Định nghĩa via mù, via chôn & microvia

Vai trò của via

Via được dùng để tạo các kết nối theo chiều dọc, hay kết nối giữa các lớp, trong bảng mạch in.

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

Sự phát triển của công nghệ chế tạo PCB đã dẫn đến sự ra đời của bảng mạch nhiều lớp, đồng thời cho phép khoan via giữa các cặp lớp khác. Bằng cách khoan via tại những thời điểm nhất định trong quá trình chế tạo, có thể tạo ra các via chỉ nối hai lớp tín hiệu liền kề. 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 via có thể nối phụ thuộc vào công nghệ được dùng để chế tạo bảng mạch. Phương pháp truyền thống để chế tạo bảng mạch nhiều lớp là tạo một tập hợp các bảng mạch hai mặt mỏng, sau đó ép chúng lại với nhau dưới tác dụng của nhiệt và áp suất để tạo thành bảng mạch nhiều lớp.

Hình bên dưới minh họa một bảng mạch sáu lớp, như thể hiện qua tên các lớp ở phía bên trái hình. Bảng mạch này ban đầu sẽ được chế tạo thành ba bảng mạch hai mặt (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) như được biểu thị bằng các lớp lõi có nét gạch chéo.

Có thể khoan lỗ via trên các bảng mạch hai mặt này nếu cần, tạo thành loại được gọi là blind vias (via số 1) khi via nối từ lớp bề mặt đến một lớp bên trong; và buried vias, khi via nối từ một lớp bên trong đến một lớp bên trong khác (via số 2). Sau khi các lớp được ép lại thành một bảng mạch nhiều lớp duy nhất, các via xuyên lỗ sẽ được khoan (via số 3).

Ba loại via có thể được tạo: via mù (1), via chôn (2) và via xuyên lỗ.

Một công nghệ chế tạo bảng mạch nhiều lớp khác được gọi là công nghệ bồi lớp (Build-up), trong đó các lớp được thêm lần lượt, thường trên một bảng mạch hai mặt hoặc bảng mạch nhiều lớp truyền thống. Khi sử dụng công nghệ này, via có thể được khoan bằng laser sau mỗi lần thêm lớp trong quá trình bồi lớp, nhờ đó có thể nối nhiều cặp lớp khác nhau. Các cặp lớp được sử dụng cho mỗi via được xác định bằng các thiết lập Start Layer và End Layer của via.

Trước khi sử dụng via mù hoặc via chôn, điều quan trọng là xác định mức độ hỗ trợ của nhà sản xuất. Hầu hết các nhà sản xuất đều hỗ trợ via mù và via chôn. Các lớp mà via có thể nối phụ thuộc vào công nghệ được dùng để chế tạo bảng mạch. Với công nghệ này, bảng mạch nhiều lớp được chế tạo từ một tập hợp các bảng mạch hai mặt mỏng, sau đó được ép lại với nhau. Điều này cho phép via mù và via chôn kết nối giữa các bề mặt của những bảng mạch này.

Những cải tiến trong kỹ thuật chế tạo và sự ra đời của công nghệ khoan laser đã cho phép tạo ra các via rất nhỏ (<10 mil), nối từ lớp bề mặt đến lớp tín hiệu kế tiếp bên dưới. Chúng được gọi là µVia. Bằng cách tạo µVia khi các lớp được bồi thêm trong quá trình chế tạo (gọi là ép lớp tuần tự hoặc bồi lớp tuần tự), giờ đây có thể tạo một chồng µVia giúp tín hiệu chuyển tiếp liền mạch giữa các lớp.

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

Tất cả các loại via có thể chế tạo đều có thể được định nghĩa trong thẻ Loại via của Trình quản lý cấu trúc lớp.

Định nghĩa loại via

1. Để định nghĩa một loại via mới, hãy chuyển sang thẻ Via Types của Trình quản lý cấu trúc lớp. Tại đây, bạn xác định yêu cầu về phạm vi nối lớp theo mặt phẳng Z của từng loại via cần dùng trong thiết kế. Khi mở thẻ Via Types, thẻ này sẽ có sẵn một loại via xuyên lỗ.  Đối với bảng mạch hai lớp, via mặc định được đặt tên là Thru 1:2, tên này thể hiện loại via cùng lớp đầu và lớp cuối mà via nối. Không thể xóa phạm vi nối lớp xuyên lỗ mặc định.
2. Các thuộc tính của loại via đang được chọn được chỉnh sửa trong chế độ Trình quản lý cấu trúc lớp của bảng Properties. Nếu bảng này chưa hiển thị, hãy nhấp vào nút  ở góc dưới bên phải ứng dụng để hiển thị bảng.
3. Nhấp vào nút  để thêm một loại via, sau đó chọn các lớp mà loại via này nối trong bảng 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: xuyên lỗ, mù, chôn) dựa trên các lớp đã chọn và đặt tên loại via tương ứng.
4. Cấu hình các thiết lập First Layer và Last Layer để xác định phạm vi nối lớp của loại via này.
5. Nếu cần µVia, hãy bật hộp kiểm µVia. Tùy chọn này chỉ khả dụng khi via nối các lớp liền kề hoặc các lớp liền kề +1 (được gọi là via bỏ lớp).
6. Nếu tùy chọn Stack Symmetry được bật trong vùng Board của bảng Properties, tùy chọn Mirror sẽ khả dụng. Khi bật Mirror, một bản đối xứng của via hiện tại, nối các lớp đối xứng trong cấu trúc lớp, sẽ được tạo tự động — hãy bật tùy chọn này nếu cần. 
7. Lưu cấu trúc xếp chồng lớp để các thay đổi có hiệu lực trong trình biên tập PCB.

Bảng Thuộc tính

Khi Via Types tab của tài liệu Layer Stack đang hoạt động, bảng Properties cho phép bạn xác định các yêu cầu cho phép về phạm vi lớp theo mặt phẳng Z của các via được sử dụng trong thiết kế.

Via Types tab được sử dụng để xác định các yêu cầu cho phép về phạm vi lớp theo mặt phẳng Z của các via được sử dụng trong thiết kế.

• Via Type
  • Name – tên của via. Phần mềm tự động phát hiện loại via 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 sử dụng microvia.
  • Mirror – khi được bật, một bản sao đối xứng của via hiện tại sẽ được tạo, đi qua các lớp đối xứng trong cấu trúc lớp. Tùy chọn này chỉ khả dụng nếu tùy chọn Stack Symmetry được bật.
• Board
  • Stack Symmetry – bật để thêm các lớp theo từng cặp tương ứng, đối xứng qua lớp điện môi ở giữa. Khi được bật, cấu trúc lớp sẽ được kiểm tra ngay về tính đối xứng qua lớp điện môi trung tâm. Nếu bất kỳ cặp lớp nào cách đều lớp điện môi tham chiếu trung tâm không giống nhau, hộp thoại Cấu trúc lớp không đối xứng sẽ mở.

• Library Compliance – khi được bật, đối với mỗi lớp đã chọn từ Thư viện vật liệu, các thuộc tính hiện tại của lớp sẽ được đối chiếu với các giá trị trong định nghĩa của vật liệu đó trong thư viện.
• Substack – đây là thông tin về cấu trúc lớp con hiện đang được chọn (các lớp, điện môi, độ dày, v.v.). Khi bạn chuyển từ cấu trúc lớp con này sang cấu trúc lớp con khác, thông tin này sẽ cập nhật tương ứng với cấu trúc lớp con hiện đang được chọn.

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

µVia (Microvia)

µVia được sử dụng để liên kết các lớp trong thiết kế liên kết mật độ cao (HDI), đáp ứng mật độ đầu vào/đầu ra (I/O) cao của các kiểu đóng gói linh kiện tiên tiến và thiết kế bo mạch. Công nghệ đắp lớp tuần tự (SBU) được sử dụng để chế tạo bo mạch HDI. Các lớp HDI thường được đắp lên một bo mạch lõi hai mặt hoặc PCB nhiều lớp được sản xuất theo phương pháp truyền thống. Khi từng lớp HDI được đắp lên mỗi mặt của PCB truyền thống, µVia có thể được tạo bằng các công đoạn: khoan laser, tạo via, kim loại hóa via và lấp đầy via. Do được khoan bằng laser, lỗ có dạng hình nón.

Nếu một kết nối cần đi qua nhiều lớp, phương pháp 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 các µVia trực tiếp lên nhau.

µVia chôn phải được lấp đầy, còn µVia mù trên các lớp ngoài không cần lấp đầy. Các µVia xếp chồng thường được lấp đầy bằng đồng mạ điện để tạo kết nối điện giữa nhiều lớp HDI và hỗ trợ về mặt kết cấu cho các tầng ngoài của µVia.

Định nghĩa µVia

Hỗ trợ µVia

• Phần mềm hỗ trợ hai loại µVia:

  • Một µVia đi từ một lớp đến lớp liền kề.
  • Một Skip µVia, loại µVia này bỏ qua lớp liền kề và kết thúc tại lớp đồng tiếp theo.

• Loại via được tự động xác định dựa trên phạm vi lớp đã định nghĩa, như minh họa trong hình bên dưới.

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

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

Các lưu ý về đầu ra µVia

Bảng lỗ khoan PCB và các tệp đầu ra dạng khoan có hỗ trợ µVia.

Bảng lỗ khoan

Bảng lỗ khoan PCB bao gồm các cặp lớp khoan µVia.

Bảng lỗ khoan xác định từng lỗ theo kích thước; nếu cùng một kích thước được sử dụng trên nhiều cặp lớp khoan, kích thước đó sẽ được đánh dấu là hỗn hợp.

Tệp chế tạo lỗ khoan

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

Gerber X2 - các mục thiết lập riêng cho mỗi bản vẽ µVia.

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

Khoan ngược via xuyên lỗ

Main page: Khoan kiểm soát độ sâu, hay khoan ngược

Khoan ngược, còn được gọi là Khoan kiểm soát độ sâu (CDD), là kỹ thuật dùng để loại bỏ phần không sử dụng, hay đoạn dư (stub), của thành đồng trong lỗ xuyên trên bo mạch in. Khi tín hiệu tốc độ cao truyền giữa các lớp PCB qua thành đồng của lỗ, tín hiệu có thể bị méo. Nếu cách sử dụng các lớp tín hiệu tạo ra một đoạn dư, và đoạn dư này dài, hiện tượng méo tín hiệu có thể trở nên đáng kể.

Có thể loại bỏ các đoạn dư này bằng cách khoan lại các lỗ sau khi hoàn tất chế tạo, sử dụng mũi khoan có đường kính lớn hơn một chút. Các lỗ được khoan ngược đến độ sâu được kiểm soát, gần nhưng không chạm tới lớp cuối cùng mà via sử dụng. Có tính đến sai lệch trong chế tạo và vật liệu, một nhà sản xuất có năng lực tốt có thể khoan ngược để chỉ còn lại đoạn dư dài 7 mil; lý tưởng nhất là đoạn dư còn lại nhỏ hơn 10 mil.

  
Bằng cách khoan lại lỗ bằng mũi khoan có đường kính lớn hơn đến một độ sâu cụ thể, phần thành via không sử dụng được loại bỏ, giúp cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu trên đường truyền này.

Khoan ngược được bật trong menu Layer Stack Manager's Tools, sau đó được cấu hình trong tab Back Drills của Layer Stack Manager.