Via-Typen: Der umfassende Leitfaden zu PCB-Interconnections

In Elektronik- und Computergeräten leitet eine winzige grüne Platine diverse Signale von Steuereingaben zum Bildschirm. In jedem Smartphone findet sich eine Leiterplatte (PCB) mit diversen Chips und Komponenten, die Signale für tausende Features und Befehle leiten. Jeder Touchscreen-Druck aktiviert ein Signal auf dem internen Board. Die meisten dieser Signale werden durch PCB-Vias geleitet.

Inhaltsverzeichnis: Was ist ein Via? | Haupttypen von Vias | Wie man die richtigen Via-Anforderungen für Ihr PCB bestimmt

Was ist ein Via?

In einer Leiterplatte sind Vias Bohrungen, die durch die Lagen der Platine führen für Leitfähigkeit. Jedes Loch fungiert als leitender Pfad, durch den elektrische Signale zwischen Schaltkreislagen übergeben werden. Vias durchlaufen verschiedene Ebenen einer PCB. Je nach PCB-Design kann ein Loch erforderlich sein, das alle Lagen von oben nach unten durchdringt. Alternativ durchdringen manche Vias nur oberste oder unterste Lage, manche sind durch eine innere Lage platziert. Es gibt diverse Optionen bei Vias auf einer PCB.

Vias gehören zu den wichtigsten Features einer PCB. Folglich machen sie einen erheblichen Anteil der Board-Fertigungskosten aus.

Trotz gleichem Grundzweck ist ein bestimmter Via-Typ auf manchen PCB-Designs besser geeignet als andere. Dieser Artikel deckt die verschiedenen Via-Typen im PCB-Design ab und wie jeder eine elektrische Verbindung auf einer Leiterplatte ermöglichen kann.

Haupttypen von Vias

Es gibt zwei Primärkategorien von Vias, abhängig von ihrer Position in den PCB-Lagen – Blindloch (Blind Hole) und Verdecktes Loch (Buried Hole).

Beim Blindloch durchdringt das Loch die oberste oder unterste Lage der Platine, stoppt aber vor den internen Lagen. Blindlöcher heißen so, weil man sie nicht durchsehen kann, wenn man eine Platine gegen Licht hält. Der Prozess der Blindloch-Erstellung ist anspruchsvoll, da man wissen muss, wann man aufhören zu bohren. Viele PCB-Hersteller vermeiden daher Lochbeschichtung dieses Typs.

Ein weiterer Via-Typ: Verdecktes Loch (Buried Hole), das durch eine oder mehrere innere Lagen erscheint. Da es zwischen Lagen eingebettet ist, ist es mit bloßem Auge unsichtbar. Für ein Multilayer-Board mit Blind Layer muss Lochbeschichtung auf interner Lage früh in der PCB-Montage abgeschlossen sein, bevor Ober- und Unterlage aufgebracht werden.

Wo auch immer der Via platziert ist – er ist wahrscheinlich einer von drei Haupttypen:

• Durchkontaktierung (Through-Hole)
• Via-in-Pad
• Microvia

1. Durchkontaktierung (Through-Hole)

Offensichtlichster Via-Typ: Durchkontaktierung (Plated Through-Hole), die alle Lagen eines Multilayer-Boards durchdringt. Through-Holes sind typischerweise größer als Blind- und Buried-Holes und leichter mit bloßem Auge identifizierbar. Hält man Board gegen Licht, durchdringt Licht die Durchkontaktierung. Through-Holes sind auch einfacher herzustellen – einfach durch alle Lagen bohren, im Gegensatz zu Blindlöchern, wo Bohrtiefe kritisch ist.

Through-Hole-Technologie existiert seit Mitte 20. Jahrhundert, als sie Point-to-Point-Konstruktion ablöste. 1950er–1980er: Through-Holes dominierten – fast alle PCB-Features waren an Through-Holes angebunden.

Frühe Through-Hole-Ära: PCB-Leiterbahnen nur auf Oberseite. Mit Fortschritt: Beidseitiger Druck. Schließlich Multilayer-Boards. Durchkontaktierungen aktualisiert auf Plated Through-Holes für leitende Schichtkontakte. Heute: Plated Through-Holes verbinden verschiedene PCB-Lagen. Through-Holes meist für Bauteile mit Drahtanschlüssen. Axial-bedrahtete Komponenten durch diese Löcher, für kurze Verbindungen.

Through-Holes oft auf großen Motherboards von Computertowers (1990er/2000er). PCBs mit Through-Hole-Komponenten auch in alten PCI-Karten (Peripheral Component Interconnect), die in diese Motherboards gesteckt wurden. Beispiel: Soundkarten an PCI-Slots im Tower – typischerweise Through-Hole-komponenten. Ähnliche Features bei Grafikkarten älterer Computer vor heutigen All-in-One-Flachbildschirmen.

Mit wachsender Beliebtheit kompakter mobiler Computergeräte und Elektronik-Gadgets werden PCBs mit wenigen, wenn überhaupt, Through-Hole-Komponenten designed. Wenige Gründe bleiben für Designer, große Through-Holes zu nutzen – diese verbrauchen viel Platinenplatz, den Microvias effizienter nutzen könnten. Trend: Microvias und Surface Mounts so viel wie möglich nutzen. Through-Holes werden in kommenden Jahren wahrscheinlich ganz auslaufen.

2. Via-in-Pad

Eines der heute populäreren PCB-Designs: Vias auf Ball Grid Array (BGA) Pads – Via-in-Pad. Beim Via-in-Pad-Design werden Vias auf BGA-Pads der PCB platziert. Beliebt, weil es Via-Platzbedarf minimiert. Ermöglicht kleinere PCBs mit weniger Routing-Platz. Via-in-Pad = optimale Technologie für heutige kompakte Elektronik/Computergeräte, designed für Taschen und manchmal Handgelenke.

Via-in-Pad-Design besonders praktisch für Routing: Löcher verbinden direkt zur unterliegenden Lage des Bauteils → Signale routen ohne Risiko, Geräte-Footprint-Perimeter zu verlassen.

Nicht alle Hersteller nutzen Via-on-BGA-Pads. Hauptnachteil: Pad muss mit reinem Kupfer oder nicht-leitendem Material mit Kupferüberzug gefüllt werden. Andernfalls blutet Lot vom Pad ab → PCB verliert Konnektivität.

Weitere Hürde: Vias erfordern zusätzlichen Schritt, oft kostspielig und zeitaufwändig. Manche Designer wollen PCB-Kosten nicht erhöhen. Zudem: Via-in-Pad ändert erforderlichen Bohrdurchmesser.

Trotz Issues: Vorteile von Vias auf BGA-Pads. Kosten beiseite: Kleinere Boards, letztlich kleinere Geräte. Für bestimmte moderne Gadgets/Mobilgeräte könnte Via-in-Pad einzige Option sein.

Bei Standard-Via-Layout kann Lötstoppmaske Lotfluss in Via stoppen. Bei Via-in-Pad: Barrel nicht frei lassen – Luft könnte eingeschlossen werden → Outgassing während Produktion. Daher: Vias bei BGA-Pads füllen. Für funktionierendes Design: Flache Planaroberfläche nötig → Feinraster-BGAs mit minimalen Komplikationen verbindbar.

In-Pad-Vias mit Epoxid füllen – nach Bohren und Beschichten. Alternative: Kupferfüllung – funktioniert bei laserablatierten Vias. Welche Methode auch immer: Pad muss groß genug für Lochdurchmesser + ausreichende Toleranzen. Design muss IPC Class 2 und 3 Standards erfüllen.

Bei Zweifel, ob Via-in-Pad besser als Standard-Via-Layout: Mit PCB-Hersteller sprechen, wie neuere Technologie deren Boards transformiert hat.

3. Microvias

Im PCB-Design: Vias unter 150 Mikrometer = Microvias, genutzt auf vielen High Density Interconnect (HDI) Boards. Designer bevorzugen Microvias wegen geringer Lochgröße – verbraucht weit weniger Board-Platz als bohrintensive Löcher. Bei Microvia: Lagen über Kupferbeschichtung verbunden.

Microvias werden kegelförmig erstellt – erleichtert Kupferbeschichtung der Via-Seiten. Ein Microvia kann zwei angrenzende Lagen verbinden, nicht weiter. Benötigt Design Via durch mehrere Lagen → mehrere Microvias entsprechend stapeln.

Fertigungstechnisch: Gestapelte Microvias können kostspielig und zeitaufwändig. Boards mit Microvia-über-Microvia: Häufigstes Design = zwei Microvias. Stapel-Limit: vier Microvias. Selten angewendet wegen hoher Kosten.

Alternative: Versetzte Microvias (Staggered Microvias) – treppenartig, zweite/dritte Microvia versetzt unter der oberen. Wie gestapelte: Schwierig, kostspielig bei Multilayer-PCB.

Trifft Microvia über äußere Lage in innere Lage vor Stopp → Blind Microvia. Blind Microvia erhöht Leiterdichte auf PCB. Besonders vorteilhaft: Signal auf äußerer Lage muss in unterliegende Lage geroutet werden → Blind Microvia bietet kürzeste Distanz. Auf HDI-Board: Blind Microvias optimieren Platz in Multilayer-Board – z. B. 4-Lagen-PCB, Microvia auf obersten zwei oder untersten zwei Lagen.

Manchmal durchdringt Microvia zwei komplette Lagen. Solche Blind Vias = Skip Vias. Nicht empfohlen – Lochcharakteristik kann Beschichtungskomplikationen verursachen.

Microvia verbindet zwei innere Lagen → Buried Microvia. Für Buried Microvia in PCB-Design: Lagen mit Löchern müssen zuerst gebohrt werden, bevor äußere Lagen aufgebracht werden. Bohren mechanisch oder per Laser.

Beim Platzieren eines Microvias auf PCB: Aspect Ratio von Lochgröße beachten – sonst unmöglich, Board ordnungsgemäß zu beschichten.

Wie man die richtigen Via-Anforderungen für Ihr PCB bestimmt

Via-Typ für PCB-Design sollte basieren auf Platinengröße und -zweck. Board für älteres, größeres Computergerät → Design konform zu älteren Standards, da Neueres likely inkompatibel. Für manche ältere Geräte: Einzige Option = größere PCB mit Through-Hole-Komponenten.

PCB für kleineres Gerät → kein Grund für Through-Hole-Komponenten, da kleiner Platz auf winziger Platine maximiert werden muss. Beispiel: PCB-Design nur ein Quadratzoll → kein Platz für großen Through-Hole bei vielen Signalen in wenig Raum. Solches Board besser bedient mit Blind Microvias – leistungsstarke Signale über kurze Distanzen auf daumengroßem Board.

Zugegeben: Kleinere PCB mit Microvias erfordert wahrscheinlich mehr Investition durch Laboraufwand. Doch Vorteile kleinerer Boards zahlen Investition leicht zurück – besonders bei bahnbrechendem neuen Gerät, das zum großen Verkäufer werden könnte.

PCB-Produkte und -Services von Millennium Circuits

Beim PCB-Design gibt es Vielfalt an Vias – Blind und Buried Microvias. Auf heutigen kleineren PCBs ermöglichen Microvias Ausstattung mit zahlreichen Features sowie Geschwindigkeiten/Rechenleistung, die Performance der voluminösen Through-Hole-Komponenten von vor 20 Jahren übertreffen. Für kompakte, optimale PCB-Designs ist Team entscheidend, das diese Teile zusammenfügt. Kontaktieren Sie Millennium Circuits für Angebot zu PCB-Produkten und -Services.