Eine PCB-Durchkontaktierung ist ein kleines Bohrloch, das zur elektrischen Verbindung verschiedener PCB-Schichten, wodurch Signal- und Stromübertragung zwischen ihnen ermöglicht wird. Da Leiterplatten immer miniaturisierter und Designs immer komplexer werden, ist die Wahl der richtigen Leiterplattendurchkontaktierung von entscheidender Bedeutung. In diesem Blog werden fünf gängige Arten von Leiterplattendurchkontaktierungen und Faktoren untersucht, die bei der Auswahl zu berücksichtigen sind, und Ingenieuren und Designern dabei geholfen, fundierte Entscheidungen zu treffen.
5 Häufig Arten von PCB Durchkontaktierungen
Hier stellen wir fünf Arten von PCB-Vias vor, die für unterschiedliche Designanforderungen geeignet sind.
Durchgangsloch Vias
Durchkontaktierungen durchdringen die gesamte Leiterplatte von der oberen bis zur unteren Schicht. Solche Leiterplattendurchkontaktierungen werden im Allgemeinen in Bauteilmontagelöchern oder inneren Verbindungen verwendet. Die Herstellung ist einfach, da beim Bohren der Leiterplatte keine präzise Tiefenkontrolle erforderlich ist.
Durchkontaktierungen bieten bestimmte Vorteile:
Starke Konnektivität: Durchkontaktierungen stellen eine starke elektrische und mechanische Verbindung zwischen den PCB-Schichten her.
Besseres Wärmemanagement: Ihre Struktur trägt durch effiziente Wärmeübertragung zum Wärmemanagement bei.
Überarbeitung und Test des Zugangs: Durch den Zugriff auf diese PCB-Durchkontaktierungen auf beiden Seiten der Platine werden Nacharbeiten und Tests einfacher.
Sie haben jedoch auch einige Nachteile:
Größere Bohrgröße: Die Mindestbohrgröße von Durchkontaktierungen ist typischerweise größer als bei anderen Durchkontaktierungen, was die Dichte begrenzt.
Raumnutzung: Durchkontaktierungen beanspruchen Platz auf allen Schichten und verringern so den für die Kabelführung verfügbaren Platz.
Probleme mit der Signalintegrität: Bei hohen Frequenzen fungieren sie als Stichleitungen, die die Signale reflektieren.
Blind Vias
Blind Vias verbinden eine äußere PCB-Schicht (obere oder untere Schicht) mit mindestens einer oder mehreren inneren Schichten, verlaufen aber nicht vollständig durch die gesamte Leiterplatte. Im Vergleich zu Durchgangslöchern sind diese PCB-Vias nur auf einer Seite der Leiterplatte sichtbar. Blind Vias sind schwierig herzustellen, da die Tiefe des Lochs präzise kontrolliert werden muss. Sie werden normalerweise durch Laserbohren oder kontrolliertes Tiefenbohren hergestellt, und dann wird die elektrische Verbindung durch Galvanisieren hergestellt.
Blind Vias bieten bei hochdichten Designs erhebliche Vorteile:
Effiziente Raumnutzung: Blind Vias beanspruchen nicht auf allen PCB-Schichten Platz, sodass Platz für zusätzliche PCB-Leiterbahnen und -Komponenten frei wird.
Reduzierte Anzahl an Schichten und Kosten: Bei komplexen Leiterplatten können Blind Vias die Gesamtzahl der Schichten reduzieren und die Gesamtkosten der Leiterplattenproduktion senken.
Verbesserte Hochfrequenzleistung: Kürzere PCB-Via-Längen verbessern die Hochfrequenzleistung durch Reduzierung der parasitären Induktivität und Kapazität.
Flexibilität im Design: PCB-Designer können die Verbindungen zwischen den einzelnen Schichten optimieren, ohne den gesamten Aufbau zu beeinträchtigen.
Buried Vias
Buried Vias verbinden mindestens zwei Innenlagen in einem mehrschichtige Leiterplatte und sind auf den Außenschichten nicht sichtbar. Sie müssen vor dem Aufbringen der beiden Außenschichten auf die Platine innen beschichtet werden. Diese PCB-Durchkontaktierung kann verwendet werden, um direkte Verbindungen zwischen bestimmten Innenschichten herzustellen, was den Designern mehr Gestaltungsfreiheit für komplexe Schaltkreise gibt.
Vergrabene Durchkontaktierungen haben einige bemerkenswerte Vorteile:
Verbesserte Signalintegrität: Vergrabene Durchkontaktierungen erzeugen direktere und kürzere Wege zwischen den inneren Schichten, wodurch Signalreflexionen minimiert und Übersprechen reduziert wird, was insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsdesigns wichtig ist.
Verbesserte EMV-Konformität: Die inneren Eigenschaften vergrabener Durchkontaktierungen tragen zur Unterdrückung elektromagnetischer Emissionen bei und verbessern dadurch die allgemeine EMV-Konformität.
Optimierte Raumnutzung: Vergrabene Durchkontaktierungen geben mehr Layoutfläche frei, indem sie den Platzbedarf an der Oberfläche und den inneren Schichten verringern. So können auf der Leiterplatte Komponenten mit höherer Dichte untergebracht werden, während gleichzeitig das Routing optimiert wird.
Obwohl die Herstellung einer vergrabenen Durchkontaktierung viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Einschränkungen:
Sequentielle Laminierung: Das Bohren und Plattieren jedes Satzes vergrabener Vias muss separat erfolgen, und dann müssen zusätzliche Schichten laminiert werden. Jeder zusätzliche Satz vergrabener Vias erhöht die Produktionszeit und die Prozesskomplexität.
Präzise Ausrichtung und Laminierungskontrolle: Vergrabene Vias müssen in verschiedenen Laminierungsphasen ihre genaue Position beibehalten, da es sonst zu Signalverbindungsfehlern kommen kann. Daher sind während der Herstellung hochpräzise Ausrichtungstechniken und eine Kontrolle der Laminierungsschrumpfung und des Versatzes erforderlich.
Erweiterte Inspektionsanforderungen: Die vergrabenen Durchkontaktierungen sind in der inneren Schicht abgedeckt, daher sind hochmoderne Prüfgeräte, wie beispielsweise Röntgenprüfgeräte, erforderlich, um ihre Form, Füllung und Verbindungsintegrität zu prüfen.
Mikrovias
Microvias sind kleine Vias, typischerweise kleiner als 150 Mikrometer im Durchmesser, mit dem idealen Seitenverhältnis von 0.75:1 (Durchmesser-zu-Tiefe-Verhältnis) und einer Tiefe von nicht mehr als 0.25 mm. Microvias werden häufig in komplexen mehrschichtigen Leiterplatten verwendet, um benachbarte Innenschichten oder Oberflächenschichten mit Innenschichten zu verbinden. Microvias ermöglichen dichtere und komplexere Leiterplattendesigns, was bei HDI-Designs sehr wichtig ist. Diese Vias auf der Platine spielen eine wichtige Rolle bei der Miniaturisierung von Leiterplatten, die für tragbare Geräte, Smartphones und IoT-Geräte entscheidend ist. Im Folgenden sind drei gängige Arten von Microvias aufgeführt:
Gestapelte Vias sind vertikal in Schichten übereinander gestapelte Mikrovias, die die Verbindung zwischen drei oder mehr leitfähigen Schichten herstellen.
Durchkontaktierungen überspringen Erstellen Sie Verbindungen zwischen nicht benachbarten Schichten, indem Sie eine oder mehrere Schichten überspringen. So wird das Routing in komplexen Verbindungsdesigns mit hoher Dichte reduziert.
Gestaffelte Vias Dabei werden Mikrovias an etwas versetzten Stellen zwischen den Schichten platziert, im Vergleich zur direkten vertikalen Stapelung wie bei gestapelten Vias.
Via-in-Pad
Via-in-Pads werden direkt in das Metallpad eines oberflächenmontierten Bauteils, wie z. B. Fine-Pitch-BGAs, eingebracht und sind besonders bei hochdichten Designs nützlich. Dies ermöglicht eine direktere Verbindung zwischen Bauteilen und Leiterplatte, reduziert die Leiterbahnlängen, verbessert die Signalintegrität und optimiert das Wärmemanagement. Via-in-Pads können Platz sparen und die Weiterleitung kritischer Signale vereinfachen, bringen jedoch Lötschwierigkeiten und potenzielle Zuverlässigkeitsprobleme mit sich.
Schlüsselfaktoren zu berücksichtigen, wenn Die Wahl die Angemessen PCB-Durchkontaktierung
Bei der Auswahl der richtigen PCB-Durchkontaktierung für das Projekt müssen unbedingt die folgenden sechs Faktoren berücksichtigt werden, um optimale PCB-Leistung, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit zu gewährleisten.
Über Typ
Die Auswahl des richtigen Via-Typs ist entscheidend für eine optimale Konnektivität zwischen den Schichten. Durchkontaktierungen eignen sich für relativ einfache Designs, während Blind- und Buried-Vias die Routing-Flexibilität bei mehrschichtigen Leiterplatten verbessern und Microvias ideal sind für HDI-Leiterplatten. Die Art der PCB-Durchkontaktierung hängt von der Komplexität der PCB, den Signalanforderungen, der Herstellbarkeit und den Projektanforderungen ab.
Über Größe
Die Größe der PCB-Durchkontaktierungen variiert normalerweise je nach PCB-Designanforderungen und Herstellermöglichkeiten. Kleinere Durchkontaktierungen ermöglichen Designs mit höherer Dichte, erhöhen jedoch die Fertigungskomplexität und -kosten. Größere Durchkontaktierungen haben zwar eine höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit, benötigen jedoch mehr Platz. Ein Kompromiss zwischen Durchkontaktierungsgröße und PCB-Designanforderungen (d. h. Strombelastbarkeit und Routingdichte) ist der Schlüssel zur Erzielung einer langlebigen und effizienten PCB.
Über TOlerance
Die Toleranz der Leiterplattendurchkontaktierung bestimmt die zulässige Abweichung der Lochgröße. Leiterplattenhersteller stellen in der Regel interne Richtlinien bereit, die einen Toleranzbereich für die Lochgröße basierend auf ihrem Produktionsprozess, der Gerätegenauigkeit, den Materialeigenschaften usw. empfehlen.
Unterstütz die Rechts TTechnologie
Blinde und vergrabene Vias müssen in einem sequentiellen Laminierungsprozess hergestellt werden, daher ist das Design des PCB-Stapels von entscheidender Bedeutung. Während der Entwurfsphase sollte eine enge Kommunikation mit dem PCB-Hersteller stattfinden, um den PCB-Stapel rational zu gestalten und die geeignete Technologie auszuwählen, um die PCB-Qualität und Herstellbarkeit zu verbessern.
IPC GRichtlinien
Beim Entwurf einer PCB-Durchkontaktierung ist folgendes zu beachten: IPC Standards, die wichtige Vorschriften wie den Abstand zwischen den Kontaktlöchern enthalten. Besonders wichtig sind die IPC-Designrichtlinien der Klassen 2, 3 und 3DS sowie des Militärs. Für unterschiedliche Anwendungsszenarien sind verschiedene IPC-Stufen geeignet.
Ring
Der Ring ist ein Kupferring um die Durchkontaktierung und seine Größe wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit und Leistung der Durchkontaktierung aus. Unter Berücksichtigung von Toleranzfaktoren wie Materialausdehnung oder -kontraktion und Bohrpositionsabweichung muss der Ring ausreichend Kupferfläche aufweisen, um eine stabile elektrische Verbindung mit der Spur auf einer bestimmten Schicht sicherzustellen, bevor die PCB-Durchkontaktierung plattiert wird. IPC-Klasse 2 und Klasse 3 haben unterschiedliche Anforderungen an Ringringe und Klasse 3 erfordert eine strengere Toleranzkontrolle, um stabile elektrische Verbindungen in hochzuverlässigen Anwendungen sicherzustellen.
Charakteristische Use von Platine Vias
Signal RAusflug
PCB-Vias werden häufig verwendet, um Signale zwischen verschiedenen PCB-Schichten zu leiten. Durchkontaktierungen sind für die meisten Leiterplatten eine geeignete Lösung. Blind- und Buried-Vias können in dichteren Designs mit weniger Platz verwendet werden. Mit richtig positionierten Leiterplatten-Vias können Signale effektiv und ohne Störungen oder Verzögerungen übertragen werden.
Flucht RAusflug
Größere Komponenten mit Oberflächenmontagetechnik verwenden häufig Durchgangslöcher für die Flucht- oder Fan-Out-Routing. Manchmal werden Blindvias oder Mikrovias verwendet, und Via-in-Pad wird bei extrem dichten Paketen wie BGAs mit hoher Pin-Anzahl verwendet.
Tuning RAusflug
PCB-Vias für Strom- und Erdungsnetzwerke sind normalerweise auf größere Durchgangslöcher beschränkt, da diese mehr Strom leiten können. Blind Vias können auch verwendet werden, um bei hochdichten Designs Platz zu sparen.
Stitching Vias
Diese PCB-Vias stellen mehrere Verbindungen zu einer Ebene her und werden normalerweise als Durchgangslöcher oder Blind-Vias ausgeführt. Beispielsweise kann ein empfindlicher Schaltungsbereich von einem Metallstreifen umschlossen werden, der durch strategisch platzierte Vias mit der Masseebene verbunden wird, um eine EMI-Abschirmung zu gewährleisten.
Thermische Vias
Thermische Durchkontaktierungen können die von Komponenten erzeugte Wärme effektiv durch die innere Kupferebene ableiten, lokale Überhitzung verhindern und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Komponenten verbessern.
Takeaways
Die PCB-Durchkontaktierung hat direkte Auswirkungen auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten der Leiterplatte. Designer und Ingenieure sollten die Auswahl der PCB-Durchkontaktierung als kritischen Schritt im PCB-Designprozess betrachten, da sie erheblich zum Erfolg des Endprodukts beiträgt. Bei der Auswahl der Leiterplattendurchkontaktierungen müssen die Anwendungsanforderungen, die Fähigkeiten des PCB-Herstellers und Industriestandards berücksichtigt werden, um die optimale Wahl zu treffen.
