Arten von Vias

In Elektronik- und Computergeräten werden die Schaltkreise von einer winzigen grünen Platine geleitet, die verschiedene Signale von den Steuerbefehlen und zum Bildschirm überträgt. In jedem Smartphone befindet sich beispielsweise eine Leiterplatte (PCB) mit verschiedenen Chips und Komponenten, die die Signale für Tausende verschiedener Funktionen und Befehle leiten. Jedes Mal, wenn Sie eine der Eingabeaufforderungen auf dem Touchscreen drücken, aktivieren Sie eines der Signale auf der internen Platine. Die meisten dieser Signale werden durch PCB-Durchkontaktierungen geleitet.

Gehe zu: Was ist ein Via? | Haupttypen von Vias | So ermitteln Sie die richtigen Via-Anforderungen für Ihre Leiterplatte

Was ist eine Durchkontaktierung?

In einer Leiterplatte sind Vias Löcher, die zum Zwecke der Leitfähigkeit durch die Schichten der Platte hindurchgehen. Jedes Loch fungiert als leitender Pfad, durch den elektrische Signale zwischen Schaltungsschichten geleitet werden. Durchkontaktierungen durchlaufen verschiedene Ebenen auf einer Leiterplatte. Je nach Design der Leiterplatte benötigt die Platine möglicherweise ein Loch, das von oben nach unten durch alle Schichten geht. Alternativ durchdringen einige Vias nur die obere oder untere Schicht, und einige werden durch eine innere Schicht platziert. Bei Durchkontaktierungen auf einer Leiterplatte gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Durchkontaktierungen gehören zu den wichtigsten Merkmalen auf einer Leiterplatte. Folglich machen sie einen beträchtlichen Teil der Kosten aus, die mit der Plattenherstellung verbunden sind.

Trotz der Tatsache, dass diese verschiedenen Arten von Durchkontaktierungen demselben grundlegenden Zweck dienen, ist eine bestimmte Art von Durchkontaktierungen bei bestimmten PCB-Designs besser geeignet als andere. Dieser Artikel behandelt die verschiedenen Arten von Durchkontaktierungen im PCB-Design und wie jede eine elektrische Verbindung auf einer Leiterplatte erleichtern kann.

Haupttypen von Vias

Es gibt zwei Hauptkategorien von Durchkontaktierungen, je nachdem, wo sie sich in den PCB-Schichten befinden – das Sackloch und das vergrabene Loch.

Bei einem Sackloch durchdringt das Loch die obere oder untere Schicht der Platte, stoppt jedoch vor einer der inneren Schichten. Sacklöcher werden so genannt, weil man durch sie nicht hindurchsehen kann, wenn man ein Brett gegen das Licht hält. Der mit der Erstellung von Sacklöchern verbundene Prozess kann schwierig sein, da Sie wissen müssen, wann Sie mit dem Bohren in die Platine aufhören müssen. Daher vermeiden viele Leiterplattenhersteller Lochplattierungen dieser Art.

Eine andere Art von Durchkontaktierung ist das vergrabene Loch, das durch eine oder mehrere innere Schichten hindurch erscheinen kann. Da das vergrabene Loch zwischen Schichten eingebettet ist, kann es mit bloßem Auge nicht gesehen werden. Damit eine Multilayer-Leiterplatte eine Blindschicht hat, muss die Lochplattierung auf der Innenlage frühzeitig während der Leiterplattenbestückung abgeschlossen werden, bevor die Ober- und Unterlage auf die Platine aufgebracht werden.

Wo auch immer das Via platziert wird, es ist wahrscheinlich einer von drei Haupttypen:

• Durchgangsloch
• Via-in-Pad
• Mikrovia.

1. Durchgangsloch

Die naheliegendste Art von Durchkontaktierungen ist das Plattierungsdurchgangsloch, das alle Schichten einer mehrschichtigen Platine durchdringt. Durchgangslöcher sind typischerweise größer als Sacklöcher und vergrabene Löcher und sind auch viel einfacher mit bloßem Auge zu erkennen. Wenn Sie ein Brett vor das Licht halten, dringt das Licht direkt durch ein Durchgangsloch in der Beschichtung. Durchgangslöcher sind auch einfacher herzustellen, da Sie einfach durch alle Schichten hindurchbohren können, im Gegensatz zu Sacklöchern, bei denen Sie aufpassen müssen, wie tief Sie das Loch machen.

Die Durchgangslochtechnologie gibt es seit Mitte des 20. Jahrhunderts, als sie die Punkt-zu-Punkt-Konstruktion ersetzte. Durchgangslöcher waren zwischen den 1950er und 1980er Jahren am häufigsten, als fast alle auf einer Leiterplatte zu findenden Merkmale an einem Durchgangsloch angebracht waren.

In den Anfängen der Durchstecktechnik wurden Leiterplatten nur auf der Oberseite mit Leiterbahnen bedruckt. Mit fortschreitender Technologie erschien der Druck auf beiden Seiten. Schließlich kamen mehrschichtige Platten zum Einsatz. An diesem Punkt wurden Durchgangslöcher zu plattierten Durchgangslöchern aktualisiert, um Kontakte zwischen leitfähigen Schichten zu ermöglichen. Heutzutage werden plattierte Durchgangslöcher verwendet, um die verschiedenen Schichten in einer Leiterplatte zu verbinden. Durchgangslöcher werden normalerweise verwendet, um Komponenten mit Drahtanschlüssen zu erleichtern. Axial bedrahtete Komponenten werden durch diese Löcher platziert und verwendet, um kurze Zwischenräume zu verbinden.

Durchgangslöcher sind oft auf den großen Motherboards zu sehen, die in den 1990er und 2000er Jahren in Computertürmen verwendet wurden. Leiterplatten mit durchkontaktierten Komponenten waren auch in den alten PCI-Karten (Peripheral Component Interconnect) zu sehen, die in diese älteren Motherboards eingesteckt waren. Die Soundkarten, die mit den PCI-Steckplätzen im Inneren des Turms verbunden sind, verfügen beispielsweise normalerweise über Komponenten, die in Durchgangslöchern an der Platine befestigt sind. Ähnliche Funktionen waren auf Grafikkarten in älteren Computern zu finden, die älter waren als die heutigen All-in-One-Flachbildschirmgeräte.

Mit der wachsenden Popularität kleiner, kompakter, mobiler Computergeräte und elektronischer Geräte werden Leiterplatten mit wenigen, wenn überhaupt, durchkontaktierten Komponenten konstruiert. Daher gibt es für PCB-Designer nur noch wenige Gründe, weiterhin Platinen mit großen Durchgangslöchern zu verwenden, da diese viel Platz auf einer Platine einnehmen, der mit Microvias effizienter genutzt werden könnte. Damit Designer ihre Platinen klein halten können, sollten Mikrovias und Oberflächenmontagen so oft wie möglich verwendet werden. Da sich der Trend fortsetzt, werden Durchgangsbohrungen in den kommenden Jahren wahrscheinlich vollständig abgeschafft.

2. Via-in-Pad

Eines der heute beliebtesten Designs für Leiterplatten beinhaltet die Anwendung von Vias auf Ball Grid Array (BGA)-Pads, die auch als Via-in-Pad bezeichnet werden. Beim Via-in-Pad-Design werden die Vias auf den BGA-Pads der Leiterplatte platziert. Das Design ist populär geworden, weil es Herstellern ermöglicht, den Platzbedarf für Durchkontaktierungen zu minimieren. Via-in-Pad als solches ermöglicht es Herstellern, kleinere Leiterplatten herzustellen, die weniger Platz zum Leiten von Signalen benötigen. Via-in-pad ist eine optimale Technologie für die heutigen kompakten elektronischen und Computergeräte, die Hersteller so konzipiert haben, dass sie in Taschen und manchmal um Handgelenke passen.

Das Via-in-Pad-Design ist besonders praktisch für das Routing, da die Löcher direkt mit der Schicht verbunden sind, die unter der Komponente liegt, wodurch es möglich ist, Signale zu routen, ohne das Risiko einzugehen, den Umfang des Footprints des Geräts zu überschreiten.

Zugegeben, nicht alle Hersteller haben sich der Praxis verschrieben, Durchkontaktierungen auf BGA-Pads zu platzieren. Einer der Hauptnachteile für einige Leiterplattenhersteller besteht darin, dass Sie das Pad mit reinem Kupfer oder einem nicht leitenden Material füllen müssen, das mit Kupfer bedeckt ist. Andernfalls blutet das Lot vom Pad und führt dazu, dass die Leiterplatte ihre Konnektivität verliert.

Ein weiterer hinderlicher Faktor für einige Hersteller ist die Tatsache, dass Durchkontaktierungen einen zusätzlichen Schritt erfordern, der oft kostspielig und zeitaufwändig sein kann. Einige Designer möchten die Kosten für die PCB-Erstellung einfach nicht erhöhen. Wenn Sie Vias in einem Pad platzieren, ändert sich außerdem der erforderliche Bohrdurchmesser.

Trotz dieser Probleme bietet das Platzieren von Durchkontaktierungen auf BGA-Pads verschiedene Vorteile. Abgesehen von den Kosten können Sie kleinere Platinen mit Via-in-Pad und letztendlich kleinere Geräte herstellen. Für bestimmte moderne Gadgets und mobile Geräte ist das Via-in-Pad-Design möglicherweise Ihre einzige Option.

Bei einem standardmäßigen Via-Layout kann eine Lötstoppmaske aufgebracht werden, um den Lotfluss in das Via zu stoppen. Mit dem Via-in-Pad-Design können Sie den Zylinder nicht ohne Füllung lassen, da Luft eingeschlossen werden könnte, was zu Ausgasungen führt, während die Leiterplatte in Produktion ist. Daher müssen die Vias gefüllt werden, wenn sie auf BGA-Pads platziert werden. Damit das Design funktioniert, müssen Sie auch eine flache, planare Oberfläche haben, da dies es ermöglicht, Fine-Pitch-BGAs mit wenig oder gar keinen Komplikationen anzuschließen.

In-Pad-Durchkontaktierungen können mit Epoxid gefüllt werden. Dies sollte nach den Bohr- und Plattierungsschritten erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Vias mit Kupfer zu füllen. Dies würde funktionieren, wenn die Vias laserablatiert werden. Unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden, müssen Sie sicherstellen, dass das Pad groß genug für den Durchmesser des Lochs ist und auch ausreichende Toleranzen aufweist. Darüber hinaus müsste das Design die IPC-Standards Klasse 2 und 3 erfüllen.

Wenn Sie immer noch Zweifel haben, ob Via-in-Pad die bessere Option als ein Standard-Via-Layout ist, sollten Sie mit einem PCB-Hersteller sprechen, um zu sehen, wie die neuere Technologie ihre Boards verändert hat.

3. Microvias

Im PCB-Design werden Durchkontaktierungen unter 150 Mikron als Microvias bezeichnet, die auf vielen HDI-Platinen (High Density Interconnect) verwendet werden. Designer bevorzugen Mikrovias wegen der geringen Größe des Lochs, das viel weniger Platz auf der Platine beansprucht als die Löcher, die mehr Bohren erfordern. Bei einem Microvia werden die Lagen durch Verkupferung miteinander verbunden.

Microvias werden in Form von Kegeln erzeugt, wodurch die Via-Seiten leicht verkupfert werden können. Ein Microvia kann zwei benachbarte Schichten durchdringen, aber nicht weiter. Wenn ein Leiterplattendesign eine Durchkontaktierung durch mehrere Schichten erfordert, müssen mehrere Microvias entsprechend gestapelt werden.

Vom Fertigungsstandpunkt aus kann das Erstellen gestapelter Microvias ein kostspieliger und zeitaufwändiger Prozess sein. Auf Platinen, die eine Microvia über einer anderen erfordern, weist das gebräuchlichste Design zwei Microvias auf. Was das Stapeln betrifft, liegt die ultimative Grenze bei vier Microvias. Aufgrund der hohen Kosten werden jedoch vier Microvias in der Leiterplattenfertigung selten eingesetzt.

Eine Alternative zum gestapelten Microvia ist das gestaffelte Microvia, das wie eine Treppe aufgebaut ist, wobei ein zweites oder drittes Microvia eine Stufe nach vorne unterhalb des darüber liegenden platziert wird. Wie bei gestapelten Microvias können gestaffelte Microvias auf einer mehrschichtigen Leiterplatte schwierig und kostspielig herzustellen sein.

Wenn eine Mikrovia durch die äußere Schicht der Platine eintritt und vor dem Stoppen zu einer inneren Schicht schneidet, würde dies als Blind-Microvia gelten. Mit einem Blind Microvia können Sie die Verdrahtungsdichte auf einer Leiterplatte erhöhen. Blind Microvias sind besonders vorteilhaft, wenn ein Signal auf der äußeren Schicht zu einer darunter liegenden Schicht geleitet werden muss, da das Blind Microvia die kürzeste Distanz bietet. Auf einer HDI-Platine ermöglichen Blind-Microvias die Optimierung des Platzes in einer mehrschichtigen Platine, beispielsweise in einer Leiterplatte mit vier Schichten, bei der die Microvias entweder auf den oberen zwei oder den unteren zwei Schichten platziert werden können.

In einigen Fällen durchdringt eine Microvia zwei ganze Schichten. Die Blind-Vias, die dieser Beschreibung entsprechen, werden als Skip-Vias bezeichnet. Skip-Vias werden jedoch von den Herstellern nicht empfohlen, da die Art des Lochs zu Komplikationen beim Plattieren führen kann.

Ein Microvia, das zwei innere Schichten in einer Leiterplatte verbindet, wird als vergrabenes Microvia bezeichnet. Damit ein vergrabenes Microvia in ein PCB-Design integriert werden kann, müssen die Schichten, die die Löcher enthalten, zuerst gebohrt werden, bevor die äußeren Schichten aufgebracht werden. Mit einem Buried Microvia verbinden Sie zwei innere Lagen auf einer Leiterplatte. Das Bohren kann mit einem mechanischen Werkzeug oder alternativ mit einem Laser erfolgen.

Wenn Sie ein Microvia auf einer Leiterplatte platzieren, ist es wichtig, auf das Seitenverhältnis der Lochgröße zu achten, da es sonst möglicherweise unmöglich ist, die Leiterplatte richtig zu beschichten.

So ermitteln Sie die richtigen Via-Anforderungen für Ihre Leiterplatte

Die Art der Durchkontaktierungen, die Sie für ein PCB-Design auswählen, sollte auf der Größe und dem Zweck der Platine basieren. Wenn die Platine für die Verwendung in einem älteren, größeren Computergerät vorgesehen ist, benötigen Sie wahrscheinlich ein PCB-Design, das älteren Standards entspricht, da alles Neuere wahrscheinlich nicht mit dem betreffenden Gerät kompatibel wäre. Für einige dieser älteren Geräte wäre Ihre einzige Option wahrscheinlich eine größere Leiterplatte mit durchkontaktierten Komponenten.

Wenn Sie eine Leiterplatte für ein kleineres Gerät entwerfen, gibt es wirklich keinen Grund, durchkontaktierte Komponenten zu verwenden, da Sie den geringen Platz auf der winzigen Platine maximieren müssen, der in das Gerät passen würde. Wenn Ihr PCB-Design beispielsweise nur einen Quadratzoll groß ist, haben Sie nicht den erforderlichen Platz für ein großes Durchgangsloch, da zu viele Signale auf dem geringen zulässigen Platz geleitet werden müssen. Eine Platine dieser Größe wäre viel besser mit Blind Microvias bedient, die starke Signale über kurze Entfernungen auf einer daumengroßen Platine übertragen könnten.

Zugegeben, der Prozess zur Herstellung kleinerer Leiterplatten mit Microvias erfordert aufgrund des Arbeitsaufwands, den solche Leiterplatten erfordern, wahrscheinlich mehr Investitionen. Die Vorteile dieser kleineren Boards können sich jedoch leicht auszahlen, insbesondere wenn Sie ein neues und bahnbrechendes Gerät vermarkten, das sich letztendlich zu einem Verkaufsschlager entwickeln könnte.

PCB-Produkte und Dienstleistungen von Millennium Circuits

Wenn es um das Design von Leiterplatten geht, steht eine Reihe von Durchkontaktierungen zur Auswahl, wie zum Beispiel blinde und vergrabene Microvias. Auf den kleineren Leiterplatten von heute ermöglichen Mikrovias die Ausstattung eines Geräts mit zahlreichen Funktionen und bieten außerdem Geschwindigkeiten und Verarbeitungsleistung, die die Leistungsfähigkeit der sperrigeren Durchkontaktierungskomponenten, die vor 20 Jahren üblich waren, übertreffen. Um die kompaktesten und optimalen PCB-Designs zu produzieren, ist es entscheidend, ein Team zu haben, das diese Teile zusammenfügen kann. Wenden Sie sich an Millennium Circuits, um ein Angebot zu PCB-Produkten und -Dienstleistungen zu erhalten.