PCB-Via-in-Pad-Design in der Fertigung

Was ist Via-in-Pad?

Die Via-in-Pad-Technologie (VIP) bedeutet im Wesentlichen Platzierung von Durchkontaktierungen direkt innerhalb der BauteilpadsStellen Sie sich das so vor: Während bei herkömmlichen Designs Durchkontaktierungen neben den Pads platziert werden, können Durchkontaktierungen bei VIP innerhalb der Pads selbst „residieren“.

Warum Via-in-Pad verwenden?

Anwendungsszenario-Vergleichstabelle

Anwendungsszenario	Schwierigkeiten beim traditionellen Design	VIP-Lösung
BGA-Chips	Pins zu dicht, kein Platz für Durchkontaktierungen	Die Leiterbahnen sind unter den Pads versteckt, was Platz spart.
Hochfrequenz-Schaltungen	Lange Signalwege beeinträchtigen die Leistung	Wege verkürzen, Signalqualität verbessern
Leistungsmodule	Schlechte Wärmeableitung, Chips überhitzen	Verbesserung der Wärmeableitung durch Durchkontaktierungen

Real CaseDas BGA-Gehäuse eines Prozessors auf einer Smartphone-Hauptplatine hat einen Pin-Abstand von nur 0,4 mm – ohne VIP wäre eine Verdrahtung unmöglich!

Zwei Kernprozesse: Harzverfüllung vs. Galvanisierungsfüllung

Prozessvergleichstabelle

Charakteristisch	Harzverstopfung	Galvanische Beschichtung
Kosten	Mittel	Hoch
Schwierigkeit	Relativ einfach	Schwierig
Oberflächenebenheit	Gut (muss geschliffen werden)	Ausgezeichnet
Wärmeleitfähigkeit	Durchschnitt	Ausgezeichnet
Anwendungsszenarien	Standard-BGA	Hochwertige Chips, hohe Anforderungen an die Wärmeableitung

Wichtige Punkte für die Praxis des Harzstopfens

Die Materialauswahl ist entscheidend:
Hochwertiges Harz = Geringe Schrumpfrate + Hoher Tg-Wert + Angepasster CTE

Wenn die Schrumpfrate des Harzes zu hoch ist, tritt ein „Pitting-Effekt“ auf – ähnlich wie bei einer Straßensenkung –, der zu einer Vertiefung der Pad-Oberfläche und damit zu Lötfehlern führt.

Prozesskontrollpunkte:

1. Sauberkeit: Verunreinigungen in Bohrlöchern? Auf keinen Fall! Wie bei einer sterilen Operation in der Chirurgie.
2. Filling Pressure: Too high → resin overflow; Too low → incomplete filling
3. Aushärtungskurve: Ein schneller Temperaturanstieg verursacht Blasenbildung, ähnlich wie beim Backen, wenn man die Hitze reguliert.

Insiderwissen über Galvanisierungs-Fülltechnologie

Hohe Anforderungen an die Ausrüstung:

• Anlage zur horizontalen Kupferabscheidung
• Impuls-Galvanisierungssystem
• Präzisionssteuerungssoftware

ErfolgsindikatorBei der Querschnittsprüfung muss das Loch wie eine massive Kupfersäule ohne Hohlräume aussehen!

„Leitfaden zur Vermeidung von Fallstricken“ für die Entwurfsphase

Goldene Regeln für die Blendenkonstruktion

Empfohlen: 0,10 mm Laser-Via
Warnung: Bei Löchern > 0,15 mm steigt die Schwierigkeit beim Füllen drastisch an!

Berechnung der Pad-Größe:
Pad diameter ≥ Hole diameter + 0.20mm

Beispiel: Bei einem Lochdurchmesser von 0,10 mm sollte das Pad mindestens 0,30 mm groß sein.

Weisheit bei der Materialauswahl

• Grundmaterial: Wählen Sie FR-4 TG170 oder höher für hohe Temperaturbeständigkeit.
• Kupferfolie: Muss mit dem Galvanisierungsprozess kompatibel sein.
• Frühzeitige Kommunikation: Gehen Sie nicht davon aus, dass Hersteller alles können!

Produktionsprozess

Fertigungsprozessablauf

Drilling → Hole Metallization → Plugging/Filling → Surface Treatment → Inspection

Wichtige Kontrollpunkte

Bohrphase:

• Die „Hitze“ beim Laserbohren richtig kontrollieren
• Spiegelglatte Lochwände sind ideal

Checkliste für die Qualität der Steckverbindung:

• Oberflächenebenheit: Vertiefung < 25 µm
• Füllrate: >95 %
• Blasen: Null Toleranz
• Sauberkeit: Keine Verunreinigung

Qualitätskontrolle

Umfassende Inspektionsmethoden

Prüfverfahren	Was zu überprüfen ist	Standardanforderungen
Mikroschliff-Analyse	Interne Struktur	Keine Hohlräume, Kupferdicke entspricht den Normen
AOI-Inspektion	Oberflächenfehler	Keine Depression, keine Kontamination
Röntgenstrahlung	Interne Füllung	Keine großflächigen Hohlräume
Elektrische Prüfung	Verbindungsleistung	100 % Durchgangsprüfung

Zuverlässigkeitstest-Elemente

• Thermal Stress Test: 288℃ solder pot immersion for 10 seconds, check for board delamination
• Temperature Cycling: -55℃ to 125℃ repeated testing, verify lifespan
• Thermoschockprüfung: Sofortiger Wechsel zwischen extremer Kälte und Hitze, Prüfung der Materialhaftung

Wann sollten Sie Via-in-Pad verwenden?

Empfohlene Anwendungsszenarien

• Bei BGA-Chips, insbesondere mit einem Abstand von <0,8 mm
• CPU-/GPU-Stromanschlüsse erfordern eine gute Wärmeableitung.
• Hochfrequente Differenzsignale erfordern eine konstante Impedanz.
• Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie HDMI, USB 3.0

Mit Vorsicht verwenden

• Kostensensible Projekte erfordern Kompromisse.
• Wenn die Prozessfähigkeit des Herstellers unzureichend ist
• Wenn traditionelle Designs für Standard-Pitch-Komponenten ausreichen

Zusammenfassung

Via-in-Pad ist eine Schlüsseltechnologie für das Design von Leiterplatten mit hoher Dichte, deren erfolgreiche Umsetzung eine enge Zusammenarbeit zwischen Design- und Fertigungsteams erfordert. Durch die Auswahl geeigneter Verfahren, strenge Qualitätskontrollen und gründliche Zuverlässigkeitsprüfungen lassen sich die Vorteile dieser Technologie in Bezug auf Platzersparnis und Leistungssteigerung voll ausschöpfen.