Через (электроника)

( Переходное отверстие лат. «путь» или «путь») — это электрическое соединение между двумя или более металлическими слоями печатной платы (PCB) или интегральной схемы . По сути, переходное отверстие — это небольшое просверленное отверстие, проходящее через два или более соседних слоев; отверстие покрыто металлом (часто медью), который образует электрическое соединение через изолирующие слои.

Переходные отверстия являются важной проблемой при производстве печатных плат. ^[1] Поскольку вертикальные структуры пересекают несколько слоев, они определяются иначе, чем большая часть проекта, что увеличивает вероятность ошибок. Они предъявляют самые строгие требования к регистрации (насколько тесно связаны разные слои). Они производятся с использованием другого инструмента, чем другие детали, — инструмента, который обычно имеет более жесткие допуски. Если отверстие или какой-либо слой немного смещены, возможно, выполнены неправильные электрические соединения; это может быть не видно с поверхности. После того, как отверстие просверлено, его также необходимо облицовать проводящим материалом, а не просто оставлять проводящий материал на медных слоях. Даже у изначально хорошей платы могут возникнуть проблемы позже, поскольку переходное отверстие реагирует на тепло иначе, чем подложка вокруг него. Переходные отверстия также представляют собой разрывы электрического импеданса , что может вызвать проблемы с целостностью сигнала .

В печатных платах

Плата на диаграмме текущей емкости, показывающая покрытие толщиной 1 мил в зависимости от текущей емкости и сопротивления в зависимости от диаметра на печатной плате толщиной 1,6 мм.

В конструкции печатной платы (PCB) переходное отверстие состоит из двух контактных площадок в соответствующих положениях на разных медных слоях платы, которые электрически соединены отверстием в плате. ^{[ нужна ссылка ]} Отверстие делается токопроводящим путем гальванопокрытия или облицовывается трубкой или заклепкой . ^{[ нужна ссылка ]} Многослойные печатные платы высокой плотности могут иметь микропереходы : слепые переходы открыты только на одной стороне платы, в то время как скрытые переходные отверстия соединяют внутренние слои, не открываясь ни на одной из поверхностей. Тепловые переходы отводят тепло от силовых устройств и обычно используются в массивах численностью около дюжины. ^[2]^[3]

Переходное отверстие состоит из:

Ствол — проводящая трубка, заполняющая просверленное отверстие.
Контактная площадка — соединяет каждый конец цилиндра с компонентом, плоскостью или трассировкой.
Антипад — зазор между стволом и металлическим слоем, с которым он не соединен.

Переходное отверстие, иногда называемое PTV или сквозное металлизированное отверстие, не следует путать со сквозным металлизированным отверстием (PTH). Переходное отверстие используется в качестве соединения между медными слоями на печатной плате, в то время как PTH обычно делается больше, чем переходное отверстие, и используется в качестве металлизированного отверстия для размещения выводов компонентов, таких как резисторы, не предназначенные для поверхностного монтажа, конденсаторы и микросхемы корпуса DIP. PTH также можно использовать в качестве отверстий для механического соединения, а переходные отверстия — нет. Другое использование PTH известно как зубчатое отверстие , в котором PTH выравнивается по краю платы так, что при фрезеровании платы из панели он разрезается пополам - основное использование заключается в припаивании одной печатной платы к другой в стопке, действуя таким образом и как крепеж, и как соединитель. ^[4]

На рисунке справа показаны три основных типа переходных отверстий. Основные этапы изготовления печатной платы: изготовление материала подложки и укладка его слоями; сквозное сверление металлизации переходных отверстий; и нанесение медных следов с использованием фотолитографии и травления. При использовании этой стандартной процедуры возможные конфигурации сквозных отверстий ограничиваются сквозными отверстиями. ^[а] Методы сверления с контролем глубины, такие как использование лазеров, могут обеспечить более разнообразные типы отверстий. (Лазерные сверла также можно использовать для отверстий меньшего размера и более точного расположения, чем механические сверла.) Производство печатных плат обычно начинается с так называемого ядра, базовой двусторонней печатной платы. Слои, выходящие за первые два, складываются из этого базового строительного блока. Если последовательно уложить еще два слоя снизу сердцевины, вы можете получить переходное отверстие 1-2, переходное отверстие 1-3 и сквозное отверстие . Каждый тип переходного отверстия изготавливается путем сверления на каждом этапе укладки. Если один слой уложен поверх сердцевины, а другой — снизу, возможны конфигурации переходных отверстий 1–3, 2–3 и сквозные отверстия. Пользователь должен собрать информацию о разрешенных производителем печатных плат методах укладки и возможных переходных отверстиях. На более дешёвых платах делаются только сквозные отверстия и размещаются антиплощадки (или зазоры) на слоях, которые не должны соприкасаться с переходными отверстиями.

МПК 4761

IPC 4761 определяет следующие типы переходных отверстий:

Тип I: Тентованный через
Тип II: Палаточный и крытый через
Тип III-a: Заглушенное отверстие, герметизированное с одной стороны непроводящим материалом.
Тип III-b: Заглушенное отверстие, герметизированное непроводящим материалом с обеих сторон.
Тип IV-a: Заглушено и закрыто сквозное отверстие, запечатано непроводящим материалом и покрыто влажной паяльной маской с одной стороны.
Тип IV-b: Заглушено и закрыто сквозное отверстие, герметизировано непроводящим материалом и покрыто влажной паяльной маской с обеих сторон.
Тип V: Заполненное сквозное отверстие, заполненное непроводящей пастой.
Тип VI-a: Заполненное и закрытое сквозное отверстие, покрытое с одной стороны сухой пленкой или влажной паяльной маской.
Тип VI-b: Заполненное и закрытое сквозное отверстие, покрытое сухой пленкой или влажной паяльной маской с обеих сторон.
Тип VII: Заполненное и закрытое переходное отверстие, заполненное непроводящей пастой и покрытое покрытием с обеих сторон.

Поведение при отказе

Если они сделаны правильно, переходные отверстия на печатной плате в первую очередь выйдут из строя из-за дифференциального расширения и сжатия между медным покрытием и печатной платой в направлении вне плоскости (Z). Это дифференциальное расширение и сжатие вызовет циклическую усталость медного покрытия, что в конечном итоге приведет к распространению трещин и электрическому разрыву цепи. На скорость деградации будут влиять различные параметры конструкции, материала и окружающей среды. ^[5]^[6] Чтобы обеспечить надежность, IPC спонсировала циклическое упражнение, в ходе которого был разработан калькулятор времени до отказа. ^[7]

Переходные отверстия в интегральных схемах

В конструкции интегральных схем (ИС) переходное отверстие представляет собой небольшое отверстие в изолирующем оксидном слое, которое обеспечивает проводящее соединение между различными слоями. Переходное отверстие интегральной схемы, которое полностью проходит через кремниевую пластину или кристалл, называется сквозным отверстием кристалла или сквозным кремниевым отверстием (TSV). сквозные стеклянные переходные отверстия ( TGV исследовала Компания Corning Glass ) для полупроводниковых корпусов из-за меньших электрических потерь в стеклянных упаковках по сравнению с кремниевыми. ^[8] Переходное отверстие, соединяющее самый нижний слой металла с диффузией или полиэфиром, обычно называется «контактом».

Галерея

Сквозные отверстия на многослойной плате (увеличено)
Двухслойное покрытие в CAD. Vias делает возможным размещение EDA .
Нижний слой – Красный
Верхний слой – Синий
Покрытие металлизированных сквозных отверстий:
Вверху – Верхний слой
Вниз – нижний слой

Поперечное сечение многослойного сквозного отверстия
Маленькие металлические кружочки — это переходные отверстия.
Заполненные переходные отверстия без видимых отверстий

См. также

Примечания

^ Сквозные отверстия на ядро. Можно, хотя и дороже, создать глухие или заглубленные переходные отверстия, используя дополнительные сердцевины и этапы ламинирования. Также возможно просверлить и удалить покрытие с одной стороны до нужного слоя, в результате чего физическое отверстие останется сквозным, но создаст электрический эквивалент глухого переходного отверстия. Если печатной плате требуется достаточное количество слоев, чтобы оправдать слепые и заглубленные переходные отверстия, она, вероятно, также использует достаточно маленькие дорожки, упакованные достаточно плотно, чтобы потребовать микроотверстия (просверленные лазером).

Ссылки

^ «Переходные отверстия печатной платы: подробное руководство» . ЭПикколо Инжиниринг .
^ «Проектирование печатных плат: внимательный взгляд на факты и мифы о тепловых переходах» .
^ Гаутам, Дипак; Вейджер, Дэйв; Мусави, Фарибож; Эдингтон, Мюррей; Эберле, Уилсон; Данфорд, Уилла Г. (17 марта 2013 г.). Обзор терморегулирования в силовых преобразователях с тепловыми переходами . 2013 Двадцать восьмая ежегодная конференция и выставка IEEE по прикладной силовой электронике (APEC). Лонг-Бич, Калифорния, США: IEEE. дои : 10.1109/APEC.2013.6520276 .
^ «Зончатые отверстия / краевое покрытие печатной платы / зубцы» . Hi-Tech Corp. 2011. Архивировано из оригинала 26 мая 2016 г. Проверено 2 января 2013 г.
^ К. Хиллман, Понимание сквозных сбоев, Global SMT & Packaging – ноябрь 2013 г., стр. 26–28, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding_Plated_Through_Via_Failures.pdf?t=1514473946162
^ К. Хиллман, Надежное металлическое покрытие посредством проектирования и изготовления, http://resources.dfrsolutions.com/White-Papers/Reliability/Reliable-Plated-Through-Via-Design-and-Fabrication1.pdf
^ «Калькулятор усталости сквозного отверстия (PTH)» . Решения DfR . Проверено 17 декабря 2017 г.
^ «Прогресс и применение технологии сквозного стекла (TGV)» (PDF) . Corning.com . Проверено 8 августа 2019 г.

Дальнейшее чтение

«Советы по проектированию переходных отверстий печатной платы» (PDF) (Техническое примечание). Быстрая проверка. 2014. RU-00417 . Проверено 18 декабря 2017 г.
«Через палатку — Обзор вариантов» . МЫ Онлайн . Вюрт Электроник ГмбХ & Ко. КГ . 2014. Печатные платы > Компоновка > Советы по дизайну > Палатка. Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
«Через подключение — Обзор вариантов» . МЫ Онлайн . Вюрт Электроник ГмбХ & Ко. КГ . 2014. Печатные платы > Компоновка > Советы по проектированию > Подключение. Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
«Через заполнение — Обзор вариантов» . МЫ Онлайн . Вюрт Электроник ГмбХ & Ко. КГ . 2013. Печатные платы > Компоновка > Советы по дизайну > Наполнение. Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
«Микровиальная начинка» . МЫ Онлайн . Вюрт Электроник ГмбХ & Ко. КГ . 2015. Печатные платы > Компоновка > Советы по дизайну > Заполнение микропереходами. Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
Динглер, Клаус; Мусевски, Маркус (18 марта 2009 г.). «Плагген / Затыкание» . ФЭД-Вики (на немецком языке). Берлин, Германия: Fachverband Elektronik-Design eV (FED). Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
«С помощью методов оптимизации проектов высокоскоростных каналов» (PDF) (примечания по применению). 1.0. Корпорация Альтера . Май 2008 г. Ан-529-1.0. Архивировано (PDF) из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
Чу, Джун (11 апреля 2017 г.). «Сверление на контролируемую глубину или обратное бурение» . Интернет-документация для продуктов Altium . Альтиум . Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
Локхед, Фил (30 мая 2017 г.). «Удаление неиспользуемых подушечек и добавление капель» . Интернет-документация для продуктов Altium . Альтиум . Архивировано из оригинала 18 декабря 2017 г. Проверено 18 декабря 2017 г.
Брукс, Дуглас Г.; Адам, Йоханнес (9 февраля 2017 г.). Температура трассировки и переходного отверстия печатной платы: полный анализ (2-е изд.). Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 978-1541213524 .

Внешние ссылки

Онлайн с помощью калькулятора (расчёт силы тока, емкости, импеданса, рассеиваемой мощности).

[5] Сквозные отверстия на ядро. Можно, хотя и дороже, создать глухие или заглубленные переходные отверстия, используя дополнительные сердцевины и этапы ламинирования. Также возможно просверлить и удалить покрытие с одной стороны до нужного слоя, в результате чего физическое отверстие останется сквозным, но создаст электрический эквивалент глухого переходного отверстия. Если печатной плате требуется достаточное количество слоев, чтобы оправдать слепые и заглубленные переходные отверстия, она, вероятно, также использует достаточно маленькие дорожки, упакованные достаточно плотно, чтобы потребовать микроотверстия (просверленные лазером).

[Epiccolo-1] «Переходные отверстия печатной платы: подробное руководство» . ЭПикколо Инжиниринг .

[EDN-2] «Проектирование печатных плат: внимательный взгляд на факты и мифы о тепловых переходах» .

[3] Гаутам, Дипак; Вейджер, Дэйв; Мусави, Фарибож; Эдингтон, Мюррей; Эберле, Уилсон; Данфорд, Уилла Г. (17 марта 2013 г.). Обзор терморегулирования в силовых преобразователях с тепловыми переходами . 2013 Двадцать восьмая ежегодная конференция и выставка IEEE по прикладной силовой электронике (APEC). Лонг-Бич, Калифорния, США: IEEE. дои : 10.1109/APEC.2013.6520276 .

[Castell-4] «Зончатые отверстия / краевое покрытие печатной платы / зубцы» . Hi-Tech Corp. 2011. Архивировано из оригинала 26 мая 2016 г. Проверено 2 января 2013 г.

[Hillman_2013-6] К. Хиллман, Понимание сквозных сбоев, Global SMT & Packaging – ноябрь 2013 г., стр. 26–28, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding_Plated_Through_Via_Failures.pdf?t=1514473946162

[Hillman-7] К. Хиллман, Надежное металлическое покрытие посредством проектирования и изготовления, http://resources.dfrsolutions.com/White-Papers/Reliability/Reliable-Plated-Through-Via-Design-and-Fabrication1.pdf

[Calculator-8] «Калькулятор усталости сквозного отверстия (PTH)» . Решения DfR . Проверено 17 декабря 2017 г.

[Corning_2019-9] «Прогресс и применение технологии сквозного стекла (TGV)» (PDF) . Corning.com . Проверено 8 августа 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[а]

[5]

[6]

[7]

[8]