Terkubur Melalui Teknologi di PCB Multilayer: Mengemudi Miniaturisasi dan Integritas Sinyal

In the race to pack more functionality into smaller electronics—from 5G smartphones to medical implants—multilayer PCBs rely on innovative via technologies to maximize density without sacrificing performanceDi antara ini, terkubur melalui teknologi menonjol sebagai enabler penting, memungkinkan insinyur untuk menghubungkan lapisan dalam tanpa mengkonsumsi ruang berharga pada permukaan luar.Dengan menghilangkan melalui-lubang vias yang menembus seluruh papan, vial terkubur membuka kepadatan komponen yang lebih tinggi, jalur sinyal yang lebih pendek, dan manajemen termal yang lebih baik kunci untuk perangkat frekuensi tinggi modern, keandalan tinggi.Panduan ini mengeksplorasi bagaimana dikubur melalui teknologi bekerja, keunggulannya dalam PCB canggih, tantangan manufaktur, dan solusi untuk memastikan kualitas yang konsisten.

Apa Itu Vias Terkubur?
Via terkubur adalah jalur konduktif yang menghubungkan hanya lapisan dalam PCB multilayer, tetap sepenuhnya tersembunyi di dalam inti papan (tidak ada paparan pada lapisan luar).Tidak seperti vias melalui lubang (yang menjangkau semua lapisan) atau vias buta (yang menghubungkan lapisan luar ke lapisan dalam), vias yang terkubur sepenuhnya terkapsul selama laminasi, membuat mereka tidak terlihat dalam PCB akhir.

Karakteristik utama:
1Lokasi: Sepenuhnya di dalam lapisan dalam; tidak ada kontak dengan permukaan tembaga luar.
2.Ukuran: Biasanya diameter 0,1 ~ 0,3 mm (lebih kecil dari vias lubang), memungkinkan tata letak kepadatan tinggi.
3Konstruksi: Dibor ke dalam lapisan internal individu sebelum laminasi, kemudian dilapisi tembaga dan diisi dengan epoksi atau pasta konduktif untuk memastikan integritas struktural.

Bagaimana Vias Terkubur Mengubah Desain PCB Multilayer
Dibakar melalui teknologi mengatasi dua titik nyeri kritis dalam desain PCB modern: keterbatasan ruang dan degradasi sinyal.

1. Memaksimalkan Kapadatan Papan
Dengan membatasi saluran ke lapisan dalam, saluran terkubur membebaskan lapisan luar untuk komponen aktif (misalnya, BGA, QFP) dan mikro,meningkatkan kepadatan komponen sebesar 30~50% dibandingkan dengan desain yang hanya menggunakan vias lubang.

Contoh: PCB 5G 12 lapis yang menggunakan vias terkubur dapat menampung 20% lebih banyak komponen dalam jejak yang sama dengan desain lubang tembus, memungkinkan modul stasiun dasar yang lebih kecil.

2Meningkatkan Integritas Sinyal
Jalur sinyal yang panjang dan berliku-liku dalam desain lubang menyebabkan hilangnya sinyal, crosstalk, dan latency. Masalah kritis untuk sinyal frekuensi tinggi (28GHz+).Via terkubur memperpendek jalur sinyal dengan menghubungkan lapisan dalam secara langsung, mengurangi:

a. Penundaan penyebaran: Sinyal bergerak 20-30% lebih cepat antara lapisan dalam.
b.Crosstalk: Membatasi jejak kecepatan tinggi ke lapisan dalam (diisolasi oleh bidang tanah) mengurangi gangguan sebesar 40%.
c. Ketidakcocokan impedansi: Lebih pendek melalui stubs meminimalkan refleksi di antarmuka kecepatan tinggi (misalnya, PCIe 6.0, USB4).

3Meningkatkan Manajemen Termal
Via terkubur bertindak sebagai "via termal" ketika diisi dengan epoksi konduktif atau tembaga, menyebarkan panas dari lapisan dalam yang panas (misalnya, IC manajemen daya) ke lapisan luar atau sumur panas.Hal ini mengurangi hotspot dengan 15-25°C di PCB padat dikemas, memperpanjang umur komponen.

Aplikasi: Di Mana Vias Terkubur Merah
Dipengubur melalui teknologi sangat diperlukan dalam industri yang menuntut miniaturisasi, kecepatan, dan keandalan.
1. 5G dan Telekomunikasi
Stasiun pangkalan dan router 5G membutuhkan PCB yang menangani sinyal mmWave 2860GHz dengan kehilangan minimal.

a.Memungkinkan desain lapisan 10+ dengan jarak jejak yang ketat (2 ∼3 mil) untuk jalur frekuensi tinggi.
b. Mendukung array padat komponen RF (misalnya, penguat daya, filter) dalam kandang yang kompak.
c. Mengurangi kehilangan sinyal dalam sirkuit beamforming, penting untuk memperluas cakupan 5G.

2. Elektronik Konsumen
Smartphone, wearables, dan tablet bergantung pada vias terkubur untuk mengemas lebih banyak fitur (kamera, modem 5G, baterai) ke dalam desain ramping:

a. PCB smartphone unggulan yang khas menggunakan 812 lapisan dengan ratusan vias terkubur, mengurangi ketebalan sebesar 0,3 0,5 mm.
b.Perangkat yang dapat dipakai (misalnya, jam tangan pintar) menggunakan vias terkubur untuk menghubungkan array sensor tanpa meningkatkan ukuran perangkat.

3. Perangkat medis
Alat medis miniatur (misalnya, endoskop, alat pacu jantung) membutuhkan PCB yang kecil, dapat diandalkan, dan biokompatibel:

a.Via terkubur memungkinkan PCB 16+ lapisan dalam endoskop, penyesuaian sensor pencitraan dan pemancar data ke poros diameter 10mm.
b. Dalam alat pacu jantung, vias terkubur mengurangi EMI dengan mengisolasi jejak daya tegangan tinggi dari sirkuit sensor sensitif.

4. Elektronik Otomotif
ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) dan sistem manajemen daya EV membutuhkan PCB yang kuat dan kompak:

a.Via terkubur menghubungkan 12-20 lapisan dalam modul radar ADAS, mendukung operasi 77GHz di ruang yang sempit di bawah kap.
b.Dalam sistem manajemen baterai EV (BMS), vias terkubur meningkatkan konduktivitas termal, mencegah pemanasan berlebihan di jalur arus tinggi.

Tantangan Pembuatan Vias Terkubur
Sementara vias terkubur menawarkan manfaat yang signifikan, produksi mereka lebih kompleks daripada vias tradisional, yang membutuhkan presisi dan proses canggih:
1. Perataan Lapisan
Via terkubur harus sejajar dengan bantalan target pada lapisan dalam yang berdekatan dalam ± 5 μm untuk menghindari terbuka atau pendek.

Solusi: Produsen menggunakan sistem penyelarasan optik otomatis (AOI) selama laminasi, dengan referensi fiducial pada setiap lapisan untuk memastikan akurasi.

2. Pengeboran presisi
Via terkubur membutuhkan diameter kecil (0,1 ∼0,3 mm) dan rasio aspek yang tinggi ( kedalaman / diameter = 3: 1 atau lebih tinggi), membuat pengeboran mekanis tidak praktis karena keausan alat dan drift.

Solusi: Pengeboran laser (laser UV atau CO2) mencapai akurasi posisi ± 2μm dan lubang bersih tanpa burr ∼kritis untuk vias kecil dalam PCB frekuensi tinggi.

3. Seragam plating
Plating tembaga di dalam vias terkubur harus seragam (kekandalan 25 ‰ 50 μm) untuk memastikan konduktivitas dan kekuatan struktural.

Solusi: Plating tembaga tanpa elektroli diikuti oleh plating elektrolitik, dengan pemantauan ketebalan secara real time melalui fluoresensi sinar-X (XRF).

4Biaya dan Kompleksitas
Dibakar melalui produksi menambahkan langkah-langkah (pengeboran pra-laminasi, pengisian, plating) yang meningkatkan waktu dan biaya manufaktur sebesar 20-30% dibandingkan dengan desain lubang.

Solusi: Desain hibrida (menggabungkan vias terkubur untuk lapisan dalam dan vias buta untuk lapisan luar) menyeimbangkan kepadatan dan biaya untuk aplikasi rentang menengah.

Praktik Terbaik untuk Dibakar Melalui Pelaksanaan
Untuk memanfaatkan vias terkubur secara efektif, ikuti pedoman desain dan manufaktur berikut:
1. Desain untuk Manufacturability (DFM)
a. Ukuran Via vs. Jumlah Lapisan: Untuk PCB 10+ lapisan, gunakan vias terkubur 0,15 ∼0,2 mm untuk menyeimbangkan kepadatan dan manufaktur.
b. Jarak: Pertahankan diameter 2×3x di antara vias terkubur untuk menghindari gangguan sinyal dan masalah plating.
c. Perencanaan Stack-Up: Tempatkan pesawat daya/tanah bersebelahan dengan lapisan sinyal dengan vias terkubur untuk meningkatkan perisai dan transfer panas.

2. Pemilihan Bahan
a. Substrat: Gunakan laminasi dengan Tg tinggi FR-4 (Tg ≥170°C) atau dengan kerugian rendah (misalnya, Rogers RO4830) untuk desain frekuensi tinggi, karena mereka menahan penyimpangan selama laminasi yang penting untuk perataan via.
b. Bahan Pengisi: Via terkubur yang diisi epoxy berfungsi untuk sebagian besar aplikasi; pengisian pasta konduktif lebih baik untuk manajemen termal dalam PCB daya.

3. Kontrol Kualitas
a.Pemeriksaan: Gunakan pemeriksaan sinar-X untuk memverifikasi melalui plating, keselarasan, dan pengisian (tidak ada kekosongan).
b.Pengujian: Melakukan pengujian kontinuitas pada 100% vias terkubur menggunakan penguji probe terbang untuk menangkap bukaan atau celana pendek.

Studi kasus: Vias terkubur dalam PCB 5G 16 lapis
Sebuah produsen telekomunikasi terkemuka membutuhkan PCB 16 lapis untuk modul 5G mmWave, dengan persyaratan:

a. Jalur sinyal 28 GHz dengan kerugian < 1dB per inci.
Densitas komponen: 200+ komponen per inci persegi (termasuk BGA pitch 0,4 mm).
c. Ketebalan: < 2,0 mm.

Solusi:

a.Menggunakan vias terkubur 0,2 mm untuk menghubungkan lapisan sinyal bagian dalam (lapisan 3 ∼ 14), mengurangi panjang jalur sinyal sebesar 40%.
b.Dikombinasikan dengan vias buta 0,15 mm untuk lapisan luar (1 ′′2, 15 ′′16) untuk menghubungkan BGA.
c.Via yang dibor dengan laser dengan pelapis tembaga elektroless (30μm tebal) dan pengisi epoksi.

Hasilnya:

a. Kerugian sinyal berkurang menjadi 0,8 dB/inci pada 28 GHz.
b. Ketebalan papan mencapai 1,8 mm, 10% di bawah target.
c. Hasil pertama lulus meningkat dari 65% (menggunakan vias melalui lubang) menjadi 92% dengan vias terkubur.

Masa Depan Teladan Melalui Teknologi
Karena jumlah lapisan PCB meningkat (20+ lapisan) dan pitch komponen menyusut (<0.3mm), terkubur melalui teknologi akan berkembang untuk memenuhi permintaan baru:

a. Via yang lebih kecil: Via diameter 0,05 ∼0,1 mm, dimungkinkan dengan pengeboran laser canggih.
Integrasi b.3D: Via terkubur dikombinasikan dengan mikrovia ditumpuk untuk kemasan 3D, mengurangi faktor bentuk sebesar 50% pada perangkat IoT.
c. Desain berbasis AI: Alat pembelajaran mesin untuk mengoptimalkan melalui penempatan, mengurangi crosstalk dan kesalahan manufaktur.

FAQ
T: Bagaimana cara terkubur berbeda dari cara buta?
A: Via terkubur hanya menghubungkan lapisan dalam dan sepenuhnya tersembunyi, sedangkan vias buta menghubungkan lapisan luar ke lapisan dalam dan sebagian terlihat di permukaan papan.

T: Apakah vias terkubur cocok untuk PCB bertenaga tinggi?
A: Ya, ketika diisi dengan pasta konduktif, vias terkubur meningkatkan konduktivitas termal dan dapat membawa arus sedang (hingga 5A).3mm+) dengan lapisan tembaga tebal.

T: Berapa biaya premi untuk vias terkubur?
A: Via terkubur menambah 20~30% biaya PCB karena langkah-langkah pemrosesan tambahan, tetapi ini sering diimbangi oleh ukuran papan yang berkurang dan kinerja yang lebih baik.

T: Bisakah vias terkubur digunakan dalam PCB fleksibel?
A: Ya, tetapi dengan hati-hati. Vias yang terkubur dalam PCB fleksibel (menggunakan substrat poliamida) membutuhkan pengisi epoksi yang tipis dan fleksibel untuk menghindari retakan saat lentur.

Kesimpulan
Terkubur melalui teknologi adalah landasan desain PCB multilayer modern, memungkinkan miniaturisasi dan kinerja yang dibutuhkan untuk 5G, elektronik medis, dan otomotif.Sementara tantangan manufaktur masih ada, presisi pengeboran, biaya mereka dapat dikelola dengan proses canggih (pengeboran laser, inspeksi otomatis) dan desain yang bijaksana.

Bagi insinyur, kuncinya adalah menyeimbangkan kepadatan dengan kemampuan manufaktur, memanfaatkan vias terkubur untuk memperpendek jalur sinyal dan ruang bebas tanpa terlalu rumit produksi.Dengan mitra dan proses yang tepat, vial terkubur mengubah desain PCB dari faktor pembatasan menjadi keunggulan kompetitif.

Kunci: Vias yang terkubur bukan hanya teknik manufaktur, tapi juga katalisator inovasi, memungkinkan insinyur membangun lebih kecil, lebih cepat, dan lebih cepat.dan elektronik yang lebih dapat diandalkan di dunia yang semakin terhubung.