ทำไมเทคโนโลยี VIPPO จึงมีความสำคัญต่อการออกแบบ PCB แบบกะทัดรัดและมีความหนาแน่นสูง

ในการแข่งขันเพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตั้งแต่โมดูล 5G ไปจนถึงอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ วิศวกรต้องเผชิญกับความท้าทายพื้นฐาน: การบรรจุส่วนประกอบและสัญญาณที่เร็วกว่าเดิมลงในพื้นที่ที่จำกัดมากขึ้น การออกแบบผ่าน PCB แบบดั้งเดิมมักจะกลายเป็นคอขวด จำกัดความหนาแน่นและทำให้สัญญาณช้าลง พบกับเทคโนโลยี VIPPO (Via In Pad Plated Over) โซลูชันที่เปลี่ยนแปลงเกมซึ่งช่วยให้วิศวกรผลักดันขอบเขตของการออกแบบการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง (HDI)

VIPPO แทนที่ vias แบบดั้งเดิมที่เทอะทะด้วยการเชื่อมต่อแบบรวมในแผ่นรองขนาดกะทัดรัด ทำให้เกิดเลย์เอาต์ที่ไม่สามารถทำได้ในครั้งเดียว คู่มือนี้อธิบายวิธีการทำงานของ VIPPO ข้อดีที่สำคัญเหนือเทคโนโลยีผ่านแบบมาตรฐาน และเหตุใดจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ PCB ที่ซับซ้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ โทรคมนาคม และอุปกรณ์ทางการแพทย์

ประเด็นสำคัญ
1.VIPPO (Via In Pad Plated Over) รวม vias โดยตรงภายใต้แผ่นรองส่วนประกอบ ลดขนาด PCB ลง 30–50% เมื่อเทียบกับการจัดวาง vias แบบดั้งเดิม
2.ด้วยการกำจัด “โซนกัน” รอบๆ vias VIPPO ช่วยให้เว้นระยะห่างของส่วนประกอบได้แน่นถึง 0.4 มม. ซึ่งมีความสำคัญสำหรับแพ็คเกจ BGA และ CSP
3.VIPPO ปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณในการออกแบบความเร็วสูง (25Gbps+) โดยมีการสูญเสียสัญญาณน้อยกว่า vias แบบดั้งเดิม 50% เนื่องจากความยาวรอยต่อที่สั้นกว่า
4.เมื่อนำไปใช้อย่างเหมาะสม VIPPO ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือโดยการลดความเครียดจากความร้อนและป้องกันการดูดซับบัดกรี ลดอัตราความล้มเหลวในภาคสนามลง 40% ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

เทคโนโลยี VIPPO คืออะไร
VIPPO (ออกเสียงว่า “vippo”) ย่อมาจาก Via In Pad Plated Over—การออกแบบผ่านแบบพิเศษที่ฝังผ่านรูผ่านโดยตรงภายในแผ่นรองส่วนประกอบ เติมด้วยวัสดุนำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้า ปรับให้เรียบ และเคลือบด้วยทองแดง สิ่งนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการเจาะรูผ่านแยกต่างหากและ “พื้นที่กัน” (ช่องว่างรอบๆ vias ที่ไม่สามารถวางส่วนประกอบได้) ปลดล็อกความหนาแน่นที่ไม่เคยมีมาก่อนในเลย์เอาต์ PCB

วิธีการทำงานของ VIPPO: กระบวนการผลิต
1.การเจาะด้วยเลเซอร์: vias ขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 50–150μm) จะถูกเจาะโดยตรงเข้าไปในพื้นที่แผ่นรอง PCB ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าที่สว่านแบบกลไกทั่วไปสามารถทำได้
2.การเติม: vias จะถูกเติมด้วยอีพ็อกซี (ไม่นำไฟฟ้า) หรือวางด้วยเงิน (นำไฟฟ้า) เพื่อสร้างพื้นผิวเรียบ อีพ็อกซีใช้สำหรับสัญญาณ vias (ฉนวน) ในขณะที่วางนำไฟฟ้าใช้สำหรับ vias พลังงาน (นำกระแสไฟฟ้า)
3.การปรับระนาบ: vias ที่เติมแล้วจะถูกขัดหรือขัดเงาให้เรียบเสมอกับพื้นผิว PCB เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นรองเรียบสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบ
4.การเคลือบ: เคลือบทองแดงบางๆ (25–50μm) เหนือ vias และแผ่นรองที่เติมแล้ว สร้างเส้นทางนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีช่องว่าง

กระบวนการนี้ซึ่งกำหนดโดยมาตรฐาน IPC-4761 Type 7 ทำให้มั่นใจได้ว่า vias มีความแข็งแรงเพียงพอสำหรับการบัดกรีและเชื่อถือได้เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง

VIPPO เทียบกับ Vias แบบดั้งเดิม: การเปรียบเทียบที่สำคัญ
vias แบบทะลุรูแบบดั้งเดิมต้องใช้ “โซนกัน” ขนาดใหญ่ (มักจะเป็น 2–3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของ vias) เพื่อป้องกันไม่ให้บัดกรีซึมเข้าไปในรูระหว่างการประกอบ สิ่งนี้ทำให้เสียพื้นที่และบังคับให้เส้นทางรอยต่อยาวขึ้น VIPPO ขจัดปัญหานี้ดังที่แสดงในตารางด้านล่าง:

ประโยชน์หลักของ VIPPO สำหรับ PCB ความหนาแน่นสูง
VIPPO ไม่ได้เป็นเพียงกลเม็ดในการประหยัดพื้นที่เท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการผลิตของ PCB อีกด้วย
1. การเพิ่มประสิทธิภาพพื้นที่: บรรจุมากขึ้นในน้อยลง
ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนที่สุดของ VIPPO คือการประหยัดพื้นที่ ด้วยการรวม vias เข้ากับแผ่นรอง วิศวกรสามารถ:

a, ลดพื้นที่ PCB ลง 30–50% ในการออกแบบที่หนาแน่น (เช่น บอร์ด 10cm² พร้อม VIPPO แทนที่บอร์ดแบบดั้งเดิม 15cm²)
b. วางส่วนประกอบเช่น BGAs (Ball Grid Arrays) ที่มีระยะห่าง 0.4 มม.—เป็นไปไม่ได้ด้วย vias แบบดั้งเดิม ซึ่งจะต้องมีช่องว่างที่ใหญ่กว่าระหว่างลูกบอล
c. กำจัด “โซนตาย” รอบๆ vias เปลี่ยนพื้นที่ที่ไม่ได้ใช้ให้เป็นอสังหาริมทรัพย์ที่ใช้งานได้สำหรับรอยต่อหรือส่วนประกอบแบบพาสซีฟ

ตัวอย่าง: PCB เซลล์ขนาดเล็ก 5G ที่ใช้ VIPPO พอดีกับส่วนประกอบ RF มากขึ้น 20% ในตัวเครื่องเดียวกัน เพิ่มปริมาณงานโดยไม่เพิ่มขนาด

2. ปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณสำหรับการออกแบบความเร็วสูง
ในวงจรความเร็วสูง (25Gbps+) การสูญเสียสัญญาณและการบิดเบือนเป็นความเสี่ยงที่สำคัญ VIPPO แก้ปัญหานี้โดย:

a. ทำให้เส้นทางสัญญาณสั้นลง: รอยต่อไม่จำเป็นต้องกำหนดเส้นทางรอบๆ vias อีกต่อไป ลดความยาวลง 20–40% และลดความล่าช้าของสัญญาณ
b. ลดการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์: vias แบบดั้งเดิมสร้าง “ขั้นตอน” อิมพีแดนซ์ที่สะท้อนสัญญาณ พื้นผิวเรียบเคลือบของ VIPPO รักษาอิมพีแดนซ์ 50Ω/100Ω ที่สอดคล้องกัน
c. ลดการครอสทอล์ก: การเว้นระยะห่างของส่วนประกอบที่แน่นขึ้นด้วย VIPPO ถูกชดเชยด้วยความยาวรอยต่อที่สั้นลง ลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ระหว่างสัญญาณที่อยู่ติดกัน

ข้อมูลการทดสอบ: คู่ดิฟเฟอเรนเชียล 40Gbps ที่ใช้ VIPPO แสดงการสูญเสียการแทรก 0.5dB ที่ 40GHz เมื่อเทียบกับ 1.2dB ด้วย vias แบบดั้งเดิม—มีความสำคัญสำหรับลิงก์ 5G และศูนย์ข้อมูล

3. ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความทนทาน
VIPPO แก้ไขจุดบกพร่องทั่วไปสองจุดใน vias แบบดั้งเดิม:

a. การดูดซับบัดกรี: vias แบบดั้งเดิมทำหน้าที่เหมือนหลอดดูด ดึงบัดกรีออกจากข้อต่อส่วนประกอบระหว่างการไหลซ้ำ พื้นผิวที่เติมและเคลือบของ VIPPO จะปิดกั้นสิ่งนี้ ทำให้มั่นใจได้ถึงพันธะบัดกรีที่แข็งแรงซึ่งทนต่อการหมุนเวียนของความร้อน
b. ความเครียดจากความร้อน: VIPPO ใช้วัสดุเติมที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่ตรงกับพื้นผิว PCB (เช่น FR4 หรือ c.Rogers) ลดความเครียดระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (-40°C ถึง 125°C) สิ่งนี้ช่วยลดความเสี่ยงในการหลุดลอกลง 60% ในการใช้งานยานยนต์และการบินและอวกาศ

ข้อมูลภาคสนาม: PCB อุปกรณ์ทางการแพทย์พร้อม VIPPO แสดงอัตราความล้มเหลวต่ำกว่าการออกแบบแบบดั้งเดิม 40% หลังจากวงจรความร้อน 10,000 รอบ

4. การกระจายพลังงานที่ดีขึ้น
สำหรับการออกแบบที่ใช้พลังงานหนาแน่น (เช่น ระบบจัดการแบตเตอรี่ EV) vias ที่เติมด้วย VIPPO:

a. นำกระแสไฟฟ้าได้มากกว่า vias แบบดั้งเดิม 2–3 เท่าในขนาดเดียวกัน ต้องขอบคุณแกนวางนำไฟฟ้าที่เป็นของแข็ง
b. กระจายพลังงานอย่างสม่ำเสมอทั่ว PCB ลดจุดร้อนลง 25°C ในพื้นที่ที่มีกระแสไฟฟ้าสูง

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ VIPPO
เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจาก VIPPO วิศวกรต้องพิจารณาปัจจัยการออกแบบและการผลิตที่สำคัญ:
1. การเลือกวัสดุ
วัสดุเติม: ใช้อีพ็อกซีสำหรับสัญญาณ vias (ฉนวนไฟฟ้า) และวางด้วยเงินสำหรับ vias พลังงาน (การนำไฟฟ้า) ตรวจสอบให้แน่ใจว่า CTE ตรงกับพื้นผิว (เช่น 12–16 ppm/°C สำหรับ FR4)
พื้นผิว: วัสดุสูญเสียน้อย เช่น Rogers RO4350 ทำงานได้ดีที่สุดสำหรับการออกแบบ VIPPO ความเร็วสูง เนื่องจากรักษาคุณสมบัติไดอิเล็กทริกที่เสถียรไว้รอบๆ vias
การเคลือบ: การเคลือบทองแดงหนา (30–50μm) ทำให้มั่นใจได้ว่าการเชื่อมต่อ via-pad ทนต่อความเครียดจากความร้อนซ้ำๆ

2. การปรับขนาดและการเว้นระยะห่างของ Via
เส้นผ่านศูนย์กลาง: 50–150μm สำหรับสัญญาณ vias; 150–300μm สำหรับ vias พลังงาน (เพื่อจัดการกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น)
ขนาดแผ่นรอง: 2–3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของ vias (เช่น แผ่นรอง 300μm สำหรับ vias 100μm) เพื่อให้แน่ใจว่ามีพื้นที่บัดกรีเพียงพอ
ระยะพิทช์: รักษาระยะห่าง ≥2x เส้นผ่านศูนย์กลางของ vias ระหว่าง VIPPO vias ที่อยู่ติดกันเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

3. การควบคุมคุณภาพการผลิต
การตรวจจับช่องว่าง: ใช้การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์เพื่อตรวจสอบช่องว่างใน vias ที่เติม—ช่องว่าง >5% ของปริมาณ vias เพิ่มความต้านทานและเสี่ยงต่อความล้มเหลว
การปรับระนาบ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่า vias ที่เติมแล้วเรียบเสมอกับพื้นผิว PCB (ความคลาดเคลื่อน ±5μm) เพื่อป้องกันการก่อตัวของข้อต่อบัดกรีที่ไม่ดี
ความสม่ำเสมอในการเคลือบ: AOI (การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ) ตรวจสอบการเคลือบทองแดงที่สม่ำเสมอ ซึ่งมีความสำคัญต่อการควบคุมอิมพีแดนซ์

แอปพลิเคชันที่ VIPPO ส่องประกาย
VIPPO เป็นการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมที่ต้องการ PCB ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูง:
1. โทรคมนาคมและ 5G
สถานีฐาน 5G: VIPPO ช่วยให้มีอาร์เรย์ส่วนประกอบ RF และตัวรับส่งสัญญาณ mmWave 28GHz ที่หนาแน่นในตัวเครื่องขนาดเล็ก ขยายความครอบคลุมโดยไม่เพิ่มขนาด
สวิตช์ศูนย์ข้อมูล: ตัวรับส่งสัญญาณ 100Gbps+ ใช้ VIPPO เพื่อกำหนดเส้นทางสัญญาณความเร็วสูงระหว่าง BGAs ลดเวลาแฝงลง 15% เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบดั้งเดิม

2. อุปกรณ์ทางการแพทย์
อุปกรณ์ฝัง: เครื่องกระตุ้นหัวใจและเครื่องกระตุ้นประสาทใช้ VIPPO เพื่อติดตั้งวงจรที่ซับซ้อนลงในแพ็คเกจย่อย 10 มม.³ พร้อมการเติมอีพ็อกซีที่เข้ากันได้ทางชีวภาพเพื่อป้องกันการไหลเข้าของของเหลว
การวินิจฉัยแบบพกพา: อุปกรณ์พกพา (เช่น เครื่องวิเคราะห์เลือด) ใช้ประโยชน์จาก VIPPO เพื่อลดน้ำหนักลง 30% ปรับปรุงการพกพาโดยไม่ลดทอนฟังก์ชันการทำงาน

3. การบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ
เพย์โหลดดาวเทียม: VIPPO ลดน้ำหนัก PCB ลง 40% ลดต้นทุนการเปิดตัว ความเสถียรทางความร้อนช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมในอวกาศที่รุนแรง
วิทยุทหาร: PCB VIPPO ที่ทนทานทนต่อการสั่นสะเทือน (20G) และอุณหภูมิที่สูงเกินไป รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในสภาพสนามรบ

4. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
โทรศัพท์พับได้: VIPPO ช่วยให้ PCB ที่ยืดหยุ่นได้ในบานพับ เชื่อมต่อจอแสดงผลกับบอร์ดหลักด้วยส่วนประกอบระยะพิทช์ 0.4 มม.—มีความสำคัญสำหรับการออกแบบที่บางและทนทาน
อุปกรณ์สวมใส่: Smartwatch ใช้ VIPPO เพื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ แบตเตอรี่ และวิทยุลงในตัวเรือน 40 มม. ทนต่อการงอและเหงื่อในชีวิตประจำวัน

เหตุใด LT CIRCUIT จึงเป็นเลิศในการผลิต PCB VIPPO
LT CIRCUIT ได้กลายเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยี VIPPO โดยเน้นที่ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ:

1. การเจาะขั้นสูง: ใช้การเจาะด้วยเลเซอร์ UV สำหรับ vias 50μm ที่มีความแม่นยำ ±2μm ซึ่งมีความสำคัญสำหรับส่วนประกอบระยะพิทช์แคบ
2. ความเชี่ยวชาญด้านวัสดุ: เลือกวัสดุเติม (อีพ็อกซี วางเงิน) ที่ตรงกับ CTE ของพื้นผิว ลดความเครียดจากความร้อน
3. การทดสอบอย่างเข้มงวด: รวมการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ AOI และการทดสอบวงจรความร้อนเพื่อให้แน่ใจว่า vias ปราศจากช่องว่างและประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ
4. โซลูชันที่กำหนดเอง: ปรับแต่งการออกแบบ VIPPO สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ (เช่น การเติมแบบนำไฟฟ้าสำหรับ PCB EV ที่ใช้พลังงานหนาแน่น อีพ็อกซีสำหรับบอร์ด 5G ความถี่สูง)

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: VIPPO แพงกว่า vias แบบดั้งเดิมหรือไม่
ตอบ: ใช่—VIPPO เพิ่ม 20–30% ให้กับต้นทุน PCB เนื่องจากการเติมและการเคลือบแบบพิเศษ อย่างไรก็ตาม การประหยัดพื้นที่และผลกำไรด้านประสิทธิภาพมักจะพิสูจน์ให้เห็นถึงการลงทุน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตจำนวนมาก

ถาม: สามารถใช้ VIPPO กับ PCB ที่ยืดหยุ่นได้หรือไม่
ตอบ: ใช่—PCB VIPPO ที่ยืดหยุ่นใช้พื้นผิวโพลีอิไมด์และการเติมอีพ็อกซีที่ยืดหยุ่น ทำให้สามารถใช้ส่วนประกอบระยะพิทช์ 0.4 มม. ในการออกแบบที่โค้งงอได้ (เช่น บานพับโทรศัพท์พับได้)

ถาม: ขนาด vias ที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ด้วย VIPPO คืออะไร
ตอบ: vias VIPPO ที่เจาะด้วยเลเซอร์สามารถมีขนาดเล็กได้ถึง 50μm แม้ว่า 100μm จะเป็นเรื่องปกติมากกว่าสำหรับความสามารถในการผลิต

ถาม: VIPPO ทำงานร่วมกับบัดกรีปลอดสารตะกั่วหรือไม่
ตอบ: แน่นอน—พื้นผิวเคลือบของ VIPPO เข้ากันได้กับบัดกรีปลอดสารตะกั่ว (เช่น SAC305) ทนต่ออุณหภูมิการไหลซ้ำสูงถึง 260°C

ถาม: VIPPO ส่งผลต่อการซ่อมแซม PCB อย่างไร
ตอบ: vias VIPPO นั้นยากต่อการทำงานใหม่กว่า vias แบบดั้งเดิม แต่เครื่องมือพิเศษ (เช่น ไมโครสว่าน) ช่วยให้สามารถเปลี่ยนส่วนประกอบได้ในสถานการณ์ที่มีปริมาณน้อย

บทสรุป
เทคโนโลยี VIPPO ได้กำหนดนิยามใหม่ของสิ่งที่เป็นไปได้ในการออกแบบ PCB ความหนาแน่นสูง ทำให้เกิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูงที่ขับเคลื่อนนวัตกรรมสมัยใหม่ ด้วยการรวม vias เข้ากับแผ่นรอง มันแก้ปัญหาด้านพื้นที่ สัญญาณ และความน่าเชื่อถือที่เคยจำกัดการออกแบบ HDI

ไม่ว่าคุณจะสร้างตัวรับส่งสัญญาณ 5G อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ หรือโทรศัพท์พับได้ VIPPO มอบความหนาแน่นและประสิทธิภาพที่จำเป็นในการแข่งขัน ด้วยพันธมิตรเช่น LT CIRCUIT ที่นำเสนอการผลิตที่แม่นยำและโซลูชันที่กำหนดเอง วิศวกรสามารถเปลี่ยนความท้าทายในการจัดวางที่ซับซ้อนที่สุดให้กลายเป็นความจริงได้

เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงหดตัวและเร็วขึ้น VIPPO จะไม่เป็นเพียงตัวเลือกเท่านั้น แต่จะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกคนที่ผลักดันขีดจำกัดของสิ่งที่เป็นไปได้