Cobre?

Vias preenchidas com cobre são vias preenchidas com cobre puro ou resina epóxi com cobre. Este preenchimento de cobre aumenta a condutividade da via, ajudando-a a transferir sinais de um lado da placa para o outro de forma mais eficaz. Muitos tipos de via podem ser preenchidos com cobre, incluindo vias padrão, microvias, vias cegas e vias enterradas.

Você também pode preencher vias com outros materiais, como ouro, prata, epóxi condutor, epóxi não condutor e revestimento eletroquímico. O tipo mais comum de preenchimento é o epóxi não condutor. O preenchimento de cobre, no entanto, oferece vantagens que o tornam ideal para determinadas aplicações.

Vantagens das microvias cegas cheias de cobre

O uso de microvias, sejam cegos ou enterrados, é benéfico por vários motivos, incluindo os seguintes.

Espaço

Uma das principais vantagens de usar microvias é que elas podem economizar espaço, o que acaba resultando em redução de custos. Quanto mais espaço suas vias ocuparem, mais placa você precisará e mais caro será seu projeto.

As microvias são um componente crucial dos PCBs HDI, que geralmente apresentam vias de passagem, vias enterradas, vias cegas, construção sem núcleo, construção de substrato passivo e construções alternativas de construções sem núcleo com pares de camadas. Além de seu tamanho menor e menor peso, essas placas também proporcionam um desempenho elétrico aprimorado devido à distância reduzida entre os componentes e ao maior número de transistores.

A Microvias também pode ajudá-lo a utilizar os via-in-pads (VIPs) de forma mais eficaz. Os VIPs economizam espaço criando conexões nos blocos de tecnologias montadas em superfície (SMTs). Devido ao seu tamanho menor, as microvias são adequadas para uso com VIPs. Vias normais às vezes são grandes demais para caber dentro de pads para SMTs. Microvias, no entanto, pode caber dentro de pads sem problemas de fabricação.

As microvias cegas e enterradas também são mais fáceis de fabricar do que as vias comuns cegas e enterradas, que podem ser difíceis de fabricar. As microvias, no entanto, já são feitas camada por camada, o que significa que é mais fácil torná-las cegas ou enterradas – um processo que exige trabalhar camada por camada.

Microvias também são úteis para quebrar matrizes de grade de bola (BGAs). Os VIPs da Microvia podem caber facilmente dentro dos pads de BGAs de afinação fina. Eles são ainda mais benéficos em canais de destaque. Os VIPs economizam espaço na superfície, mas também exigem um grande número de camadas para obter saídas para outras partes da placa. Microvias pode ajudá-lo a aumentar a largura dos caminhos de escape, o que pode permitir que você use menos camadas para quebrar um BGA.

EMI reduzido

O Microvias também pode ajudar a reduzir a interferência eletromagnética (EMI), que ocorre quando um campo eletromagnético afeta um circuito elétrico e interrompe o funcionamento de um dispositivo eletrônico. Por apresentarem um risco reduzido de EMI, as microvias são especialmente úteis para circuitos propensos a EMI, como aqueles usados ​​em aplicações de alta frequência ou alta velocidade.

Circuitos de alta velocidade geralmente apresentam problemas com radiação de sinal e reflexão nas vias. Reduzir o tamanho das vias, no entanto, reduz o potencial de radiação, o que se traduz em menos EMI. Para circuitos de alta velocidade, stubs – que são linhas de transmissão ou guias de onda que são conectados apenas em uma extremidade – são outra causa de problemas de EMI. Os stubs podem refletir os sinais de volta aos condutores e atenuar ou até mesmo cancelar o sinal original. Como as microvias são feitas camada por camada, no entanto, você não terá stubs.

Linhas de transmissão de alta frequência, como micro-ondas e condutores de stripline de ondas milimétricas, exigem vias para interromper os sinais. As vias padrão, no entanto, criam muita EMI para uso em linhas de tira de alta frequência. As Microvias, por outro lado, geram muito pouca EMI e não degradam a integridade do seu sinal. Os circuitos de alta frequência estão sendo usados ​​com cada vez mais frequência, tornando a EMI uma preocupação mais comum.

O enchimento das vias com cobre também proporciona vários benefícios, nomeadamente nas áreas da condutividade térmica e elétrica.

Condutividade térmica e elétrica

Usar cobre para preencher uma via aumentará a condutividade térmica da via, o que mantém o calor longe da placa, resultando em vida útil mais longa e menor risco de defeitos. Em vez de viajar para diferentes partes da placa, o calor viajará pelo cobre para o outro lado da placa, protegendo seus componentes. O cobre tem maior condutividade térmica que o ouro, que é outro material usado para preencher vias.

O cobre também tem maior condutividade elétrica do que o ouro. A condutividade do cobre em uma via permitirá que as correntes atravessem para camadas mais profundas sem sobrecarregar o PCB. Esse recurso torna as microvias preenchidas com cobre ideais para aplicações de alta tensão e aquelas que exigem correntes fortes para viajar entre cada lado da placa.

Desafios associados às microvias cegas cheias de cobre

Certos desafios estão associados à fabricação de microvias. Esses desafios às vezes podem levar a defeitos de interconexão (ICDs), falhas que ocorrem perto do revestimento e da camada interna de cobre. Esses ICDs podem causar problemas de confiabilidade, circuitos abertos, problemas intermitentes em altas temperaturas e falhas no circuito. Pode ser um desafio detectar ICDs porque eles podem funcionar corretamente durante os testes após o estágio de fabricação, mas revelar problemas durante a montagem ou uso. É importante observar esses defeitos e fabricar as placas com cuidado para evitá-los.

CDIs à base de detritos

Um tipo comum de CDI ocorre porque os detritos acabam no orifício de interconexão e depois ficam embutidos no cobre da camada interna. Esses detritos geralmente resultam do processo de perfuração. Os lasers usados ​​para perfurar microvias não criam tantos detritos quanto outros processos de perfuração de furos, portanto as microvias têm um risco menor de ICDs baseados em detritos. No entanto, ainda é importante que o fabricante verifique se todos os orifícios estão livres de detritos, resíduos, manchas de broca, fibra de vidro, enchimentos inorgânicos e outros materiais antes de preenchê-los com cobre.

Em vários tipos de vias, os CDIs baseados em detritos estão se tornando mais comuns, talvez porque mais fabricantes estejam usando materiais de baixo DK/baixo DF. Esses materiais são mais econômicos de várias maneiras, mas geralmente criam mais detritos e são mais resistentes quimicamente à limpeza do que outros materiais, como os materiais epóxi FR-4 padrão.

CDIs de falha de ligação de cobre

Outro tipo comum de CDI é uma falha de ligação de cobre. Esse tipo pode ocorrer devido ao alto estresse durante a montagem ou uso, uma banda de cobre fraca ou uma combinação dessas duas condições. Quando ocorre um ICD de falha de ligação de cobre, a conexão de cobre é fisicamente interrompida. Quanto mais fraca a ligação de cobre, menos tensão é necessária para quebrá-la.

A prevalência de CDIs de falha de ligação de cobre parece estar aumentando, possivelmente porque mais fabricantes estão usando PCBs mais espessos e temperaturas de solda sem chumbo mais altas. Tamanhos de furos maiores e solda por onda também podem aumentar a probabilidade de ocorrência de falhas na ligação de cobre. Falhas de ligação de cobre ocorrem em microvias, bem como em vias padrão.

Vazios e confiabilidade

Problemas comuns que ocorrem no processo de revestimento de cobre para microvias incluem preenchimento incompleto, ondulações e vazios. Esses defeitos podem causar problemas de confiabilidade. De acordo com um estudo de pesquisadores da Universidade de Maryland, o preenchimento incompleto de cobre aumenta os níveis de estresse nas microvias, diminuindo sua vida de fadiga, que é o número de ciclos de carregamento (estresse) que uma amostra pode suportar antes de falhar.

O impacto que um vazio tem na confiabilidade da microvia depende das características do vazio, como tamanho, forma e localização. Vazios pequenos e esféricos, por exemplo, aumentam ligeiramente a vida de fadiga das microvias, enquanto condições de esvaziamento extremas reduzem significativamente sua vida útil.

O processo de enchimento de cobre para microvias cegas

Depois de perfurar os orifícios da microvia, o fabricante colocará cobre puro ou resina epóxi com cobre para conectar os circuitos da camada interna à superfície do PCB. Este cobre permite colocar componentes ou conectores na superfície da placa e permite que o circuito se conecte entre as camadas.

Ao trabalhar com microvias cegas, o preenchimento dos orifícios da microvia sem aditivos normalmente resulta na formação de vazios. O fabricante sempre deposita cobre até que a via seja fechada, mas se não forem usados ​​aditivos, menos cobre é depositado dentro da via do que na superfície, e podem se formar vazios.

Certos aditivos orgânicos impedem a deposição na superfície e ajudam a aumentar o chapeamento dentro da microvia cega, o que leva à deposição conformada. O revestimento conforme também aumenta a proporção da microvia cega, o que limita a solução e o transporte de massa para ela. Esse processo às vezes resulta em uma microvia com uma costura no centro.

Você também pode preencher uma microvia cega com cobre usando o método de baixo para cima, que envolve depositar cobre preferencialmente no bloco de captura. Este processo criará idealmente uma baixa ondulação combinada com um mínimo de cobre superficial chapeado.

Quando você está preenchendo um orifício de passagem com cobre, é importante garantir que a camada de cobre dentro da via seja uniforme e que você não torne a camada externa muito espessa. O excesso de cobre adiciona peso desnecessário ao PCB e pode resultar em excesso de cobre nos traços. Esse problema pode resultar em defeitos, falha em atender às especificações ou aumento de custos, o que é ainda mais importante com microvias do que com vias regulares, pois as especificações do projeto são mais rígidas.

Uma consideração importante ao preencher microvias cegas é usar cobre puro ou resina epóxi e cobre. Usar cobre puro é um método mais tradicional, mas essa abordagem pode causar a formação de vazios. Contaminantes também podem ficar presos no cobre. Deixar um recesso na parte superior do recheio pode ajudar a evitar que esses problemas ocorram.

Uma abordagem para preencher os orifícios cria essencialmente duas microvias cegas. Este processo envolve primeiro o uso de revestimento conformal e, em seguida, a mudança para o revestimento de pulso agressivo, o que resulta na criação de uma forma de X no orifício formado por dois triângulos de cobre em cada parede do orifício. Essa forma forma o que são essencialmente duas microvias cegas, uma de cada lado da PCB. Na próxima etapa, você preencherá esses BMVs completamente.

Avanços recentes, como o desenvolvimento de novos eletrólitos de cobre, ajudaram a facilitar o preenchimento de microvias cegas sem defeitos e excesso de cobre. Os eletrólitos para enchimento de microvias cegos geralmente têm alta concentração de cobre, baixa concentração de ácido sulfúrico e íons cloreto. Os aditivos de eletrólitos orgânicos usados ​​para controlar as características do revestimento incluem tipicamente um iniciador, refinador de grãos e nivelador.

Microvias cegas cheias de cobre da Millennium Circuits Limited

Você precisa de PCBs com microvias cheias de cobre? Podemos coordenar a criação desses PCBs e garantir que você receba placas feitas de acordo com as especificações que você precisa. Também podemos fornecer PCBs com uma variedade de outros recursos especializados, acabamentos de superfície e materiais básicos. Atendemos pedidos pequenos e grandes com um tempo de resposta rápido.

Para saber mais sobre vias cegas preenchidas com cobre e nossos recursos, navegue em nosso site, entre em contato conosco ou solicite uma cotação hoje.