Định nghĩa via mù, via chôn & microvia

Vai trò của via

Via được օգտագործվում để tạo các kết nối theo phương thẳng đứng, hay kết nối giữa các lớp, trong bo mạch in.

Trong giai đoạn đầu của công nghệ chế tạo bo mạch, tất cả các via đều xuyên suốt toàn bộ bo mạch, từ mặt này sang mặt kia. Các thru-hole vias này được khoan sau khi các lớp đã được chế tạo và mạch đi dây đã được khắc. Thành dẫn điện của via được hình thành trong các lỗ khoan bằng quy trình mạ hóa học không điện, hoàn tất các kết nối giữa các lớp.

Sự phát triển của công nghệ chế tạo PCB đã đưa đến sự xuất hiện của bo mạch nhiều lớp, cùng với khả năng khoan via giữa các cặp lớp khác nhau. Bằng cách khoan via tại những thời điểm nhất định trong quá trình chế tạo, có thể tạo ra các via chỉ đi qua hai lớp tín hiệu kề nhau. Chúng được gọi là blind vias (từ lớp bề mặt đến lớp kế tiếp bên trong) và buried vias (giữa hai lớp bên trong).

Các lớp mà một via có thể đi qua phụ thuộc vào công nghệ chế tạo được dùng để sản xuất bo mạch. Cách truyền thống để sản xuất bo mạch nhiều lớp là tạo nó từ một tập hợp các bo mạch hai mặt mỏng, sau đó ép chồng lại với nhau dưới nhiệt và áp suất để tạo thành bo mạch nhiều lớp.

Hình bên dưới minh họa một bo mạch sáu lớp, như thể hiện qua tên lớp ở phía bên trái hình ảnh. Bo mạch này trước tiên sẽ được chế tạo thành ba bo mạch hai mặt (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) như được chỉ ra bởi các lớp lõi có gạch chéo.

Nếu cần, các bo mạch hai mặt này có thể được khoan các vị trí via, tạo thành loại được gọi là blind vias (via số 1) khi via đi từ lớp bề mặt đến một lớp bên trong; và buried vias, khi via đi từ một lớp bên trong sang một lớp bên trong khác (via số 2). Sau khi các lớp được ép lại thành một bo mạch nhiều lớp duy nhất, các via xuyên lỗ sẽ được khoan (via số 3).

Ba loại via có thể tạo ra là: blind (1), buried (2) và thru-hole.

Một công nghệ chế tạo bo mạch nhiều lớp khác được gọi là công nghệ Build-up, trong đó các lớp được thêm vào lần lượt, thường là trên một bo mạch hai mặt hoặc bo mạch nhiều lớp truyền thống. Khi dùng công nghệ này, via có thể được khoan bằng laser sau khi mỗi lớp được thêm vào trong quá trình build-up, tạo ra rất nhiều cặp lớp có thể được nối xuyên qua. Các cặp lớp được dùng cho mỗi via được xác định bởi các thiết lập Start Layer và End Layer của via.

Trước khi sử dụng blind via hoặc buried via, điều quan trọng là phải xác định mức độ hỗ trợ mà nhà sản xuất cung cấp. Hầu hết các nhà sản xuất đều hỗ trợ blind via và buried via. Các lớp mà một via có thể đi qua phụ thuộc vào công nghệ chế tạo được dùng để sản xuất bo mạch. Với công nghệ này, bo mạch nhiều lớp được chế tạo như một tập hợp các bo mạch hai mặt mỏng rồi được “kẹp” lại với nhau. Điều này cho phép blind via và buried via kết nối giữa các bề mặt của những bo mạch này.

Những cải tiến trong kỹ thuật chế tạo và sự ra đời của khoan laser đã cho phép tạo ra các via rất nhỏ (<10 mil), được hình thành từ lớp bề mặt xuống lớp tín hiệu kế tiếp. Chúng được gọi là µVias. Bằng cách tạo µVias khi các lớp được build-up trong quá trình chế tạo (gọi là ép lớp tuần tự, hoặc build-up tuần tự), giờ đây có thể tạo thành một chồng µVias cho phép chuyển tiếp tín hiệu liền mạch từ lớp này sang lớp khác.

Tất cả các loại Via này đều được hỗ trợ trong Altium Designer.

Tất cả các loại via khác nhau có thể chế tạo đều có thể được định nghĩa trong tab Via Types của Layer Stack Manager.

Định nghĩa một Via Type

1. Để định nghĩa một Via Type mới, hãy chuyển sang tab Via Types của Layer Stack Manager. Tại đây bạn xác định các yêu cầu về phạm vi lớp theo trục Z cho từng loại via cần dùng trong thiết kế. Khi mở tab Via Types, tab này sẽ bao gồm một loại via xuyên lỗ duy nhất.  Với bo mạch hai lớp, via mặc định được đặt tên là Thru 1:2, tên gọi này phản ánh loại via, cùng với lớp đầu tiên và lớp cuối cùng mà via đi qua. Phạm vi via xuyên lỗ mặc định này không thể bị xóa.
2. Các thuộc tính của Via Type đang được chọn sẽ được chỉnh sửa trong chế độ Layer Stack Manager mode của panel Properties. Nếu panel không hiển thị, hãy nhấp vào nút ở góc dưới bên phải ứng dụng để bật nó.
3. Nhấp vào nút để thêm một Via Type khác, sau đó chọn các lớp mà Via Type này đi qua trong panel Properties. Định nghĩa mới sẽ có tên là <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (ví dụ: Thru 1:2). Phần mềm sẽ tự động nhận diện loại via (ví dụ: Thru, Blind, Buried) dựa trên các lớp đã chọn, và đặt tên Via Type tương ứng.
4. Cấu hình các thiết lập First Layer và Last Layer để xác định phạm vi của Via Type này.
5. Nếu cần µVia, hãy bật ô chọn µVia. Tùy chọn này chỉ khả dụng khi via đi qua các lớp kề nhau, hoặc kề nhau +1 (được gọi là Skip via).
6. Nếu tùy chọn Stack Symmetry được bật trong vùng Board của panel Properties, tùy chọn Mirror sẽ khả dụng. Khi Mirror được bật, một bản đối xứng của via hiện tại, đi qua các lớp đối xứng trong chồng lớp, sẽ được tự động tạo ra - hãy bật nếu cần. 
7. Lưu Stackup để các thay đổi có hiệu lực trong trình biên tập PCB.

Panel Properties

Khi tab Via Types của tài liệu Layer Stack đang hoạt động, panel Properties cho phép bạn xác định các yêu cầu phạm vi lớp theo trục Z được phép của via(s) dùng trong thiết kế.

Via Types tab được dùng để xác định các yêu cầu phạm vi lớp theo trục Z được phép của via(s) dùng trong thiết kế.

• Via Type
  • Name – tên của via. Phần mềm tự động nhận diện loại dựa trên các lớp đã chọn và đặt tên via tương ứng.
  • First layer – lớp đầu tiên mà via đi qua.
  • Last layer – lớp cuối cùng mà via đi qua.
  • µVia – bật nếu cần microvia.
  • Mirror – khi được bật, một bản đối xứng của via hiện tại, đi qua các lớp đối xứng trong chồng lớp, sẽ được tạo ra. Tùy chọn này chỉ khả dụng nếu tùy chọn Stack Symmetry được bật.
• Board
  • Stack Symmetry – bật để thêm các lớp theo cặp tương ứng, lấy tâm quanh lớp điện môi ở giữa. Khi được bật, chồng lớp sẽ được kiểm tra ngay về tính đối xứng quanh lớp điện môi trung tâm. Nếu có bất kỳ cặp lớp nào cách đều lớp tham chiếu điện môi trung tâm mà không giống hệt nhau, hộp thoại Stack is not symmetric dialog sẽ mở ra.

• Library Compliance – khi được bật, với mỗi lớp đã được chọn từ Material Library, các thuộc tính lớp hiện tại sẽ được kiểm tra đối chiếu với các giá trị của định nghĩa vật liệu đó trong thư viện.
• Substack – thông tin này áp dụng cho substack hiện đang được chọn (các lớp, điện môi, độ dày, v.v.). Khi bạn chuyển từ substack này sang substack khác, thông tin này sẽ được cập nhật tương ứng (cho substack hiện đang được chọn).

• Stack Name – nhập một tên substack có ý nghĩa. Trường này hữu ích khi vùng stackup X/Y đang được gán cho một layer substack.
• Is Flex – bật nếu substack là flex.
• Layers – tổng số lớp trong substack.
• Dielectrics – tổng số lớp điện môi trong substack.
• Conductive Thickness – độ dày của lớp dẫn điện trong substack. Các lớp tín hiệu bằng đồng được gọi là lớp dẫn điện.
• Dielectric Thickness – độ dày của lớp điện môi trong substack.
• Total Thickness – tổng độ dày của substack.

µVias (MicroVias)

µVia được dùng làm liên kết giữa các lớp trong các thiết kế interconnect mật độ cao (HDI), nhằm đáp ứng mật độ đầu vào/đầu ra (I/O) cao của các gói linh kiện tiên tiến và thiết kế bo mạch. Công nghệ sequential build-up (SBU) được sử dụng để chế tạo bo mạch HDI. Các lớp HDI thường được tạo chồng lên một bo lõi hai mặt được sản xuất theo phương pháp truyền thống hoặc một PCB đa lớp. Khi mỗi lớp HDI được tạo thêm vào mỗi bên của PCB truyền thống, µVia có thể được hình thành bằng: khoan laser, tạo via, mạ kim loại cho via và lấp đầy via. Do lỗ được khoan bằng laser nên nó có dạng hình nón.

Nếu một kết nối cần đi qua nhiều lớp, cách tiếp cận ban đầu là bố trí so le một chuỗi µVia theo dạng bậc thang. Những cải tiến về công nghệ và quy trình hiện nay cho phép xếp chồng trực tiếp các µVia lên trên nhau.

Buried µVia bắt buộc phải được lấp đầy, trong khi blind µVia trên các lớp ngoài không cần lấp đầy. Các µVia xếp chồng thường được lấp bằng đồng mạ điện để tạo kết nối điện giữa nhiều lớp HDI và cung cấp độ đỡ kết cấu cho(các) mức ngoài của µVia.

Định nghĩa về µVia

Hỗ trợ cho µVia

• Phần mềm hỗ trợ hai loại µVia:

  • Một µVia đi từ một lớp sang lớp liền kề.
  • Một Skip µVia, loại µVia này bỏ qua lớp liền kề và nối xuống lớp đồng kế tiếp sau đó.

• Loại Via được tự động nhận diện dựa trên khoảng lớp đã định nghĩa, như thể hiện trong hình bên dưới.

• Thứ tự chọn First layer và Last layer sẽ xác định hướng khoan của µVia, được thể hiện bằng hướng của hình dạng µVia hình nón trong hình.

• µVia được tự động xếp chồng khi đi qua nhiều lớp trong quá trình đi dây tương tác (sử dụng các Via Type khả dụng). Tìm hiểu thêm về Thay đổi loại Via trong khi đi dây.

Các lưu ý khi xuất dữ liệu µVia

Bảng khoan PCB và các tệp đầu ra kiểu khoan hỗ trợ µVia.

Bảng khoan

Bảng khoan PCB bao gồm các cặp lớp khoan µVia.

Bảng khoan nhận diện từng lỗ theo kích thước; nếu cùng một kích thước được dùng trên nhiều cặp lớp khoan thì nó sẽ được đánh dấu là mixed.

Tệp chế tạo khoan

NC Drill - một tệp riêng được tạo cho mỗi cặp khoan µVia.

Gerber X2 - các mục thiết lập riêng cho từng biểu đồ µVia.

ODB++ - một tệp chế tạo khoan riêng được tạo cho mỗi cặp khoan µVia.

Khoan ngược cho via xuyên lỗ

Main page: Khoan độ sâu có kiểm soát, hay Back Drilling

Back drilling, còn được gọi là Controlled Depth Drilling (CDD), là một kỹ thuật dùng để loại bỏ phần không sử dụng, hay còn gọi là stub, của ống đồng trong một lỗ xuyên trên bo mạch in. Khi một tín hiệu tốc độ cao truyền giữa các lớp PCB thông qua ống đồng này, tín hiệu có thể bị méo. Nếu cách sử dụng lớp tín hiệu tạo ra một stub, và stub đó dài, thì độ méo này có thể trở nên đáng kể.

Các stub này có thể được loại bỏ bằng cách khoan lại các lỗ đó sau khi quá trình chế tạo hoàn tất, với mũi khoan lớn hơn một chút. Các lỗ được khoan ngược đến một độ sâu được kiểm soát, gần với nhưng không chạm vào lớp cuối cùng mà via sử dụng. Có tính đến sai lệch chế tạo và vật liệu, một nhà chế tạo tốt có thể khoan ngược các lỗ để chừa lại stub 7 mil, và lý tưởng nhất là stub còn lại sẽ nhỏ hơn 10 mil.

  
Bằng cách khoan lại lỗ với mũi khoan quá cỡ đến một độ sâu xác định, phần không sử dụng của ống via sẽ được loại bỏ, từ đó cải thiện tính toàn vẹn của đường tín hiệu này.

Back Drilling được bật trong menu Layer Stack Manager's Tools và sau đó được cấu hình trong tab Back Drills của Layer Stack Manager.