Eine Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte (PCB-Via) ist eine kleine Bohrung, die verschiedene Lagen einer Leiterplatte elektrisch verbindet und so die Signal- und Stromübertragung ermöglicht. Da Leiterplatten immer kleiner und Designs immer komplexer werden, ist die Wahl der richtigen Durchkontaktierung entscheidend. Dieser Blog stellt fünf gängige Arten von Durchkontaktierungen vor und erläutert die Auswahlkriterien, um Ingenieuren und Designern fundierte Entscheidungen zu ermöglichen.
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 schaffen eine starke elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Leiterplattenlagen.
Besseres Wärmemanagement: Ihre Struktur trägt durch die effiziente Wärmeübertragung zum Wärmemanagement bei.
Nachbearbeitung und Testzugang: Da die Durchkontaktierung auf beiden Seiten der Platine zugänglich ist, gestaltet sich die Nachbearbeitung und das Testen einfacher.
Sie haben jedoch auch einige Nachteile:
Größere Bohrlochgröße: Die minimale Bohrlochgröße für Durchkontaktierungen ist typischerweise größer als bei anderen Durchkontaktierungen, was die Dichte begrenzt.
Platzausnutzung: Durchkontaktierungen beanspruchen Platz auf allen Lagen und reduzieren so den verfügbaren Platz für die Leiterbahnführung.
Probleme mit der Signalintegrität: Sie wirken bei hohen Frequenzen wie Stichleitungen und reflektieren die Signale.
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: Blinddurchkontaktierungen belegen nicht auf allen Leiterplattenlagen Platz, wodurch Raum für zusätzliche Leiterbahnen und Bauteile frei wird.
Reduzierte Lagenanzahl und Kosten : Bei komplexen Leiterplatten können Blind-Vias die Gesamtzahl der Lagen reduzieren und die Gesamtkosten der Leiterplattenherstellung senken.
Verbesserte Hochfrequenzleistung: Kürzere Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte verbessern die Hochfrequenzleistung durch Reduzierung der parasitären Induktivität und Kapazität.
Flexibilität im Design: Leiterplattendesigner können die Verbindungen zwischen den einzelnen Lagen optimieren, ohne den gesamten Schichtaufbau zu beeinträchtigen.
Buried Vias
Vergrabene Durchkontaktierungen verbinden mindestens zwei innere Lagen einer mehrlagigen Leiterplatte und sind auf den äußeren Lagen nicht sichtbar. Sie erfordern eine interne Metallisierung, bevor die beiden äußeren Lagen auf die Leiterplatte aufgebracht werden. Diese Durchkontaktierungen können verwendet werden, um direkte Verbindungen zwischen bestimmten inneren Lagen herzustellen und bieten Entwicklern so mehr Flexibilität bei der Gestaltung komplexer Schaltungen.
Vergrabene Durchkontaktierungen haben einige bemerkenswerte Vorteile:
Verbesserte Signalintegrität : Vergrabene Durchkontaktierungen schaffen direktere und kürzere Verbindungen zwischen den inneren Schichten, wodurch Signalreflexionen minimiert und Übersprechen reduziert werden, was insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsdesigns wichtig ist.
Verbesserte EMV-Konformität : Die internen Eigenschaften von vergrabenen Durchkontaktierungen tragen zur Unterdrückung elektromagnetischer Emissionen bei und verbessern dadurch die allgemeine EMV-Konformität.
Optimierte Raumnutzung : Vergrabene Durchkontaktierungen schaffen mehr Layoutfläche, indem sie den Platzbedarf an der Oberfläche und in den inneren Lagen reduzieren. Dadurch kann die Leiterplatte Komponenten mit höherer Dichte aufnehmen und gleichzeitig die Leiterbahnführung optimieren.
Obwohl die Herstellung einer vergrabenen Durchkontaktierung viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Einschränkungen:
Sequenzielle Laminierung: Das Bohren und Plattieren jedes Satzes vergrabener Durchkontaktierungen muss separat erfolgen, anschließend müssen weitere Lagen laminiert werden. Jeder zusätzliche Satz vergrabener Durchkontaktierungen erhöht die Produktionszeit und die Prozesskomplexität.
Präzise Ausrichtung und Laminierungskontrolle: Vergrabene Durchkontaktierungen müssen in den verschiedenen Laminierungsphasen exakt positioniert bleiben, da sonst Signalverbindungsfehler auftreten können. Daher sind während der Fertigung hochpräzise Ausrichtungstechniken sowie die Kontrolle von Laminierungsschrumpfung und -versatz erforderlich.
Erweiterte Inspektionsanforderungen: Da die vergrabenen Durchkontaktierungen von der inneren Schicht umschlossen sind, ist eine hochwertige Inspektionsausrüstung wie z. B. eine Röntgeninspektion erforderlich, um ihre Form, Füllung und Verbindungsintegrität zu überprüfen.
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:
Bei gestapelten Durchkontaktierungen handelt es sich um Mikro-Durchkontaktierungen, die vertikal in Schichten übereinander gestapelt sind und so die Verbindung zwischen drei oder mehr leitfähigen Schichten herstellen.
Skip-Vias schaffen Verbindungen zwischen nicht benachbarten Schichten, indem sie eine oder mehrere Schichten überspringen, wodurch die Leiterbahnführung in komplexen, hochdichten Verbindungsdesigns reduziert wird.
Bei versetzten Durchkontaktierungen werden die Mikro-Durchkontaktierungen an leicht versetzten Stellen zwischen den Schichten angeordnet, im Gegensatz zur direkten vertikalen Stapelung wie bei gestapelten Durchkontaktierungen.
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 Wahl des richtigen Durchkontaktierungstyps ist entscheidend für eine optimale Verbindung zwischen den Lagen. Durchkontaktierungen eignen sich für relativ einfache Designs, während Blind- und Buried-Vias die Routing-Flexibilität in Multilayer-Leiterplatten verbessern und Microvias ideal für HDI-Leiterplatten sind . Der Durchkontaktierungstyp hängt von der Komplexität der Leiterplatte, 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
Bei der Entwicklung von Durchkontaktierungen auf Leiterplatten ist die Einhaltung der IPC- Standards, einschließlich wichtiger Vorschriften wie z. B. des Durchkontaktierungsabstands, unerlässlich. Besonders wichtig sind die Designrichtlinien der Klassen 2, 3 und 3DS sowie die militärischen IPC-Standards. Verschiedene IPC-Stufen eignen sich für unterschiedliche Anwendungsszenarien.
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.
