Blind, Buried & Micro Via Definition

Il ruolo del via

I via vengono utilizzati per creare le connessioni verticali, ovvero da layer a layer, in un circuito stampato.

Nei primi tempi della fabbricazione delle schede, tutti i via attraversavano completamente la scheda, da un lato all’altro. Questi thru-hole vias vengono forati dopo che i layer sono stati fabbricati e il routing inciso. I barilotti conduttivi dei via vengono formati nei fori praticati mediante un processo di metallizzazione chimica, completando le connessioni tra i layer.

Lo sviluppo della tecnologia di fabbricazione dei PCB ha portato all’introduzione delle schede multistrato e, con esse, alla possibilità di forare via tra altre coppie di layer. Forando i via in determinati punti durante il processo di fabbricazione, è stato possibile creare via che si estendono solo tra due layer di segnale adiacenti. Questi sono indicati come blind vias (da un layer superficiale al layer interno immediatamente successivo) e buried vias (tra due layer interni).

I layer che un via può attraversare dipendono dalla tecnologia di fabbricazione utilizzata per realizzare la scheda. L’approccio tradizionale alla produzione di una scheda multistrato consiste nel realizzarla come un insieme di sottili schede a doppia faccia, che vengono poi assemblate a sandwich sotto calore e pressione per formare una scheda multistrato.

L’immagine seguente mostra una scheda a sei layer, come indicato dai nomi dei layer sul lato sinistro dell’immagine. Questa scheda verrebbe inizialmente fabbricata come tre schede a doppia faccia (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) come indicato dai layer core tratteggiati.

Su queste schede a doppia faccia è possibile forare siti per via, se necessario, formando quelli che sono noti come blind vias (via numero 1) quando il via si estende da un layer superficiale a un layer interno; e buried vias, quando un via si estende da un layer interno a un altro layer interno (via numero 2). Dopo che i layer sono stati pressati insieme in un’unica scheda multistrato, vengono forati i via passanti (via numero 3).

I tre tipi di via che possono essere creati: blind (1), buried (2) e thru-hole.

Un altro tipo di tecnologia di fabbricazione per schede multistrato è chiamato tecnologia Build-up, in cui i layer vengono aggiunti uno dopo l’altro, spesso sopra una scheda a doppia faccia o una tradizionale scheda multistrato. Quando viene utilizzata questa tecnologia, i via possono essere forati con un laser dopo l’aggiunta di ciascun layer durante il processo di build-up, con il risultato di un gran numero di possibili coppie di layer attraversabili. Le coppie di layer utilizzate per ciascun via sono definite dalle impostazioni Start Layer e End Layer del via.

Prima di utilizzare via blind o buried, è importante stabilire il livello di supporto fornito dal produttore. La maggior parte dei produttori supporta i via blind e buried. I layer che un via può attraversare dipendono dalla tecnologia di fabbricazione utilizzata per realizzare la scheda. Con questa tecnologia, una scheda multistrato viene fabbricata come un insieme di sottili schede a doppia faccia che vengono poi “assemblate a sandwich”. Questo consente ai via blind e buried di collegare tra loro le superfici di queste schede.

I miglioramenti nelle tecniche di fabbricazione e l’introduzione della foratura laser hanno reso possibile creare via molto piccoli (<10 mil), formati da un layer superficiale al layer di segnale immediatamente sottostante. Questi sono chiamati µVias. Creando i µVias man mano che i layer vengono costruiti durante il processo di fabbricazione (detto laminazione sequenziale, o build-up sequenziale), è ora possibile formare una pila di µVias che fornisce transizioni di segnale continue da layer a layer.

Tutti questi tipi di via sono supportati in Altium Designer.

Tutti i vari tipi di via che possono essere fabbricati possono essere definiti nella scheda Via Types del Layer Stack Manager.

Definizione di un tipo di via

1. Per definire un nuovo tipo di via, passa alla scheda Via Types del Layer Stack Manager. Qui definisci i requisiti di attraversamento dei layer sul piano Z di ciascun tipo di via necessario per il tuo progetto. Quando apri la scheda Via Types, essa includerà un singolo tipo di via passante.  Per una scheda a due layer il via predefinito è denominato Thru 1:2, e il nome riflette il tipo di via e il primo e l’ultimo layer che il via attraversa. L’estensione predefinita del via passante non può essere eliminata.
2. Le proprietà del tipo di via attualmente selezionato vengono modificate nella modalità Layer Stack Manager mode del pannello Properties. Se il pannello non è visibile, fai clic sul pulsante in basso a destra dell’applicazione per abilitarlo.
3. Fai clic sul pulsante per aggiungere un ulteriore tipo di via, quindi seleziona i layer attraversati da questo tipo di via nel pannello Properties. La nuova definizione avrà un nome <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (ad esempio, Thru 1:2). Il software rileverà automaticamente il tipo (ad esempio Thru, Blind, Buried) in base ai layer scelti e assegnerà di conseguenza il nome al tipo di via.
4. Configura le impostazioni First Layer e Last Layer per definire l’estensione di questo tipo di via.
5. Se è richiesto un µVia, abilita la casella di controllo µVia. Questa opzione sarà disponibile solo quando il via attraversa layer adiacenti, oppure adiacenti +1 (detto Skip via).
6. Se l’opzione Stack Symmetry è abilitata nella sezione Board del pannello Properties, l’opzione Mirror diventerà disponibile. Quando Mirror è abilitato, viene creato automaticamente un mirror del via corrente, che attraversa i layer simmetrici nello stack dei layer: abilitalo se necessario. 
7. Salva lo Stackup per rendere disponibili le modifiche nell’editor PCB.

Pannello Properties

Quando la scheda Via Types del documento Layer Stack è attiva, il pannello Properties consente di definire i requisiti consentiti di attraversamento dei layer sul piano Z per il/i via utilizzato/i nel progetto.

Il Via Types tab viene utilizzato per definire i requisiti consentiti di attraversamento dei layer sul piano Z per il/i via utilizzato/i nel progetto.

• Via Type
  • Name – il nome del via. Il software rileva automaticamente il tipo in base ai layer selezionati e assegna di conseguenza il nome al via.
  • First layer – il primo layer attraversato dal via.
  • Last layer – l’ultimo layer attraversato dal via.
  • µVia – abilita se è richiesto un microvia.
  • Mirror – quando abilitato, viene creato un mirror del via corrente che attraversa i layer simmetrici nello stack dei layer. Questa opzione è disponibile solo se l’opzione Stack Symmetry è abilitata.
• Board
  • Stack Symmetry – abilita per aggiungere layer in coppie corrispondenti, centrate attorno al layer dielettrico centrale. Quando è abilitata, viene immediatamente verificata la simmetria dello stack dei layer attorno al layer dielettrico centrale. Se una qualsiasi coppia di layer equidistanti dal layer dielettrico centrale di riferimento non è identica, si apre la finestra di dialogo Stack is not symmetric dialog.

• Library Compliance – quando abilitato, per ciascun layer selezionato dalla Material Library, le proprietà correnti del layer vengono confrontate con i valori della definizione di quel materiale nella libreria.
• Substack – queste informazioni si riferiscono al substack attualmente selezionato (layer, dielettrico, spessori, ecc.). Quando passi da un substack a un altro, queste informazioni si aggiorneranno di conseguenza (per il substack attualmente selezionato).

• Stack Name – inserisci un nome significativo per il substack. Questo campo è utile quando la regione di stackup X/Y viene assegnata a un substack di layer.
• Is Flex – abilita se il substack è flex.
• Layers – il numero totale di layer nel substack.
• Dielectrics – il numero totale di dielettrici nel substack.
• Conductive Thickness – lo spessore del/dei layer conduttivo/i nel substack. I layer di segnale in rame sono indicati come layer conduttivi.
• Dielectric Thickness – lo spessore del/dei layer dielettrico/i nel substack.
• Total Thickness – lo spessore totale del substack.

µVias (MicroVias)

Le µVia sono utilizzate come interconnessioni tra gli strati nei progetti ad alta densità di interconnessione (HDI), per soddisfare l’elevata densità di ingressi/uscite (I/O) dei package dei componenti avanzati e dei progetti di schede. La tecnologia Sequential Build-Up (SBU) viene utilizzata per fabbricare le schede HDI. Gli strati HDI vengono solitamente costruiti su una scheda core tradizionale a doppia faccia o su un PCB multistrato. Man mano che ogni strato HDI viene aggiunto su ciascun lato del PCB tradizionale, le µVia possono essere realizzate mediante: foratura laser, formazione della via, metallizzazione della via e riempimento della via. Poiché il foro viene eseguito con laser, ha una forma conica.

Se una connessione richiedeva un percorso attraverso più strati, l’approccio originale consisteva nello sfalsare una serie di µVia secondo uno schema a gradini. I miglioramenti nella tecnologia e nei processi ora consentono di impilare le µVia direttamente una sopra l’altra.

Le µVia interrate devono essere riempite, mentre le µVia cieche sugli strati esterni non richiedono riempimento. Le µVia impilate vengono solitamente riempite con rame elettrodeposto per realizzare interconnessioni elettriche tra i molteplici strati HDI e fornire supporto strutturale al/i livello/i esterno/i della µVia.

Definizione di una µVia

Supporto per le µVia

• Il software supporta due tipi di µVia:

  • Una µVia che attraversa da uno strato a uno strato adiacente.
  • Una Skip µVia, questo tipo di µVia salta lo strato adiacente, terminando sullo strato di rame successivo.

• Il tipo di via viene rilevato automaticamente in base all’estensione di strati definita, come mostrato nell’immagine seguente.

• L’ordine in cui vengono scelti First layer e Last layer definisce la direzione di foratura di una µVia, come indicato dalla direzione della forma conica della µVia nell’immagine.

• Le µVia vengono impilate automaticamente quando attraversano più strati durante il routing interattivo (utilizzando i tipi di via disponibili). Ulteriori informazioni su Modifica del tipo di via durante il routing.

Considerazioni sull’output delle µVia

La tabella di foratura PCB e i file di output del tipo di foratura supportano le µVia.

Tabella di foratura

La tabella di foratura PCB include le coppie di foratura delle µVia.

La tabella di foratura identifica ciascun foro per dimensione; se la stessa dimensione viene utilizzata su più coppie di strati di foratura, viene contrassegnata come mista.

File di fabbricazione di foratura

NC Drill - viene creato un file separato per ciascuna coppia di foratura µVia.

Gerber X2 - voci di configurazione specifiche per ciascun plot µVia.

ODB++ - un file di fabbricazione di foratura separato creato per ciascuna coppia di foratura µVia.

Back drilling delle via passanti

Main page: Foratura a profondità controllata, o Back Drilling

Il back drilling, noto anche come Controlled Depth Drilling (CDD), è una tecnica utilizzata per rimuovere la porzione inutilizzata, o stub, del barrel di rame da un foro passante in un circuito stampato. Quando un segnale ad alta velocità viaggia tra gli strati del PCB attraverso un barrel di rame, può subire distorsioni. Se l’utilizzo degli strati di segnale comporta la presenza di uno stub, e lo stub è lungo, tale distorsione può diventare significativa.

Questi stub possono essere rimossi riforando quei fori dopo il completamento della fabbricazione, con una punta leggermente più grande. I fori vengono sottoposti a back drilling fino a una profondità controllata, vicina, ma senza toccare, all’ultimo strato utilizzato dalla via. Tenendo conto delle variazioni di fabbricazione e dei materiali, un buon produttore può eseguire il back drilling dei fori lasciando uno stub di 7 mil e, idealmente, lo stub rimanente sarà inferiore a 10 mil.

  
Riforando il foro con una punta sovradimensionata fino a una profondità specifica, la porzione inutilizzata del barrel della via viene rimossa, migliorando l’integrità di questo percorso di segnale.

Il Back Drilling viene abilitato nel menu Layer Stack Manager's Tools e quindi configurato nella scheda Back Drills di Layer Stack Manager.