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如果您希望優(yōu)化印刷電路板 （PCB） 設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高密度互連 （HDI） 組裝，那么 via-in-pad 技術(shù)可能是您需要的改變游戲規(guī)則的工具。但是 HDI 組裝中的焊盤通到底是什么，為什么要考慮它呢？簡而言之，焊盤內(nèi)通孔技術(shù)涉及將通孔直接放置在元件焊盤下方，從而在緊湊的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更緊密的布局、改進(jìn)的熱管理和更好的信號(hào)完整性。

什么是 HDI 組裝中的 Via-in-Pad 技術(shù)？

焊盤內(nèi)通孔技術(shù)是 HDI 組裝中使用的一種設(shè)計(jì)技術(shù)，其中通孔（連接 PCB 不同層的小孔）直接放置在表面貼裝元件的焊盤下方。與位于元件焊盤外部并占用額外電路板空間的傳統(tǒng)過孔不同，焊盤中的過孔將這些連接集成到焊盤本身中。這種方法通常與稱為 VIPPO（焊盤內(nèi)通孔電鍍）的工藝配合使用，其中填充和電鍍通孔以形成用于元件安裝的平坦表面。

在空間非常寶貴的 HDI 組裝中，這項(xiàng)技術(shù)允許使用更細(xì)間距的組件和更緊湊的設(shè)計(jì)。它特別適用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等現(xiàn)代電子產(chǎn)品，這些設(shè)備要求在小尺寸中實(shí)現(xiàn)高性能。通過消除對(duì)通孔周圍額外空間的需求，設(shè)計(jì)人員可以將更多功能封裝到更小的區(qū)域，直接滿足元件密度增加的需求。

Via-in-Pad 技術(shù)在 HDI 組裝中的主要優(yōu)勢(shì)

via-in-pad 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，尤其是與 VIP 結(jié)合使用時(shí)，使其成為高級(jí) PCB 設(shè)計(jì)的首選。以下是可以改變您的 HDI 項(xiàng)目的突出優(yōu)勢(shì)。

1. 節(jié)省空間和元件密度增加

via-in-pad HDI 組件最重要的好處之一是能夠大幅減少 PCB 上所需的空間。傳統(tǒng)的過孔放置需要額外的空間來讓走線繞過過孔布線，這通常會(huì)導(dǎo)致更大的電路板尺寸。使用 via-in-pad，您可以將過孔直接放置在元件下方，從而釋放寶貴的空間。這允許顯著提高元件密度，從而支持具有更精細(xì)間距元件的設(shè)計(jì)，例如 0.4mm 甚至 0.3mm 球柵陣列 （BGA）。例如，在智能手機(jī)的典型 HDI 設(shè)計(jì)中，這可能意味著與傳統(tǒng)布局相比，在相同區(qū)域內(nèi)多安裝20-30%的組件。

2. 改進(jìn)的信號(hào)完整性

在高速設(shè)計(jì)中，信號(hào)完整性至關(guān)重要。Via-in-pad 技術(shù)最大限度地減少了將元件連接到過孔所需的走線長度，從而降低了寄生電感和電容。較短的走線意味著更少的信號(hào)延遲和更低的串?dāng)_風(fēng)險(xiǎn)。例如，在工作頻率為 5 GHz 的設(shè)計(jì)中，通過焊盤通孔將走線長度減少幾毫米，即可將信號(hào)延遲減少多達(dá) 10 皮秒，從而確保更清晰的數(shù)據(jù)傳輸。

3. 通過 Via-in-Pad 增強(qiáng)熱管理

熱管理 via-in-pad 是另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。將通孔直接放置在發(fā)熱元件（如電源 IC 或處理器）下方，可形成一條直接路徑，使熱量通過 PCB 層散發(fā)到散熱器或接地層。在某些設(shè)計(jì)中，這可以將關(guān)鍵組件的工作溫度降低 5-10°C，從而延長其使用壽命和可靠性。在多層 HDI 板中，可以戰(zhàn)略性地放置過孔以形成熱導(dǎo)管，從而在緊湊的空間內(nèi)有效地管理熱量。

4. VIPPO 優(yōu)勢(shì)：可靠性和可制造性

VIPPO（焊盤內(nèi)過孔電鍍）工藝通過用導(dǎo)電材料填充過孔并在其上電鍍以形成光滑、平坦的表面，從而增強(qiáng)了焊盤內(nèi)過孔的優(yōu)勢(shì)。這消除了在組裝過程中焊料芯吸到通孔中的風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致空洞或接頭薄弱。VIPPO 還提高了焊盤的結(jié)構(gòu)完整性，使其在元件放置方面更加堅(jiān)固。結(jié)果是電路板更可靠，組裝缺陷更少，這對(duì)于醫(yī)療設(shè)備或汽車電子等高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用至關(guān)重要。

熱管理 Via-in-Pad：仔細(xì)觀察

散熱是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)設(shè)備變得越來越小、功能越來越強(qiáng)大時(shí)。熱管理 via-in-pad 通過將通孔變成熱導(dǎo)管提供了一種實(shí)用的解決方案。當(dāng)放置在高功率元件下時(shí)，這些通孔將熱量直接傳遞到內(nèi)層或接地層，它們可以充當(dāng)散熱器。這在多層 HDI 板中特別有效，因?yàn)闊崃靠梢苑植荚诙鄠€(gè)平面上。

使用 Via-in-Pad 的 HDI 布線技術(shù)

由于組件密度高且空間有限，HDI 設(shè)計(jì)中的布線很復(fù)雜。Via-in-pad 技術(shù)與先進(jìn)的 HDI 布線技術(shù)相結(jié)合，為這些挑戰(zhàn)提供了解決方案。以下是它的工作原理以及最大限度地發(fā)揮其潛力的一些策略。

1. 微孔集成

HDI 板通常使用微孔（直徑小至 0.1mm 的微小通孔）來連接各層。當(dāng)與 via-in-pad 結(jié)合使用時(shí)，微孔允許直接在元件下方進(jìn)行精確布線，從而最大限度地減少走線長度。這對(duì)于小間距 BGA 來說是理想的選擇，因?yàn)槠渲刑右莶季€（將內(nèi)引腳連接到外層）可能是一個(gè)瓶頸。例如，具有 256 個(gè)引腳的 0.5mm 間距 BGA 可以使用焊盤下的微孔進(jìn)行布線，從而在某些設(shè)計(jì)中將額外層的需求減少多達(dá) 2 層。

2. 堆疊和交錯(cuò)過孔

在多層 HDI 板中，堆疊或交錯(cuò)的過孔可以提高布線靈活性。堆疊過孔直接連接焊盤下方的多個(gè)層，而交錯(cuò)過孔則偏移連接以避免干擾。將 via-in-pad 與這些技術(shù)結(jié)合使用可確保有效利用空間，同時(shí)保持信號(hào)完整性。設(shè)計(jì)人員必須確保保持適當(dāng)?shù)耐卓v橫比（深度與直徑）——微孔通常低于 0.8：1——以避免制造問題。

3. 扇出優(yōu)化

對(duì)于 BGA 或 QFN 等復(fù)雜組件，扇出布線至關(guān)重要。Via-in-pad 允許在元件下方直接扇出，從而減少了封裝外所需的過孔數(shù)量。這不僅節(jié)省了空間，還簡化了布線過程，減少了設(shè)計(jì)時(shí)間和潛在錯(cuò)誤。具有自動(dòng)布線功能的軟件工具可以幫助優(yōu)化這些布局，確保跟蹤盡可能簡短和直接。

Via-in-Pad 在 HDI 組裝中的挑戰(zhàn)

雖然 via-in-pad 技術(shù)提供了許多好處，但它并非沒有挑戰(zhàn)。了解這些障礙可以幫助設(shè)計(jì)人員做出明智的決策并避免陷阱。

1. 制造復(fù)雜性

實(shí)施焊盤內(nèi)通孔，尤其是使用 VIPPO，會(huì)增加制造過程的復(fù)雜性。填充和電鍍通孔需要精確控制，以避免出現(xiàn)空隙或不平整表面等缺陷。與標(biāo)準(zhǔn) HDI 工藝相比，這可能會(huì)使生產(chǎn)成本增加 10-15%。與具有先進(jìn) HDI 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的可靠制造合作伙伴合作對(duì)于確保質(zhì)量至關(guān)重要。

2. 設(shè)計(jì)約束

必須仔細(xì)規(guī)劃 via-in-pad 放置，以避免干擾元件性能。例如，在焊盤下放置過多的過孔會(huì)削弱其結(jié)構(gòu)完整性，從而導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)問題。設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循一些原則，例如保持最小過孔到焊盤邊緣距離（通常為 0.1mm）并根據(jù)焊盤尺寸限制過孔密度。

3. 熱和電氣權(quán)衡

雖然熱管理焊盤 via in-pad 是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，但過度使用熱通孔會(huì)破壞接地層或信號(hào)路徑，從而導(dǎo)致電噪聲。通過仿真和測(cè)試來平衡熱和電氣要求對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。

在 HDI 設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn) via-in-Pad 的最佳實(shí)踐

要在 HDI 組裝中充分利用 via-in-pad 技術(shù)，請(qǐng)遵循這些設(shè)計(jì)和制造成功的最佳實(shí)踐。

• 優(yōu)化過孔尺寸和位置：使用直徑為 0.1-0.15 mm 的微孔以節(jié)省空間，并將它們巧妙地放置在焊盤下方，以避免對(duì)元件產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。

• 使用 VIPPO 確?？煽啃裕哼x擇焊盤電鍍通孔技術(shù)，以防止芯吸并確保平坦的安裝表面，特別是對(duì)于細(xì)間距元件。

• 仿真熱性能和信號(hào)性能：利用設(shè)計(jì)軟件對(duì)散熱和信號(hào)完整性進(jìn)行建模，確保過孔在不造成干擾的情況下提高性能。

• 與制造商合作：與您的 PCB 制造商密切合作，使設(shè)計(jì)規(guī)則與其功能保持一致，從而最大限度地降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

為什么 Via-in-Pad 是 HDI 組裝的未來

Via-in-pad 技術(shù)通過提供無與倫比的空間節(jié)省、改進(jìn)的熱管理和增強(qiáng)的信號(hào)完整性，正在徹底改變 HDI 組裝。從提高元件密度到優(yōu)化 HDI 布線技術(shù)，這種方法以精確和高效的方式滿足了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的需求。VIPPO 的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提高了可靠性，使其成為高性能應(yīng)用的可靠選擇。

通過了解其優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，并遵循最佳實(shí)踐，設(shè)計(jì)人員可以在他們的項(xiàng)目中充分利用 via-in-pad 的潛力。無論您是在開發(fā)尖端的可穿戴設(shè)備還是復(fù)雜的汽車系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)都可以幫助您實(shí)現(xiàn)更小、更快、更可靠的設(shè)計(jì)。采用焊盤內(nèi)通孔 HDI 組裝，在不斷發(fā)展的 PCB 設(shè)計(jì)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。