Definicja niewidomych, zakopanych i mikro via

Rola przelotki

Przelotki służą do tworzenia połączeń pionowych, czyli połączeń między warstwami płytki drukowanej.

W początkowym okresie produkcji płytek wszystkie przelotki przechodziły przez całą grubość płytki, z jednej strony na drugą. Te thru-hole vias wierci się po wykonaniu warstw i wytrawieniu ścieżek. Przewodzące tuleje przelotek powstają w wywierconych otworach w procesie metalizacji chemicznej, tworząc połączenia między warstwami.

Rozwój technologii produkcji PCB przyniósł płytki wielowarstwowe, a wraz z nimi możliwość wiercenia przelotek między innymi parami warstw. Wiercenie przelotek na określonych etapach procesu produkcyjnego umożliwiło tworzenie przelotek łączących tylko dwie sąsiednie warstwy sygnałowe. Są one określane jako blind vias (od warstwy zewnętrznej do następnej warstwy w głąb płytki) oraz buried vias (między dwiema warstwami wewnętrznymi).

To, które warstwy może łączyć przelotka, zależy od technologii zastosowanej do produkcji płytki. Tradycyjna metoda wytwarzania płytki wielowarstwowej polega na wykonaniu zestawu cienkich płytek dwustronnych, które następnie łączy się w całość pod wpływem temperatury i ciśnienia.

Poniższa ilustracja przedstawia płytkę sześciowarstwową, co pokazują nazwy warstw po lewej stronie. Taką płytkę wykonuje się najpierw jako trzy płytki dwustronne (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) — wskazują je zakreskowane warstwy rdzenia.

W razie potrzeby w tych płytkach dwustronnych można wywiercić otwory pod przelotki, tworząc tak zwane blind vias (przelotka nr 1), gdy przelotka łączy warstwę zewnętrzną z warstwą wewnętrzną, oraz buried vias, gdy przelotka łączy dwie warstwy wewnętrzne (przelotka nr 2). Po sprasowaniu warstw w jedną płytkę wielowarstwową wierci się przelotki przelotowe (przelotka nr 3).

Trzy rodzaje przelotek, które można wykonać: ślepe (1), zagrzebane (2) i przelotowe.

Inną technologią wytwarzania płytek wielowarstwowych jest technologia Build-up, w której warstwy dodaje się kolejno, często na płytce dwustronnej lub tradycyjnej płytce wielowarstwowej. W tej technologii po dodaniu każdej warstwy można wiercić przelotki laserowo, co pozwala uzyskać wiele możliwych par łączonych warstw. Pary warstw łączonych przez daną przelotkę określają jej ustawienia Start Layer i End Layer.

Przed zastosowaniem przelotek ślepych lub zagrzebanych należy ustalić, w jakim zakresie producent obsługuje te rozwiązania. Większość producentów obsługuje przelotki ślepe i zagrzebane. To, które warstwy może łączyć przelotka, zależy od technologii zastosowanej do produkcji płytki. W tej technologii płytkę wielowarstwową wykonuje się jako zestaw cienkich płytek dwustronnych, które następnie łączy się w jeden stos. Dzięki temu przelotki ślepe i zagrzebane mogą łączyć powierzchnie tych płytek.

Udoskonalenie technik produkcji i wprowadzenie wiercenia laserowego umożliwiły tworzenie bardzo małych przelotek (<10 mil), łączących warstwę zewnętrzną z następną warstwą sygnałową w głąb płytki. Nazywa się je mikroprzelotkami (µVias). Tworząc mikroprzelotki podczas dodawania kolejnych warstw w procesie produkcji (określanym jako laminowanie sekwencyjne lub sekwencyjne nadbudowywanie warstw), można obecnie uzyskać stos mikroprzelotek zapewniający płynne przejście sygnałów między warstwami.

Wszystkie te typy przelotek są obsługiwane w Altium Designer.

Wszystkie rodzaje przelotek możliwe do wykonania można zdefiniować na karcie typów przelotek w menedżerze stosu warstw.

Definiowanie typu przelotki

1. Aby zdefiniować nowy typ przelotki, przejdź do karty Via Types w menedżerze stosu warstw. Tutaj określa się wymagania dotyczące zakresu łączonych warstw w osi Z dla każdego typu przelotki potrzebnego w projekcie. Po otwarciu karty Via Types będzie ona zawierać jeden typ przelotki przelotowej.  W przypadku płytki dwuwarstwowej domyślna przelotka nosi nazwę Thru 1:2, która odzwierciedla jej typ oraz pierwszą i ostatnią łączoną warstwę. Domyślnego zakresu przelotki przelotowej nie można usunąć.
2. Właściwości aktualnie wybranego typu przelotki edytuje się w trybie menedżera stosu warstw panelu Properties. Jeśli panel nie jest widoczny, kliknij przycisk  w prawym dolnym rogu okna aplikacji, aby go wyświetlić.
3. Kliknij przycisk  , aby dodać kolejny typ przelotki, a następnie wybierz łączone przez niego warstwy w panelu Properties. Nowa definicja otrzyma nazwę <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (np. Thru 1:2). Oprogramowanie automatycznie wykryje typ (np. przelotowa, ślepa, zagrzebana) na podstawie wybranych warstw i odpowiednio nazwie typ przelotki.
4. Skonfiguruj ustawienia First Layer i Last Layer, aby określić zakres warstw łączonych przez ten typ przelotki.
5. Jeśli wymagana jest mikroprzelotka, zaznacz pole wyboru µVia. Ta opcja jest dostępna tylko wtedy, gdy przelotka łączy sąsiednie warstwy lub warstwy rozdzielone jedną warstwą (tzw. przelotka typu Skip).
6. Jeśli opcja Stack Symmetry jest włączona w obszarze Board panelu Properties, dostępna będzie opcja Mirror. Po włączeniu opcji Mirror automatycznie tworzona jest lustrzana kopia bieżącej przelotki, łącząca symetrycznie położone warstwy stosu — włącz tę opcję w razie potrzeby. 
7. Zapisz stos warstw, aby zmiany były dostępne w edytorze PCB.

Panel właściwości

Gdy Via Types jest aktywna karta dokumentu stosu warstw, panel Properties umożliwia zdefiniowanie dopuszczalnych zakresów warstw w osi Z dla przelotek używanych w projekcie.

Via Types tab służy do definiowania dopuszczalnych zakresów warstw w osi Z dla przelotek używanych w projekcie.

• Via Type
  • Name – nazwa przelotki. Oprogramowanie automatycznie wykrywa jej typ na podstawie wybranych warstw i odpowiednio nadaje jej nazwę.
  • First layer – pierwsza warstwa, przez którą przechodzi przelotka.
  • Last layer – ostatnia warstwa, przez którą przechodzi przelotka.
  • µVia – włącz, jeśli wymagana jest mikroprzelotka.
  • Mirror – po włączeniu tworzona jest lustrzana kopia bieżącej przelotki, obejmująca symetryczne warstwy stosu. Ta opcja jest dostępna tylko wtedy, gdy włączona jest opcja Stack Symmetry.
• Board
  • Stack Symmetry – włącz, aby dodawać warstwy w dopasowanych parach, symetrycznie względem środkowej warstwy dielektrycznej. Po włączeniu stos warstw jest natychmiast sprawdzany pod kątem symetrii względem środkowej warstwy dielektrycznej. Jeśli którakolwiek para warstw jednakowo oddalonych od środkowej warstwy odniesienia nie jest identyczna, otwiera się okno dialogowe Stos nie jest symetryczny.

• Library Compliance – po włączeniu bieżące właściwości każdej warstwy wybranej z biblioteki materiałów są sprawdzane pod kątem zgodności z wartościami w definicji danego materiału w bibliotece.
• Substack – te informacje dotyczą aktualnie wybranego podstosu (warstw, dielektryków, grubości itd.). Po przełączeniu na inny podstos informacje są odpowiednio aktualizowane.

• Stack Name – wprowadź opisową nazwę podstosu. To pole jest przydatne podczas przypisywania podstosu warstw do obszaru stosu w płaszczyźnie X/Y.
• Is Flex – włącz, jeśli podstos jest elastyczny.
• Layers – całkowita liczba warstw w podstosie.
• Dielectrics – całkowita liczba warstw dielektrycznych w podstosie.
• Conductive Thickness – grubość warstw przewodzących w podstosie. Miedziane warstwy sygnałowe są określane jako warstwy przewodzące.
• Dielectric Thickness – grubość warstw dielektrycznych w podstosie.
• Total Thickness – całkowita grubość podstosu.

µVias (mikroprzelotki)

Mikroprzelotki służą do łączenia warstw w projektach o dużej gęstości połączeń (HDI), umożliwiając obsługę dużej gęstości wejść/wyjść (I/O) zaawansowanych obudów komponentów i projektów płytek. Do produkcji płytek HDI stosuje się technologię sekwencyjnego dobudowywania warstw (SBU). Warstwy HDI są zwykle dobudowywane do tradycyjnie wytworzonego dwustronnego rdzenia lub wielowarstwowej płytki PCB. Podczas dobudowywania kolejnych warstw HDI po obu stronach tradycyjnej płytki PCB mikroprzelotki można wykonywać za pomocą następujących procesów: wiercenia laserowego, formowania przelotek, metalizacji przelotek i wypełniania przelotek. Ponieważ otwór jest wiercony laserowo, ma kształt stożkowy.

Jeśli połączenie wymagało przejścia przez wiele warstw, pierwotnie stosowano szereg mikroprzelotek rozmieszczonych z przesunięciem, w układzie schodkowym. Udoskonalenia technologii i procesów umożliwiają obecnie układanie mikroprzelotek bezpośrednio jedna nad drugą.

Mikroprzelotki zagrzebane wymagają wypełnienia, natomiast mikroprzelotki ślepe na warstwach zewnętrznych nie muszą być wypełniane. Mikroprzelotki ułożone jedna nad drugą są zwykle wypełniane miedzią osadzaną galwanicznie, aby zapewnić połączenia elektryczne między wieloma warstwami HDI oraz wsparcie mechaniczne dla zewnętrznych poziomów mikroprzelotki.

Definicja mikroprzelotki

Obsługa mikroprzelotek

• Oprogramowanie obsługuje dwa typy mikroprzelotek:

  • µVia, która przechodzi z jednej warstwy do warstwy sąsiedniej.
  • Skip µVia – ten typ mikroprzelotki pomija warstwę sąsiednią i kończy się na kolejnej warstwie miedzi.

• Typ przelotki jest wykrywany automatycznie na podstawie zdefiniowanego zakresu warstw, jak pokazano na poniższej ilustracji.

• Kolejność wyboru First layer i Last layer określa kierunek wiercenia mikroprzelotki, wskazany na ilustracji przez orientację jej stożkowego kształtu.

• Podczas trasowania interaktywnego mikroprzelotki są automatycznie układane jedna nad drugą przy przechodzeniu przez wiele warstw (z wykorzystaniem dostępnych typów przelotek). Dowiedz się więcej o zmianie typu przelotki podczas trasowania.

Uwagi dotyczące generowania plików wyjściowych dla mikroprzelotek

Tabela wierceń PCB i pliki wyjściowe wierceń obsługują mikroprzelotki.

Tabela wierceń

Tabela wierceń PCB zawiera pary warstw wiercenia mikroprzelotek.

Tabela wierceń identyfikuje każdy otwór według jego rozmiaru. Jeśli ten sam rozmiar jest używany dla wielu par warstw wiercenia, jest oznaczany jako mieszany.

Pliki produkcyjne wierceń

NC Drill – dla każdej pary warstw wiercenia mikroprzelotek tworzony jest osobny plik.

Gerber X2 – osobne wpisy konfiguracyjne dla każdego rysunku wierceń mikroprzelotek.

ODB++ – osobny plik produkcyjny wierceń tworzony dla każdej pary warstw wiercenia mikroprzelotek.

Wiercenie wsteczne przelotek przelotowych

Main page: Wiercenie z kontrolowaną głębokością, czyli wiercenie wsteczne

Wiercenie wsteczne, znane również jako wiercenie z kontrolowaną głębokością (CDD), to technika stosowana do usuwania niewykorzystanego fragmentu miedzianej tulei otworu przelotowego w płytce drukowanej. Gdy szybki sygnał przechodzi między warstwami PCB przez miedzianą tuleję, może ulec zniekształceniu. Jeśli układ połączeń między warstwami sygnałowymi pozostawia niewykorzystany odcinek tulei, a odcinek ten jest długi, zniekształcenie może stać się znaczące.

Te niewykorzystane odcinki można usunąć, ponownie rozwiercając otwory po zakończeniu produkcji nieco większym wiertłem. Otwory są rozwiercane na kontrolowaną głębokość, blisko ostatniej warstwy wykorzystywanej przez przelotkę, ale bez jej naruszania. Uwzględniając tolerancje produkcyjne i materiałowe, dobry producent może wykonać wiercenie wsteczne tak, aby pozostawić niewykorzystany odcinek o długości 7 mil; najlepiej, aby pozostały odcinek miał mniej niż 10 mil.

  
Ponowne rozwiercenie otworu większym wiertłem na określoną głębokość usuwa niewykorzystany fragment tulei przelotki, poprawiając integralność sygnału w tej ścieżce.

Wiercenie wsteczne włącza się w menu Layer Stack Manager's Tools, a następnie konfiguruje na karcie Back Drills w Layer Stack Manager.