Definicja niewidomych, zakopanych i mikro via

Rola przelotki

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

We wczesnych czasach produkcji płytek wszystkie przelotki przechodziły przez całą płytkę, z jednej strony na drugą. Te thru-hole vias są wiercone po wykonaniu warstw i wytrawieniu ścieżek. Przewodzące tuleje przelotek (barrel) powstają w wywierconych otworach w procesie chemicznego osadzania miedzi (electroless plating), co domyka połączenia między warstwami.

Rozwój technologii wytwarzania PCB przyniósł wprowadzenie płytek wielowarstwowych, a wraz z tym możliwość wiercenia przelotek pomiędzy innymi parami warstw. Wiercąc przelotki na określonych etapach procesu produkcyjnego, można było tworzyć przelotki obejmujące tylko dwie sąsiednie warstwy sygnałowe. Nazywa się je blind vias (od warstwy zewnętrznej do kolejnej warstwy w głąb) oraz buried vias (pomiędzy dwiema warstwami wewnętrznymi).

To, jakie warstwy może obejmować przelotka, zależy od technologii użytej do wykonania płytki. Tradycyjne podejście do produkcji płytki wielowarstwowej polega na wykonaniu zestawu cienkich płytek dwustronnych, które następnie są „kanapkowo” łączone pod wpływem temperatury i ciśnienia, tworząc płytkę wielowarstwową.

Poniższy obraz przedstawia płytkę sześciowarstwową, co widać po nazwach warstw po lewej stronie. Taka płytka byłaby najpierw wykonana jako trzy płytki dwustronne (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) zgodnie z oznaczonymi kreskowaniem warstwami rdzenia.

W tych płytkach dwustronnych można – jeśli to wymagane – wywiercić miejsca pod przelotki, tworząc tzw. blind vias (przelotka nr 1), gdy przelotka łączy warstwę zewnętrzną z warstwą wewnętrzną, oraz buried vias, gdy przelotka łączy jedną warstwę wewnętrzną z inną warstwą wewnętrzną (przelotka nr 2). Po sprasowaniu warstw w jedną płytkę wielowarstwową wierci się przelotki przelotowe (thru-hole) (przelotka nr 3).

Trzy typy przelotek, które można utworzyć: ślepe (1), zakopane (2) oraz przelotowe (thru-hole).

Inny typ technologii wytwarzania płytek wielowarstwowych nazywa się technologią Build-up, w której warstwy dodaje się jedna po drugiej, często na płytce dwustronnej lub tradycyjnej wielowarstwowej. Przy zastosowaniu tej technologii przelotki mogą być wiercone laserowo po dodaniu każdej warstwy w trakcie procesu build-up, co daje dużą liczbę możliwych par warstw, które można połączyć. Pary warstw użyte dla każdej przelotki są definiowane przez ustawienia Start Layer i End Layer dla przelotki.

Przed użyciem przelotek ślepych lub zakopanych ważne jest ustalenie poziomu wsparcia oferowanego przez producenta. Większość producentów obsługuje przelotki ślepe i zakopane. To, jakie warstwy może obejmować przelotka, zależy od technologii użytej do wykonania płytki. W tej technologii płytka wielowarstwowa jest wytwarzana jako zestaw cienkich płytek dwustronnych, które następnie są „kanapkowo” łączone. Pozwala to przelotkom ślepym i zakopanym łączyć pomiędzy powierzchniami tych płytek.

Udoskonalenia technik produkcyjnych oraz wprowadzenie wiercenia laserowego umożliwiły tworzenie bardzo małych (<10 mil) przelotek, wykonywanych od warstwy zewnętrznej do kolejnej, niżej położonej warstwy sygnałowej. Nazywa się je µVias. Tworząc µVias w miarę dobudowywania warstw podczas procesu produkcyjnego (tzw. laminacja sekwencyjna lub sekwencyjny build-up), można obecnie formować stos µVias, zapewniający płynne przejścia sygnału między warstwami.

Wszystkie te typy przelotek są obsługiwane w Altium Designer.

Wszystkie różne typy przelotek, które można wytworzyć, można zdefiniować na karcie Via Types w Layer Stack Manager.

Definiowanie typu przelotki

1. Aby zdefiniować nowy typ przelotki, przełącz się na kartę Via Types w Layer Stack Manager. Tutaj definiujesz wymagania dotyczące zakresu w osi Z (pomiędzy warstwami) dla każdego typu przelotki potrzebnego w projekcie. Po otwarciu karty Via Types będzie ona zawierać pojedynczy typ przelotki przelotowej (thru-hole).  Dla płytki dwuwarstwowej domyślna przelotka nazywa się Thru 1:2, a nazwa odzwierciedla typ przelotki oraz pierwszą i ostatnią warstwę, które przelotka obejmuje. Domyślnego zakresu przelotki przelotowej nie można usunąć.
2. Właściwości aktualnie wybranego typu przelotki edytuje się w trybie Layer Stack Manager mode w panelu Properties. Jeśli panel nie jest widoczny, kliknij przycisk w prawym dolnym rogu aplikacji, aby go włączyć.
3. Kliknij przycisk , aby dodać dodatkowy typ przelotki, a następnie wybierz warstwy, które ten typ przelotki obejmuje, w panelu Properties. Nowa definicja otrzyma nazwę <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (np. Thru 1:2). Oprogramowanie automatycznie wykryje typ (np. Thru, Blind, Buried) na podstawie wybranych warstw i odpowiednio nazwie typ przelotki.
4. Skonfiguruj ustawienia First Layer i Last Layer, aby zdefiniować zakres tego typu przelotki.
5. Jeśli wymagana jest µVia, zaznacz pole wyboru µVia. Ta opcja będzie dostępna tylko wtedy, gdy przelotka obejmuje warstwy sąsiednie lub sąsiednie +1 (tzw. Skip via).
6. Jeśli opcja Stack Symmetry jest włączona w obszarze Board panelu Properties, dostępna stanie się opcja Mirror. Gdy Mirror jest włączone, automatycznie tworzona jest lustrzana kopia bieżącej przelotki, obejmująca symetryczne warstwy w stackupie — włącz to, jeśli jest potrzebne. 
7. Zapisz Stackup, aby udostępnić zmiany w edytorze PCB.

Panel właściwości

Gdy aktywna jest karta Via Types  dokumentu Layer Stack, panel Properties umożliwia zdefiniowanie dozwolonych wymagań dotyczących zakresu w osi Z (pomiędzy warstwami) dla przelotki/przelotek używanych w projekcie.

Via Types tab służy do definiowania dozwolonych wymagań dotyczących zakresu w osi Z (pomiędzy warstwami) dla przelotki/przelotek używanych w projekcie.

• Via Type
  • Name – nazwa przelotki. Oprogramowanie automatycznie wykrywa typ na podstawie wybranych warstw i odpowiednio nazywa przelotkę.
  • First layer – pierwsza warstwa, którą obejmuje przelotka.
  • Last layer – ostatnia warstwa, którą obejmuje przelotka.
  • µVia – włącz, jeśli wymagana jest mikroprzelotka (microvia).
  • Mirror – po włączeniu tworzona jest lustrzana kopia bieżącej przelotki, obejmująca symetryczne warstwy w stackupie. Ta opcja jest dostępna tylko wtedy, gdy włączona jest opcja Stack Symmetry.
• Board
  • Stack Symmetry – włącz, aby dodawać warstwy w dopasowanych parach, wyśrodkowanych względem środkowej warstwy dielektryka. Po włączeniu stackup jest natychmiast sprawdzany pod kątem symetrii względem centralnej warstwy dielektrycznej. Jeśli jakakolwiek para warstw w równej odległości od centralnej warstwy odniesienia dielektryka nie jest identyczna, otworzy się okno dialogowe Stack is not symmetric dialog.

• Library Compliance – po włączeniu, dla każdej warstwy wybranej z Material Library, bieżące właściwości warstwy są sprawdzane względem wartości definicji tego materiału w bibliotece.
• Substack – te informacje dotyczą aktualnie wybranego podstacku (warstwy, dielektryk, grubości itp.). Podczas przełączania między podstackami informacje te będą się odpowiednio aktualizować (dla aktualnie wybranego podstacku).

• Stack Name – wprowadź znaczącą nazwę podstacku. To pole jest przydatne, gdy obszar stackupu X/Y ma przypisywany podstack warstw.
• Is Flex – włącz, jeśli podstack jest elastyczny (flex).
• Layers – łączna liczba warstw w podstacku.
• Dielectrics – łączna liczba dielektryków w podstacku.
• Conductive Thickness – grubość warstwy/warstw przewodzących w podstacku. Miedziane warstwy sygnałowe są określane jako warstwy przewodzące.
• Dielectric Thickness – grubość warstwy/warstw dielektrycznych w podstacku.
• Total Thickness – całkowita grubość podstacku.

µVias (MicroVias)

µVias są używane jako połączenia międzylayerowe w projektach high density interconnect (HDI), aby sprostać dużej gęstości wejść/wyjść (I/O) zaawansowanych obudów elementów i projektów płytek. Do wytwarzania płytek HDI stosuje się technologię sekwencyjnego narastania warstw (Sequential Build-Up, SBU). Warstwy HDI są zwykle nadbudowywane na tradycyjnie wytworzonym, dwustronnym rdzeniu lub na wielowarstwowym PCB. W miarę budowania każdej warstwy HDI po obu stronach tradycyjnego PCB, µVias mogą być wykonywane poprzez: wiercenie laserowe, formowanie przelotki, metalizację przelotki oraz wypełnianie przelotki. Ponieważ otwór jest wiercony laserowo, ma kształt stożkowy.

Jeśli połączenie wymagało przejścia przez wiele warstw, pierwotnym podejściem było „schodkowe” przesunięcie serii µVias (staggered). Udoskonalenia technologii i procesów pozwalają obecnie układać µVias bezpośrednio jedno na drugim (stacked).

Zakopane µVias muszą być wypełniane, natomiast ślepe µVias na warstwach zewnętrznych nie wymagają wypełnienia. Stosowane w stosie µVias są zwykle wypełniane galwanicznie osadzaną miedzią, aby wykonać połączenia elektryczne pomiędzy wieloma warstwami HDI oraz zapewnić wsparcie strukturalne dla zewnętrznego poziomu (poziomów) µVia.

Definicja µVia

Obsługa µVias

• Oprogramowanie obsługuje dwa typy µVias:

  • µVia, która przechodzi z jednej warstwy na warstwę sąsiednią.
  • Skip µVia, ten typ µVia pomija warstwę sąsiednią, lądując na kolejnej warstwie miedzi.

• Typ przelotki (Via Type) jest wykrywany automatycznie na podstawie zdefiniowanego zakresu warstw (layer span), jak pokazano na poniższym rysunku.

• Kolejność wyboru First layer i Last layer definiuje kierunek wiercenia dla µVia, co jest wskazane kierunkiem stożkowego kształtu µVia na ilustracji.

• Podczas interaktywnego prowadzenia ścieżek µVias są automatycznie układane w stos przy przechodzeniu przez wiele warstw (z użyciem dostępnych Via Types). Dowiedz się więcej o Changing the Via Type While Routing.

Uwagi dotyczące wyjścia (output) dla µVia

Tabela wierceń PCB oraz pliki wyjściowe typu drill-type obsługują µVias.

Tabela wierceń

Tabela wierceń PCB zawiera pary wierceń µVia.

Tabela wierceń identyfikuje każdy otwór według rozmiaru; jeśli ten sam rozmiar jest używany na wielu parach warstw wiercenia, jest on oznaczany jako mixed.

Pliki produkcyjne wierceń

NC Drill - dla każdej pary wierceń µVia tworzony jest osobny plik.

Gerber X2 - specyficzne wpisy konfiguracyjne (setup) dla każdego wykresu/rysunku (plot) µVia.

ODB++ - osobny plik produkcyjny wierceń tworzony dla każdej pary wierceń µVia.

Wiercenie wsteczne przelotek thru-hole

Main page: Wiercenie o kontrolowanej głębokości, czyli Back Drilling

Back drilling, znane również jako Controlled Depth Drilling (CDD), to technika usuwania niewykorzystanej części, czyli „kikuta” (stub), miedzianej tulei (barrel) z otworu przelotowego w płytce drukowanej. Gdy sygnał wysokiej prędkości przechodzi pomiędzy warstwami PCB przez miedzianą tuleję, może ulec zniekształceniu. Jeśli wykorzystanie warstw sygnałowych powoduje pozostawienie kikuta, a kikut jest długi, zniekształcenia mogą stać się istotne.

Te kikuty można usunąć przez ponowne przewiercenie tych otworów po zakończeniu produkcji, wiertłem o nieco większej średnicy. Otwory są wiercone wstecznie do kontrolowanej głębokości, blisko, ale bez naruszania, ostatniej warstwy używanej przez przelotkę. Uwzględniając tolerancje produkcyjne i zmienność materiałów, dobry producent potrafi wykonać back drilling tak, aby pozostawić kikut 7 mil, a idealnie pozostały kikut będzie mniejszy niż 10 mil.

  
Poprzez ponowne przewiercenie otworu wiertłem o większej średnicy do określonej głębokości usuwa się niewykorzystaną część tulei przelotki, poprawiając integralność tej ścieżki sygnałowej.

Back Drilling włącza się w menu Layer Stack Manager's Tools, a następnie konfiguruje w zakładce Back Drills w Layer Stack Manager.