Blind, Buried & Micro Via Definition

O papel da via

As vias são utilizadas para criar as ligações verticais, ou entre camadas, numa placa de circuito impresso.

Nos primeiros tempos do fabrico de placas, todas as vias atravessavam completamente a placa, de um lado ao outro. Estas thru-hole vias são perfuradas depois de as camadas serem fabricadas e do traçado ser gravado. Os barris condutores das vias são formados nos furos perfurados através de um processo de metalização química, completando as ligações entre camadas.

O desenvolvimento da tecnologia de fabrico de PCB trouxe a introdução das placas multicamada e, com isso, a capacidade de perfurar vias entre outros pares de camadas. Ao perfurar vias em determinados pontos durante o processo de fabrico, tornou-se possível criar vias que abrangem apenas duas camadas de sinal adjacentes. Estas são designadas por blind vias (de uma camada de superfície para a camada seguinte mais interior) e buried vias (entre duas camadas internas).

As camadas possíveis que uma via pode abranger dependem da tecnologia de fabrico utilizada para fabricar a placa. A abordagem tradicional para fabricar uma placa multicamada consiste em criá-la como um conjunto de placas finas de dupla face, que são depois prensadas em conjunto sob calor e pressão para formar uma placa multicamada.

A imagem abaixo mostra uma placa de seis camadas, tal como indicado pelos nomes das camadas no lado esquerdo da imagem. Esta placa seria primeiro fabricada como três placas de dupla face (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) conforme indicado pelas camadas de núcleo tracejadas.

Estas placas de dupla face podem ter locais de via perfurados, se necessário, formando o que é conhecido como blind vias (via número 1) quando a via se estende de uma camada de superfície para uma camada interna; e buried vias, quando uma via se estende de uma camada interna para outra camada interna (via número 2). Depois de as camadas serem prensadas em conjunto numa única placa multicamada, são perfuradas vias passantes (via número 3).

Os três tipos de vias que podem ser criados: blind (1), buried (2) e thru-hole.

Outro tipo de tecnologia de fabrico de placas multicamada chama-se tecnologia Build-up, em que as camadas são adicionadas uma após a outra, muitas vezes sobre uma placa de dupla face ou uma placa multicamada tradicional. Quando esta tecnologia é utilizada, as vias podem ser perfuradas com laser depois de cada camada ser adicionada durante o processo de build-up, resultando num grande número de pares de camadas possíveis que podem ser abrangidos. Os pares de camadas utilizados para cada via são definidos pelas definições Start Layer e End Layer da via.

Antes de utilizar vias blind ou buried, é importante estabelecer o nível de suporte fornecido pelo fabricante. A maioria dos fabricantes suporta vias blind e buried. As camadas possíveis que uma via pode abranger dependem da tecnologia de fabrico utilizada para fabricar a placa. Utilizando esta tecnologia, uma placa multicamada é fabricada como um conjunto de placas finas de dupla face que depois são "sandwichadas" em conjunto. Isto permite que as vias blind e buried liguem entre as superfícies destas placas.

As melhorias nas técnicas de fabrico e a introdução da perfuração a laser permitiram criar vias muito pequenas (<10 mil), formadas desde uma camada de superfície até à camada de sinal seguinte abaixo. Estas são designadas por µVias. Ao criar µVias à medida que as camadas são adicionadas durante o processo de fabrico (designado por laminação sequencial, ou build-up sequencial), é agora possível formar uma pilha de µVias que proporciona transições de sinal contínuas entre camadas.

Todos estes tipos de Via são suportados no Altium Designer.

Todos os vários tipos de vias que podem ser fabricados podem ser definidos no separador Via Types do Layer Stack Manager.

Definir um tipo de Via

1. Para definir um novo tipo de Via, mude para o separador Via Types do Layer Stack Manager. Aqui define os requisitos de abrangência de camadas no plano Z de cada um dos tipos de via necessários para o seu design. Quando abrir o separador Via Types, este incluirá um único tipo de via passante.  Numa placa de duas camadas, a via predefinida chama-se Thru 1:2, refletindo a nomenclatura o tipo de via e as camadas First e Last que a via abrange. A abrangência passante predefinida não pode ser eliminada.
2. As propriedades do Tipo de Via atualmente selecionado são editadas no modo Layer Stack Manager do painel Properties. Se o painel não estiver visível, clique no botão  no canto inferior direito da aplicação para o ativar.
3. Clique no botão  para adicionar um Tipo de Via adicional e, em seguida, selecione as camadas que este Tipo de Via abrange no painel Properties. A nova definição terá um nome <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (por exemplo, Thru 1:2). O software detetará automaticamente o tipo (por exemplo, Thru, Blind, Buried) com base nas camadas escolhidas e atribuirá o nome ao Tipo de Via em conformidade.
4. Configure as definições First Layer e Last Layer para definir a abrangência deste Tipo de Via.
5. Se for necessária uma µVia, ative a caixa de verificação µVia. Esta opção só estará disponível quando a via abranger camadas adjacentes, ou adjacentes +1 (designada por Skip via).
6. Se a opção Stack Symmetry estiver ativada na região Board do painel Properties, a opção Mirror ficará disponível. Quando Mirror está ativada, é automaticamente criada uma imagem em espelho da via atual, abrangendo as camadas simétricas no empilhamento de camadas - ative esta opção se necessário. 
7. Guarde o Stackup para disponibilizar as alterações no editor de PCB.

Painel Properties

Quando o separador Via Types do documento Layer Stack está ativo, o painel Properties permite-lhe definir os requisitos permitidos de abrangência de camadas no plano Z da(s) via(s) utilizada(s) no design.

O Via Types tab é utilizado para definir os requisitos permitidos de abrangência de camadas no plano Z da(s) via(s) utilizada(s) no design.

• Via Type
  • Name – o nome da via. O software deteta automaticamente o tipo com base nas camadas escolhidas e atribui o nome à via em conformidade.
  • First layer – a primeira camada que a via abrange.
  • Last layer – a última camada que a via abrange.
  • µVia – ative se for necessária uma microvia.
  • Mirror – quando ativado, é criada uma imagem em espelho da via atual que abrange as camadas simétricas no empilhamento de camadas. Esta opção só está disponível se a opção Stack Symmetry estiver ativada.
• Board
  • Stack Symmetry – ative para adicionar camadas em pares correspondentes, centrados em torno da camada dielétrica intermédia. Quando ativado, o empilhamento de camadas é imediatamente verificado quanto à simetria em torno da camada dielétrica central. Se qualquer par de camadas que esteja à mesma distância da camada dielétrica central de referência não for idêntico, abre-se a caixa de diálogo Stack is not symmetric dialog.

• Library Compliance – quando ativado, para cada camada selecionada na Material Library, as propriedades atuais da camada são verificadas em relação aos valores dessa definição de material na biblioteca.
• Substack – esta informação refere-se ao substack atualmente selecionado (camadas, dielétrico, espessuras, etc.). À medida que muda de um substack para outro, esta informação será atualizada em conformidade (para o substack atualmente selecionado).

• Stack Name – introduza um nome significativo para o substack. Este campo é útil quando a região de stackup X/Y está a ser atribuída a um layer substack.
• Is Flex – ative se o substack for flex.
• Layers – o número total de camadas no substack.
• Dielectrics – o número total de dielétricos no substack.
• Conductive Thickness – a espessura da(s) camada(s) condutora(s) no substack. As camadas de sinal de cobre são referidas como camadas condutoras.
• Dielectric Thickness – a espessura da(s) camada(s) dielétrica(s) no substack.
• Total Thickness – a espessura total do substack.

µVias (MicroVias)

As µVias são utilizadas como interligações entre camadas em designs de interligação de alta densidade (HDI), para acomodar a elevada densidade de entradas/saídas (I/O) de encapsulamentos avançados de componentes e de designs de placas. A tecnologia de construção sequencial (SBU) é utilizada para fabricar placas HDI. As camadas HDI são normalmente construídas sobre uma placa de núcleo de dupla face fabricada de forma tradicional ou sobre uma PCB multicamada. À medida que cada camada HDI é construída em cada lado da PCB tradicional, as µVias podem ser formadas através de: perfuração a laser, formação da via, metalização da via e enchimento da via. Como o furo é perfurado a laser, tem uma forma cónica.

Se uma ligação necessitasse de um percurso através de várias camadas, a abordagem original consistia em escalonar uma série de µVias utilizando um padrão em degraus. As melhorias na tecnologia e nos processos permitem agora empilhar µVias diretamente umas sobre as outras.

As µVias enterradas têm de ser preenchidas, enquanto as µVias cegas nas camadas externas não necessitam de enchimento. As µVias empilhadas são normalmente preenchidas com cobre eletrodepositado para criar interligações elétricas entre as várias camadas HDI e fornecer suporte estrutural ao(s) nível(is) exterior(es) da µVia.

Definição de uma µVia

Suporte para µVias

• O software suporta dois tipos de µVias:

  • Uma µVia que atravessa de uma camada para uma camada adjacente.
  • Uma Skip µVia, este tipo de µVia salta a camada adjacente, aterrando na camada de cobre seguinte.

• O tipo de via é detetado automaticamente com base na extensão de camadas definida, como mostrado na imagem abaixo.

• A ordem pela qual First layer e Last layer são escolhidos define a direção de perfuração de uma µVia, conforme indicado pela direção da forma cónica da µVia na imagem.

• As µVias são automaticamente empilhadas ao atravessar várias camadas durante o encaminhamento interativo (utilizando os tipos de via disponíveis). Saiba mais sobre Alterar o tipo de via durante o encaminhamento.

Considerações sobre a saída de µVia

A tabela de perfuração da PCB e os ficheiros de saída do tipo perfuração suportam µVias.

Tabela de perfuração

A tabela de perfuração da PCB inclui pares de perfuração de µVia.

A tabela de perfuração identifica cada furo por tamanho; se o mesmo tamanho for utilizado em várias camadas de pares de perfuração, é assinalado como misto.

Ficheiros de fabrico de perfuração

NC Drill - é criado um ficheiro separado para cada par de perfuração de µVia.

Gerber X2 - entradas de configuração específicas para cada traçado de µVia.

ODB++ - é criado um ficheiro de fabrico de perfuração separado para cada par de perfuração de µVia.

Perfuração posterior de vias passantes

Main page: Perfuração de profundidade controlada, ou perfuração posterior

A perfuração posterior, também conhecida como perfuração de profundidade controlada (CDD), é uma técnica utilizada para remover a parte não utilizada, ou stub, do barril de cobre de um furo passante numa placa de circuito impresso. Quando um sinal de alta velocidade viaja entre camadas da PCB através de um barril de cobre, pode ser distorcido. Se a utilização da camada de sinal resultar na presença de um stub, e se esse stub for longo, essa distorção pode tornar-se significativa.

Estes stubs podem ser removidos voltando a perfurar esses furos após a conclusão do fabrico, com uma broca ligeiramente maior. Os furos são perfurados posteriormente até uma profundidade controlada, próxima da última camada utilizada pela via, mas sem lhe tocar. Tendo em conta variações de fabrico e de materiais, um bom fabricante consegue efetuar a perfuração posterior dos furos de forma a deixar um stub de 7 mil e, idealmente, o stub remanescente será inferior a 10 mil.

  
Ao voltar a perfurar o furo com uma broca sobredimensionada até uma profundidade específica, a parte não utilizada do barril da via é removida, melhorando a integridade deste percurso de sinal.

A perfuração posterior é ativada no menu Layer Stack Manager's Tools e depois configurada no separador Back Drills do(a) Layer Stack Manager.