Blind, Buried & Micro Via Definition

Die Rolle der Via

Vias werden verwendet, um die vertikalen bzw. Verbindungen von Schicht zu Schicht in einer Leiterplatte herzustellen.

In den frühen Tagen der Leiterplattenfertigung verliefen alle Vias vollständig durch die Leiterplatte, von einer Seite zur anderen. Diese thru-hole vias werden gebohrt, nachdem die Lagen gefertigt und die Leiterbahnen geätzt wurden. Die leitfähigen Via-Hülsen werden in den gebohrten Löchern mithilfe eines stromlosen Galvanisierungsprozesses gebildet und vervollständigen so die Verbindungen zwischen den Lagen.

Mit der Weiterentwicklung der PCB-Fertigungstechnologie wurden Multilayer-Leiterplatten eingeführt und damit auch die Möglichkeit, Vias zwischen anderen Lagenpaaren zu bohren. Durch das Bohren von Vias an bestimmten Punkten während des Fertigungsprozesses wurde es möglich, Vias zu erzeugen, die nur zwei benachbarte Signallagen überbrücken. Diese werden als blind vias (von einer Außenlage zur nächstinneren Lage) und buried vias (zwischen zwei Innenlagen) bezeichnet.

Welche Lagen eine Via überbrücken kann, hängt von der Fertigungstechnologie ab, mit der die Leiterplatte hergestellt wird. Der traditionelle Ansatz zur Herstellung einer Multilayer-Leiterplatte besteht darin, sie als Satz dünner doppelseitiger Leiterplatten zu fertigen, die anschließend unter Hitze und Druck zusammengepresst werden, um eine Multilayer-Leiterplatte zu bilden.

Die folgende Abbildung zeigt eine sechslagige Leiterplatte, wie an den Lagennamen auf der linken Seite der Abbildung zu sehen ist. Diese Leiterplatte würde zunächst als drei doppelseitige Leiterplatten gefertigt (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) wie durch die schraffierten Kernlagen dargestellt.

In diese doppelseitigen Leiterplatten können bei Bedarf Via-Positionen gebohrt werden. Dadurch entsteht eine sogenannte blind vias (Via Nummer 1), wenn die Via von einer Außenlage zu einer Innenlage reicht, sowie eine buried vias, wenn eine Via von einer Innenlage zu einer anderen Innenlage reicht (Via Nummer 2). Nachdem die Lagen zu einer einzigen Multilayer-Leiterplatte zusammengepresst wurden, werden Durchkontaktierungen gebohrt (Via Nummer 3).

Die drei Via-Typen, die erzeugt werden können: blind (1), buried (2) und thru-hole.

Eine weitere Technologie zur Herstellung von Multilayer-Leiterplatten wird als Build-up-Technologie bezeichnet, bei der die Lagen nacheinander hinzugefügt werden, oft auf einer doppelseitigen oder traditionellen Multilayer-Leiterplatte. Wenn diese Technologie verwendet wird, können nach dem Hinzufügen jeder Lage während des Build-up-Prozesses Vias mit einem Laser gebohrt werden, was zu einer großen Anzahl möglicher überbrückbarer Lagenpaare führt. Die für jede Via verwendeten Lagenpaare werden durch die Einstellungen Start Layer und End Layer für die Via definiert.

Bevor Blind oder Buried Vias verwendet werden, ist es wichtig, den vom Hersteller gebotenen Unterstützungsumfang festzulegen. Die meisten Hersteller unterstützen Blind und Buried Vias. Welche Lagen eine Via überbrücken kann, hängt von der verwendeten Fertigungstechnologie ab. Mit dieser Technologie wird eine Multilayer-Leiterplatte als Satz dünner doppelseitiger Leiterplatten gefertigt, die anschließend „zusammengesandwicht“ werden. Dadurch können Blind und Buried Vias zwischen den Oberflächen dieser Leiterplatten verbinden.

Verbesserungen der Fertigungstechniken und die Einführung des Laserbohrens ermöglichten die Herstellung sehr kleiner (<10 mil) Vias, die von einer Außenlage zur nächsttieferen Signallage gebildet werden. Diese werden als µVias bezeichnet. Durch das Erzeugen von µVias während des schrittweisen Aufbaus der Lagen im Fertigungsprozess (als sequentielle Laminierung oder sequentieller Build-up bezeichnet) ist es nun möglich, einen Stapel von µVias zu bilden, der nahtlose Signalübergänge von Lage zu Lage ermöglicht.

Alle diese Via-Typen werden in Altium Designer unterstützt.

Alle verschiedenen Via-Typen, die gefertigt werden können, lassen sich auf der Registerkarte Via Types im Layer Stack Manager definieren.

Definieren eines Via-Typs

1. Um einen neuen Via-Typ zu definieren, wechseln Sie zur Registerkarte Via Types des Layer Stack Manager. Hier definieren Sie die Anforderungen an die Z-Ebenen-Lagenüberbrückung für jeden der Via-Typen, die für Ihr Design benötigt werden. Wenn Sie die Registerkarte Via Types öffnen, enthält sie einen einzelnen Through-Hole-Via-Typ.  Für eine zweilagige Leiterplatte heißt die Standard-Via Thru 1:2, wobei die Benennung den Via-Typ sowie die erste und letzte Lage widerspiegelt, die von der Via überbrückt werden. Die Standard-Through-Hole-Spanne kann nicht gelöscht werden.
2. Die Eigenschaften des aktuell ausgewählten Via-Typs werden im Modus Layer Stack Manager mode des Bedienfelds Properties bearbeitet. Wenn das Bedienfeld nicht sichtbar ist, klicken Sie unten rechts in der Anwendung auf die Schaltfläche , um es zu aktivieren.
3. Klicken Sie auf die Schaltfläche , um einen zusätzlichen Via-Typ hinzuzufügen, und wählen Sie dann im Bedienfeld Properties die Lagen aus, die dieser Via-Typ überbrückt. Die neue Definition erhält den Namen <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (z. B. Thru 1:2). Die Software erkennt den Typ (z. B. Thru, Blind, Buried) anhand der gewählten Lagen automatisch und benennt den Via-Typ entsprechend.
4. Konfigurieren Sie die Einstellungen First Layer und Last Layer, um die Spanne dieses Via-Typs festzulegen.
5. Wenn eine µVia erforderlich ist, aktivieren Sie das Kontrollkästchen µVia. Diese Option ist nur verfügbar, wenn die Via benachbarte Lagen oder benachbart +1 (als Skip-Via bezeichnet) überbrückt.
6. Wenn die Option Stack Symmetry im Bereich Board des Bedienfelds Properties aktiviert ist, wird die Option Mirror verfügbar. Wenn Mirror aktiviert ist, wird automatisch ein Spiegelbild der aktuellen Via erstellt, das die symmetrischen Lagen im Lagenaufbau überbrückt – aktivieren Sie dies bei Bedarf. 
7. Speichern Sie den Stackup, damit die Änderungen im PCB-Editor verfügbar werden.

Properties Panel

Wenn die Registerkarte Via Types des Layer-Stack-Dokuments aktiv ist, können Sie im Bedienfeld Properties die zulässigen Anforderungen an die Z-Ebenen-Lagenüberbrückung der im Design verwendeten Via(s) definieren.

Das Via Types tab wird verwendet, um die zulässigen Anforderungen an die Z-Ebenen-Lagenüberbrückung der im Design verwendeten Via(s) zu definieren.

• Via Type
  • Name – der Name der Via. Die Software erkennt den Typ anhand der gewählten Lagen automatisch und benennt die Via entsprechend.
  • First layer – die erste Lage, die von der Via überbrückt wird.
  • Last layer – die letzte Lage, die von der Via überbrückt wird.
  • µVia – aktivieren, wenn eine Microvia erforderlich ist.
  • Mirror – wenn aktiviert, wird ein Spiegelbild der aktuellen Via erstellt, das die symmetrischen Lagen im Lagenaufbau überbrückt. Diese Option ist nur verfügbar, wenn die Option Stack Symmetry aktiviert ist.
• Board
  • Stack Symmetry – aktivieren, um Lagen in passenden Paaren hinzuzufügen, zentriert um die mittlere Dielektrikum-Lage. Wenn aktiviert, wird der Lagenaufbau sofort auf Symmetrie um die zentrale Dielektrikum-Referenzlage geprüft. Wenn ein Lagenpaar, das den gleichen Abstand zur zentralen Dielektrikum-Referenzlage hat, nicht identisch ist, wird das Dialogfeld Stack is not symmetric dialog geöffnet.

• Library Compliance – wenn aktiviert, werden für jede Lage, die aus der Material Library ausgewählt wurde, die aktuellen Lageneigenschaften mit den Werten dieser Materialdefinition in der Bibliothek verglichen.
• Substack – diese Informationen gelten für den aktuell ausgewählten Teil-Stackup (Lagen, Dielektrikum, Dicken usw.). Wenn Sie von einem Teil-Stackup zu einem anderen wechseln, werden diese Informationen entsprechend aktualisiert (für den aktuell ausgewählten Teil-Stackup).

• Stack Name – geben Sie einen aussagekräftigen Namen für den Teil-Stackup ein. Dieses Feld ist nützlich, wenn dem X/Y-Stackup-Bereich ein Lagen-Teil-Stackup zugewiesen wird.
• Is Flex – aktivieren, wenn der Teil-Stackup flexibel ist.
• Layers – die Gesamtzahl der Lagen im Teil-Stackup.
• Dielectrics – die Gesamtzahl der Dielektrika im Teil-Stackup.
• Conductive Thickness – die Dicke der leitfähigen Lage(n) im Teil-Stackup. Kupfer-Signallagen werden als leitfähige Lagen bezeichnet.
• Dielectric Thickness – die Dicke der Dielektrikum-Lage(n) im Teil-Stackup.
• Total Thickness – die Gesamtdicke des Teil-Stackups.

µVias (MicroVias)

µVias werden als Verbindungen zwischen Lagen in High Density Interconnect (HDI)-Designs verwendet, um die hohe Ein-/Ausgangsdichte (I/O) moderner Bauteilgehäuse und Leiterplattendesigns zu ermöglichen. Zur Herstellung von HDI-Leiterplatten wird die Sequential-Build-Up-(SBU)-Technologie eingesetzt. Die HDI-Lagen werden üblicherweise auf einen traditionell gefertigten doppelseitigen Kern oder eine Multilayer-PCB aufgebaut. Während jede HDI-Lage auf beide Seiten der herkömmlichen PCB aufgebracht wird, können µVias mittels Laserbohren, Via-Bildung, Via-Metallisierung und Via-Füllung erzeugt werden. Da das Loch lasergebohrt wird, hat es eine konische Form.

Wenn eine Verbindung einen Pfad durch mehrere Lagen erforderte, bestand der ursprüngliche Ansatz darin, eine Reihe von µVias in einem stufenartigen Muster versetzt anzuordnen. Verbesserungen bei Technologie und Prozessen ermöglichen es heute, µVias direkt übereinander zu stapeln.

Vergrabene µVias müssen gefüllt werden, während blinde µVias auf den äußeren Lagen keine Füllung erfordern. Gestapelte µVias werden in der Regel mit galvanisch abgeschiedenem Kupfer gefüllt, um elektrische Verbindungen zwischen den mehreren HDI-Lagen herzustellen und die äußere(n) Ebene(n) des µVia strukturell zu stützen.

Definition eines µVia

Unterstützung für µVias

• Die Software unterstützt zwei Arten von µVias:

  • Ein µVia, das von einer Lage zu einer benachbarten Lage verläuft.
  • Ein Skip µVia; dieser Typ von µVia überspringt die benachbarte Lage und landet auf der darauffolgenden Kupferlage.

• Der Via-Typ wird anhand der definierten Lagenspanne automatisch erkannt, wie in der Abbildung unten gezeigt.

• Die Reihenfolge, in der First layer und Last layer ausgewählt werden, definiert die Bohrrichtung für ein µVia, wie durch die Richtung der konischen µVia-Form in der Abbildung angezeigt.

• µVias werden beim Durchqueren mehrerer Lagen während des interaktiven Routings automatisch gestapelt (unter Verwendung verfügbarer Via-Typen). Erfahren Sie mehr über Ändern des Via-Typs während des Routings.

Hinweise zur µVia-Ausgabe

Die PCB-Bohrtabelle und Ausgabedateien vom Typ Drill unterstützen µVias.

Bohrtabelle

Die PCB-Bohrtabelle enthält µVia-Bohrlagenpaare.

Die Bohrtabelle kennzeichnet jedes Loch nach Größe; wenn dieselbe Größe auf mehreren Bohrlagenpaaren verwendet wird, wird dies als gemischt markiert.

Bohr-Fertigungsdateien

NC Drill - für jedes µVia-Bohrlagenpaar wird eine separate Datei erstellt.

Gerber X2 - spezifische Setup-Einträge für jeden µVia-Plot.

ODB++ - für jedes µVia-Bohrlagenpaar wird eine separate Bohr-Fertigungsdatei erstellt.

Rückbohren von Through-Hole-Vias

Main page: Bohren mit kontrollierter Tiefe oder Rückbohren

Rückbohren, auch als Controlled Depth Drilling (CDD) bekannt, ist eine Technik, mit der der ungenutzte Teil bzw. Stub des Kupferzylinders aus einer Durchkontaktierung in einer Leiterplatte entfernt wird. Wenn ein Hochgeschwindigkeitssignal zwischen PCB-Lagen durch einen Kupferzylinder läuft, kann es verzerrt werden. Führt die Nutzung der Signallage dazu, dass ein Stub vorhanden ist, und ist dieser Stub lang, kann diese Verzerrung erheblich werden.

Diese Stubs können entfernt werden, indem diese Löcher nach Abschluss der Fertigung mit einem etwas größeren Bohrer erneut gebohrt werden. Die Löcher werden mit kontrollierter Tiefe rückgebohrt, nahe an die letzte vom Via verwendete Lage heran, ohne sie zu berühren. Unter Berücksichtigung von Fertigungs- und Materialschwankungen kann ein guter Leiterplattenhersteller Löcher so rückbohren, dass ein 7-mil-Stub verbleibt; idealerweise ist der verbleibende Stub kleiner als 10 mil.

  
Durch erneutes Bohren des Lochs mit einem übergroßen Bohrer bis zu einer bestimmten Tiefe wird der ungenutzte Teil des Via-Zylinders entfernt, wodurch die Integrität dieses Signalpfads verbessert wird.

Rückbohren wird im Menü Layer Stack Manager's Tools aktiviert und anschließend auf der Registerkarte Back Drills des Layer Stack Manager konfiguriert.