Definizione di via cieche, interrate e microvia

Il ruolo del via

I via vengono utilizzati per creare collegamenti verticali, ovvero tra strati, in un circuito stampato.

Agli albori della fabbricazione delle schede, tutti i via attraversavano l'intera scheda, da un lato all'altro. Questi thru-hole vias vengono forati dopo la fabbricazione degli strati e l'incisione delle piste. Le pareti conduttive dei via vengono realizzate nei fori mediante un processo di metallizzazione chimica, completando i collegamenti tra gli strati.

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 strati. Eseguendo la foratura dei via in determinate fasi del processo di fabbricazione, è stato possibile creare via che collegassero solo due strati di segnale adiacenti. Questi vengono chiamati blind vias (da uno strato superficiale allo strato immediatamente sottostante) e buried vias (tra due strati interni).

Gli strati che un via può collegare dipendono dalla tecnologia utilizzata per fabbricare la scheda. L'approccio tradizionale alla produzione di una scheda multistrato consiste nel realizzare una serie di sottili schede a doppia faccia, che vengono poi unite mediante calore e pressione per formare una scheda multistrato.

L'immagine seguente mostra una scheda a sei strati, come indicato dai nomi degli strati sul lato sinistro dell'immagine. Questa scheda verrebbe inizialmente fabbricata come tre schede a doppia faccia (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) come indicato dagli strati del nucleo tratteggiati.

Se necessario, queste schede a doppia faccia possono essere forate nelle posizioni dei via, formando quelli che vengono chiamati blind vias (via numero 1) quando il via collega uno strato superficiale a uno strato interno; e buried vias, quando un via collega uno strato interno a un altro strato interno (via numero 2). Dopo che gli strati sono stati pressati insieme per formare un'unica scheda multistrato, vengono forati i via passanti (via numero 3).

I tre tipi di via che possono essere realizzati: ciechi (1), interrati (2) e passanti.

Un'altra tecnologia di fabbricazione delle schede multistrato è chiamata tecnologia build-up, in cui gli strati vengono aggiunti uno dopo l'altro, spesso su una scheda a doppia faccia o multistrato tradizionale. Quando si utilizza questa tecnologia, i via possono essere forati con un laser dopo l'aggiunta di ogni strato durante il processo di build-up, consentendo di collegare un gran numero di possibili coppie di strati. Le coppie di strati utilizzate per ciascun via sono definite dalle impostazioni Start Layer e End Layer del via.

Prima di utilizzare via ciechi o interrati, è importante verificare il livello di supporto offerto dal produttore. La maggior parte dei produttori supporta via ciechi e interrati. Gli strati che un via può collegare dipendono dalla tecnologia utilizzata per fabbricare la scheda. Con questa tecnologia, una scheda multistrato viene fabbricata come una serie di sottili schede a doppia faccia che vengono poi unite «a sandwich». Ciò consente ai via ciechi e interrati di collegare le superfici di queste schede.

I miglioramenti nelle tecniche di fabbricazione e l'introduzione della foratura laser hanno consentito di creare via molto piccoli (<10 mil), realizzati da uno strato superficiale allo strato di segnale immediatamente sottostante. Questi vengono chiamati µVia. Creando µVia man mano che gli strati vengono aggiunti durante il processo di fabbricazione (denominato laminazione sequenziale o build-up sequenziale), è ora possibile formare una pila di µVia che garantisce transizioni continue del segnale tra gli strati.

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 Tipi di via del Gestore dello stack degli strati.

Definizione di un tipo di via

1. Per definire un nuovo tipo di via, passa alla scheda Via Types del Gestore dello stack degli strati. Qui puoi definire i requisiti di collegamento tra gli strati lungo l'asse Z per ciascun tipo di via necessario al tuo progetto. Quando apri la scheda Via Types, questa include un solo tipo di via passante.  Per una scheda a due strati, il via predefinito è denominato Thru 1:2: il nome riflette il tipo di via e il primo e l'ultimo strato collegati dal via. Il collegamento passante predefinito non può essere eliminato.
2. Le proprietà del tipo di via attualmente selezionato vengono modificate nella modalità Gestore dello stack degli strati del pannello Properties. Se il pannello non è visibile, fai clic sul pulsante  in basso a destra nell'applicazione per attivarlo.
3. Fai clic sul pulsante  per aggiungere un altro tipo di via, quindi seleziona gli strati che questo tipo di via collega nel pannello Properties. La nuova definizione avrà il nome <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (ad esempio, Thru 1:2). Il software rileverà automaticamente il tipo (ad esempio passante, cieco, interrato) in base agli strati scelti e assegnerà di conseguenza il nome al tipo di via.
4. Configura le impostazioni First Layer e Last Layer per definire gli strati collegati da questo tipo di via.
5. Se è necessario un µVia, abilita la casella di controllo µVia. Questa opzione è disponibile solo quando il via collega strati adiacenti o strati adiacenti +1 (in questo caso viene chiamato via Skip).
6. Se l'opzione Stack Symmetry è abilitata nell'area Board del pannello Properties, l'opzione Mirror diventa disponibile. Quando Mirror è abilitata, viene creato automaticamente un via speculare a quello corrente, che collega gli strati simmetrici nello stack degli strati; abilita questa opzione se necessario. 
7. Salva lo stackup per rendere disponibili le modifiche nell'editor PCB.

Pannello Proprietà

Quando il Via Types scheda del documento Layer Stack è attiva, il Properties pannello consente di definire i requisiti consentiti di estensione tra i layer lungo l'asse Z per le via utilizzate nel progetto.

Il Via Types tab viene utilizzato per definire i requisiti consentiti di estensione tra i layer lungo l'asse Z per le via utilizzate nel progetto.

• Via Type
  • Name – il nome della via. Il software rileva automaticamente il tipo in base ai layer scelti e assegna alla via il nome corrispondente.
  • First layer – il primo layer attraversato dalla via.
  • Last layer – l'ultimo layer attraversato dalla via.
  • µVia – abilitare se è richiesta una microvia.
  • Mirror – quando questa opzione è abilitata, viene creata una copia speculare della 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 – abilitare per aggiungere i layer in coppie corrispondenti, disposte simmetricamente rispetto al layer dielettrico centrale. Quando questa opzione è abilitata, viene immediatamente verificata la simmetria dello stack dei layer rispetto 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.

• Library Compliance – quando questa opzione è abilitata, per ciascun layer selezionato dalla libreria dei materiali, le proprietà correnti del layer vengono confrontate con i valori della definizione del materiale nella libreria.
• Substack – queste informazioni si riferiscono al sottostack attualmente selezionato (layer, dielettrici, spessori, ecc.). Passando da un sottostack all'altro, le informazioni vengono aggiornate di conseguenza, in base al sottostack selezionato.

• Stack Name – inserire un nome significativo per il sottostack. Questo campo è utile quando si assegna un sottostack di layer alla regione di stackup X/Y.
• Is Flex – abilitare se il sottostack è flessibile.
• Layers – il numero totale di layer nel sottostack.
• Dielectrics – il numero totale di dielettrici nel sottostack.
• Conductive Thickness – lo spessore dei layer conduttivi nel sottostack. I layer di segnale in rame sono denominati layer conduttivi.
• Dielectric Thickness – lo spessore dei layer dielettrici nel sottostack.
• Total Thickness – lo spessore totale del sottostack.

µVia (microvia)

Le µVia vengono utilizzate come interconnessioni tra i layer nei progetti con interconnessioni ad alta densità (HDI), per soddisfare l'elevata densità di ingressi/uscite (I/O) dei package dei componenti e dei progetti di schede avanzati. Per fabbricare le schede HDI viene utilizzata la tecnologia di stratificazione sequenziale (SBU). I layer HDI vengono generalmente realizzati su un nucleo a doppia faccia prodotto con metodi tradizionali o su un PCB multistrato. Man mano che ogni layer HDI viene aggiunto su ciascun lato del PCB tradizionale, è possibile realizzare le µVia mediante foratura laser, formazione della via, metallizzazione e riempimento della via. Poiché il foro viene realizzato con un laser, ha una forma conica.

Se una connessione richiedeva un percorso attraverso più layer, l'approccio originario consisteva nello sfalsare una serie di µVia secondo uno schema a gradini. I miglioramenti tecnologici e dei processi consentono ora di impilare le µVia direttamente una sopra l'altra.

Le µVia interrate devono essere riempite, mentre le µVia cieche sui layer esterni non richiedono riempimento. Le µVia impilate vengono generalmente riempite con rame depositato galvanicamente per realizzare interconnessioni elettriche tra i diversi layer HDI e fornire supporto strutturale ai livelli esterni della µVia.

Definizione di µVia

Supporto per le µVia

• Il software supporta due tipi di µVia:

  • Una µVia che collega un layer a un layer adiacente.
  • Una Skip µVia: questo tipo di µVia salta il layer adiacente e termina sul layer di rame successivo.

• Il tipo di via viene rilevato automaticamente in base all'estensione definita tra i layer, 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 dall'orientamento della forma conica della µVia nell'immagine.

• Le µVia vengono impilate automaticamente quando si attraversano più layer durante lo sbroglio interattivo (utilizzando i tipi di via disponibili). Scopri di più su Modifica del tipo di via durante lo sbroglio.

Considerazioni sull'output delle µVia

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

Tabella di foratura

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

La tabella di foratura identifica ogni foro in base alla dimensione; se la stessa dimensione viene utilizzata su più coppie di layer di foratura, viene contrassegnata come mista.

File di fabbricazione per la foratura

NC Drill - viene creato un file separato per ogni coppia di layer di foratura delle µVia.

Gerber X2 - voci di configurazione specifiche per ciascun tracciato delle µVia.

ODB++ - viene creato un file di fabbricazione per la foratura separato per ogni coppia di layer di foratura delle µVia.

Back drilling delle via passanti

Main page: Foratura a profondità controllata o back drilling

Il back drilling, noto anche come foratura a profondità controllata (CDD), è una tecnica utilizzata per rimuovere la porzione inutilizzata, o stub, del cilindro di rame di un foro passante in un circuito stampato. Quando un segnale ad alta velocità viaggia tra i layer del PCB attraverso un cilindro di rame, può subire distorsioni. Se i layer utilizzati dal segnale lasciano uno stub e questo è lungo, la distorsione può diventare significativa.

Questi stub possono essere rimossi ripassando i fori al termine della fabbricazione con una punta di diametro leggermente maggiore. Il back drilling viene eseguito fino a una profondità controllata, vicino all'ultimo layer utilizzato dalla via, ma senza toccarlo. Tenendo conto delle variazioni di fabbricazione e dei materiali, un buon produttore può eseguire il back drilling lasciando uno stub di 7 mil; idealmente, lo stub residuo dovrebbe essere inferiore a 10 mil.

  
Ripassando il foro con una punta di diametro maggiore fino a una profondità specifica, si rimuove la porzione inutilizzata del cilindro della via, migliorando l'integrità del segnale lungo questo percorso.

Il back drilling viene abilitato nel menu Layer Stack Manager's Tools e successivamente configurato nella scheda Back Drills di Layer Stack Manager.