De 9 PCB Via-typen begrijpen 

Introductie

PCB-vias zijn een van de belangrijkste componenten in de moderne printplaatontwerptechnologie. In deze blog worden de negen unieke PCB-viatypes besproken, samen met hun eigenschappen, toepassingen en de rol die ze spelen bij het creëren van een stabiele en efficiënte PCB-layout.

Wat is het doel van een Via in PCB's?

Een PCB-via is simpelweg een klein gaatje dat in een printplaat is geboord. Het verbindt de lagen van de printplaat met elkaar. Het gaatje is bekleed met koper, zodat er stroom doorheen kan lopen. Het zorgt voor een elektrische verbinding tussen de lagen. PCB- ontwerpen met meerdere lagen vereisen via's. Deze dragen bij aan zowel elektrische als thermische verbindingen. Niet alle via's zijn hetzelfde; sommige via's lopen door de hele dikte van de printplaat, terwijl andere slechts een paar lagen verbinden. De grootte en vorm van een via hangen af ​​van het ontwerp. Via's kunnen rond of niet-rond, groot of klein zijn. De plaatsing van via's is ook erg belangrijk. Een slechte plaatsing kan elektrische ruis of signaalproblemen veroorzaken. Een juiste plaatsing van via's heeft ook invloed op de thermische prestaties.

PCB via typen

Verschillende typen zijn nodig voor verschillende behoeften in het ontwerp. Als u weet welk type via past, optimaliseert u ruimte, prestaties en betrouwbaarheid.

Door het gat via

Doorsteekvias zijn vias die door de volledige dikte van de printplaat lopen. De bovenste en onderste lagen van de printplaat worden hiermee verbonden. Elektrische signalen worden tussen de lagen overgebracht via de geplateerde vias. Doorsteekvias zijn eenvoudig en kosteneffectief. Het probleem is echter dat ze meer ruimte op de printplaat innemen. Ze zijn ideaal voor minder complexe ontwerpen.

• Geplateerd door gat via – Verbindt PCB-lagen elektrisch. Koper bekleedt het gat om stroom tussen lagen te geleiden. U kunt dit type gebruiken voor het routeren van signalen of stroom voor meerlaagse ontwerpen.
• Niet-geplateerde doorlopende gat via – Heeft geen geleidende voering. U kunt het gebruiken voor mechanische doeleinden. Biedt ondersteuning zonder lagen elektrisch te verbinden. Gebruikelijk voor montage- of structurele behoeften.

blinde via

Een buitenste printplaatlaag kan via blinde via's verbonden worden met een binnenste laag . Deze via's verbinden niet de hele printplaat. Door ruimte te besparen en de signaalkwaliteit te verbeteren, creëren ze een betere verbinding. Bij ontwerpen met een hoge dichtheid worden vaak blinde via's gebruikt. Deze worden met een laser of mechanisch geboord. De productie van blinde via's is sterk afhankelijk van de nauwkeurige boordiepte.

• Foto-gedefinieerde blindheid via – Gemaakt met behulp van hars. Je lamineert lichtgevoelige hars op een kern om het te creëren. Deze kern bevat begraven signaallagen of krachtvliegtuigen.
• Sequentiële laminatie blind via – Betrek het stap voor stap creëren van lagen. Een dun laminaat wordt geboord, geëtst en geplateerd zoals een tweezijdige PCB. Vervolgens wordt het gelamineerd met de rest van de PCB-lagen.
• Gecontroleerde diepteblindheid via – Dit zijn gedeeltelijk geboorde gaten. Je moet tot een bepaalde diepte boren in plaats van door het bord heen. Het gat wordt vervolgens geplateerd voor elektrische aansluiting.
• Lasergeboorde blinde via – Deze via's zijn nauwkeurig en schoon. Een laser creëert het gat, en verbindt een buitenste met een binnenste laag. Het gat gaat niet door de hele PCB.

Begraven via

Verzonken via's bevinden zich tussen de binnenste lagen van de printplaat . Je kunt ze van buitenaf niet zien en ze verbinden twee of meer interne lagen met elkaar. Een voordeel van verzonken via's is dat ze bijdragen aan een compact printplaatontwerp. Ze bieden meer ruimte voor routing op de buitenste lagen. Het nauwkeurig aanbrengen van lagen en het boren van deze via's is noodzakelijk.

microvia

In moderne PCB-ontwerpen zijn microvias kleine gaatjes. Twee aangrenzende lagen van de printplaat worden hiermee met elkaar verbonden. Deze gaatjes worden met een laser geboord voor precisie. Door hun kleine formaat zijn het ruimtebesparende elementen in compacte circuits. High Density Interconnect (HDI)-printplaten kunnen altijd microvias bevatten. Goede prestaties zijn daardoor gegarandeerd in compacte en geavanceerde ontwerpen.

Gestapeld via

Het is verticaal uitgelijnd op gestapelde via's die meerdere lagen verbinden. De blinde of begraven via's zijn deze. De overlappingen zijn perfect en vereisen een zeer nauwkeurige productie. Gestapelde via's zijn goedkoper dan gestapelde via's. Deze worden gebruikt in complexe meerlaagse ontwerpen. Bespaart ruimte terwijl betrouwbare verbindingen behouden blijven.

Verspreid via

Lagen worden zonder overlapping verbonden door middel van gestapelde via's. Maar ze zijn gespatieerd, waardoor ze eenvoudig te produceren zijn. Gestapelde via's zijn kosteneffectiever dan deze via's. Minder complexe ontwerpen gebruiken gestapelde via's. Dit maakt nog steeds de verbinding van apparaten op een betrouwbare manier mogelijk met relatief efficiënt gebruik van PCB-ruimte.

Overslaan via

Via's van dit type passeren meerdere lagen, maar omzeilen andere lagen ertussen. Ze kunnen begraven, blind of beide zijn. Routingontwerpen kunnen flexibel zijn via deze via's. Het is mogelijk om skip-via's te gebruiken als u sommige lagen niet hoeft te verbinden. In multilayer- en HDI-borden worden ze vaak gebruikt.

Via's in Pad

Deze via's worden direct onder de componentpads geplaatst. Ze voeren warmteflux beter af en verminderen de benodigde routingpaden. Via's worden vaak gebruikt onder BGA's en vermogenscomponenten. Soldeer kan in de via vloeien als deze niet goed is gevuld. Dit leidt tot slechte soldeerverbindingen en zwakke soldeerverbindingen. Betrouwbaarheid en betere prestaties worden bereikt met een goede vulling.

Gevulde Via

Deze via's zijn volledig gevuld met geleidende of niet-geleidende materialen. De elektrische en thermische geleidbaarheid worden verbeterd door een geleidende vulling. De via is gevuld met een niet-geleidend materiaal, zodat er geen lucht of vloeistof in de via kan komen. Gevulde via's voorkomen de betrouwbaarheid van de printplaat en voorkomen scheuren . Ze bieden bovendien een prestatieverbetering voor veeleisende toepassingen.

• Koper gevuld via – Een via die gevuld is met geleidend koper. Ideaal voor toepassingen met hoge stroomsterkte of vermogen.
• Geleidend polymeer gevuld via – Verbetert de thermische geleidbaarheid. Zorgt ook voor een stabiele elektrische verbinding.
• Niet-geleidende gevulde via – Een via die geen stroom voert. Blokkeert verontreinigingen zodat ze niet in het gat kunnen komen. Veelvoorkomend in delicate ontwerpen.

Belangrijke overwegingen over Vias

Aspect Ratio

De aspect ratio van de via is de verhouding van de breedte versus de diepte. Hoe dik de beplating is en hoe goed de via elektriciteit geleidt, worden ook beïnvloed. Mechanische boren werken het beste met een ratio van 10:1 of minder. Bij de kleinere moet u mogelijk microvia's met een lagere ratio hebben.

Ringvormige ring

Koper rond een via. Na het boren houdt het de verbinding stevig. Zwakke verbindingen zijn het resultaat van een te kleine ring. Je moet altijd genoeg koper overlaten om te voorkomen dat je problemen krijgt.

Signaalintegriteit

De manier waarop signalen door uw printplaat lopen, kan worden beïnvloed door via's. Interferentie of ruis kan worden veroorzaakt door ongebruikte via-secties. De prestaties kunnen worden verbeterd door overtollig metaal te verwijderen of door gaten aan de achterkant te boren. Een goed ontwerp zorgt voor een optimale signaalintegriteit .

Routeringsdichtheid

Via's worden blokkers op kritieke paden in drukke PCB-gebieden. Onder hoge pin-onderdelen zoals BGA's is dit gebruikelijk. Het gebruik van blinde of microvia's kan routeringsruimte vrijmaken. Denk goed na over hoe u gaat plannen, om congestie te voorkomen.

Via Grootte of Afmetingen

De hoeveelheid ruimte die uw ontwerp inneemt, heeft effect op de via-afmetingen. Kleinere via's besparen ruimte, maar vereisen wel geavanceerde boren. Ze zijn gemakkelijker te produceren en kosten minder. Kies een formaat dat past bij uw behoefte en uw budget.

Plating dikte

De sterkte en geleidbaarheid van de via zijn afhankelijk van de laagdikte . Een dikkere laag verlaagt de kosten, maar verbetert de stroomdoorgang. Een dunnere laag kan kosten besparen, maar de duurzaamheid kan afnemen. Kies een balans die het beste bij uw toepassing past.

PCB-indeling

De functie en betrouwbaarheid van uw board worden beïnvloed door de plaatsing van via's. Dit kan leiden tot een slechte lay-out, wat resulteert in slecht signaalverlies of geblokkeerde paden. De prestaties worden verbeterd met kortere stubs en een goede plaatsing van via's. Plan vooruit, zodat u geen lay-outproblemen krijgt.

Materialen gebruikt voor Vias

Koper wordt vaak gebruikt om via's te maken vanwege de geleidbaarheid. Zilverepoxy, aluminium of wolfraam zijn alternatieven. Elk materiaal biedt echter unieke sterktes, zoals kosten of sterkte. Kies er een die werkt in de omgeving en toepassing van uw PCB.

PCB-ontwerptips voor Via

·       Verspringende Via's over gestapelde Via's

Gebruik gestapelde via's om extra vulling en kosten te vermijden. Ze zijn gemakkelijker en betrouwbaarder dan gestapelde via's.

·       Gebruik gecontroleerde diepte voor blinde en begraven via's

Gecontroleerde diepte helpt u om precies tot de juiste laag te boren. Het zorgt ervoor dat blinde en begraven via's werken zoals gepland.

·       Minimaliseer beeldverhoudingen voor hogesnelheidsvia's

Houd aspect ratio's laag om signaalproblemen te verminderen. Dit verbetert de prestaties en vermindert interferentie.

·       Kies voor kleinere via's in HDI-borden

HDI-boards werken beter met kleinere via's. Kleinere via's verminderen strooicapaciteit en inductie, wat de signaalstroom verbetert. Deze via's besparen ook ruimte voor dichte ontwerpen.

·       Via-in-Pads vullen

Vul via-in-pads om soldeerproblemen tijdens de montage te voorkomen. Gevulde via's verbeteren elektrische verbindingen en betrouwbaarheid. Laat geen via-gaten open, vooral niet onder belangrijke componenten.

·       Planariseer Vias voor BGA Pad-arrangementen

BGA-pads met via's moeten vlak gemaakt worden voor een soepele soldeerverbinding. Oneffen via's kunnen de soldeerverbindingen verzwakken en problemen veroorzaken. Blinde en doorgaande via's in BGA-pads moeten zorgvuldig worden opgevuld.

·       Integreer thermische pad-via's onder QFN's

De via's in de thermische pad onder de QFN-chips verbeteren de warmteafvoer en de soldeerdoorstroming. Deze via's fixeren de thermische pad en voorkomen dat deze losraakt tijdens de montage.

·       Overweeg aanpassingen aan de soldeerpasta-stencil

Een gebrek aan thermische via's kan leiden tot ophoping van soldeer of ontgassing. Pas het soldeerpasta-stencil aan met vensterontwerpen om dit te verhelpen. Dit zorgt voor een gelijkmatige verdeling van het soldeer en voorkomt defecten.

·       Controleer de speling van gefreesde/gekerfde randen

Houd via's en sporen vrij van gerouteerde of gekerfde randen. Minimale speling voorkomt schade tijdens productie of gebruik. Plan uw PCB-layout om de juiste afstand te behouden.

·       Inspecteer Vias op BGA-pakketten

Controleer de plaatsing en kwaliteit van via's onder BGA-pakketten. Slecht uitgelijnde via's kunnen soldeerproblemen veroorzaken. Inspecteer ontwerpen op de juiste afstand en maskerdekking.

·       Valideer Dog-Bone-ontwerpen

Dog-bone designs scheiden via's van pads met korte sporen. Zorg ervoor dat het soldeermasker via's onder BGA-layouts bedekt. ​​Ontbrekende dekking kan ongewenst elektrisch contact veroorzaken.

·       Houd u aan de PCB VIA-toleranties

Volg standaardtoleranties voor via's in uw PCB-ontwerp. Controleer de afmetingen, speling en ringvormige ringafmetingen op nauwkeurigheid. Door u hieraan te houden, voldoet uw PCB aan de IPC-normen.

Beperkingen en overwegingen bij Via-ontwerp

Kostenimplicaties

Microvia's en via in pad vertegenwoordigen een geavanceerd type via dat meer kost. Het vereist laserboren en zeer precieze platingstappen. Het heeft ook speciale apparatuur, die hun eigen productiekosten hebben. Deze kunnen snel oplopen, vooral bij complexe borden. Zorgvuldige planning van uw ontwerp kan u helpen de kosten in evenwicht te brengen.

Productiecomplexiteiten

Het produceren van via's is een uiterst nauwkeurig proces. Elektrische storingen worden veroorzaakt door verkeerd uitgelijnde boringen of onvolledige vulling. Deze problemen zullen zich niet per se direct manifesteren, maar ze kunnen wel leiden tot problemen op de lange termijn. Nog veel moeilijker te maken zijn geavanceerde via's, zoals gestapelde of gevulde typen.

Zorgen over betrouwbaarheid

Kleinere via's en een dichtere lay-out brengen betrouwbaarheidsproblemen met zich mee. Na verloop van tijd kunnen minuscule defecten in de via's leiden tot storingen. Dit is met name gevaarlijk bij gevoelige toepassingen zoals medische apparatuur of ruimtevaartmachines . Om de belasting te weerstaan, moeten de via's sterk en goed gemaakt zijn. Consistentie is essentieel om dure reparaties of vervangingen te voorkomen.

Thermisch beheer uitdagingen en oplossingen

Moderne PCB-ontwerpen vereisen effectieve controle van warmte. Hoe sneller componenten werken, hoe meer warmte er wordt geproduceerd. Door warmte van gevoelige onderdelen te verwijderen, helpen thermische via's. Als u ze niet hebt, kan oververhitting uw bord beschadigen of de levensduur ervan verkorten. Maar met zorgvuldige plaatsing van thermische via's kan alles soepel verlopen.

Hoe u de juiste VIA-vereisten voor uw PCB bepaalt

De keuze voor de via's hangt af van de grootte en het doel van uw printplaat. Voor grotere printplaten , en met name voor oudere apparaten, zijn doorsteekcomponenten mogelijk nodig. Deze werken het beste als u grotere printplaten hebt die volgens oudere standaarden zijn gebouwd. Doorsteekcomponenten nemen meer ruimte in beslag bij kleinere apparaten. Compacte printplaten zijn het meest geschikt voor blinde microvia's. Ze houden rekening met ruimtebesparing en verwerken signalen goed. Kleinere printplaten met microvia's zijn duurder, maar de voordelen van een kleinere printplaat met microvia's wegen meestal op tegen de extra kosten.

Wanneer kleinere via's gebruiken

Bij sommige ontwerpen moet u denken aan kleinere via's. Kleinere via's kunnen oppervlakteruimte besparen als uw PCB veel onderdelen of netten heeft, maar gematigde lagen. Dit betekent dat er ruimte is voor routing en componenten op de bovenste lagen. Dunne sporen op sommige borden met meerdere lagen moeten mogelijk in kleinere via's passen. Microvia's zijn echter vaak vereist om BGA's met een fijne spoed met elkaar te verbinden. Als u geen microvia's hebt, bereikt u mogelijk de interne BGA-ballen niet. Kleinere via's verminderen interferentie en signalen zijn betrouwbaarder. Hoewel ze extra werk zijn, kunnen ze resulteren in betere bordprestaties en ze besparen ruimte.

Veelgestelde vragen over PCB Via-typen

• Wat is Type 7 Via Filling?

Wordt gebruikt voor via-in-pad-ontwerpen. Niet-geleidende pasta wordt in via-gaten gebracht en vervolgens uitgehard. Het wordt daarna afgeplat, geplateerd en soldeerbaar gemaakt. Dit is een geweldige manier om ruimte te besparen op PCB's met een hoge dichtheid. Hierdoor wordt verzekerd dat componenten gladde pads voor componenten hebben en dat de betrouwbaarheid goed is. En u kunt het gebruiken wanneer u een compact en efficiënt PCB-ontwerp nodig hebt.

• Wat is de IPC-norm voor PCB-via's?

PCB-vias moeten voldoen aan belangrijke regels die zijn vastgelegd in de IPC-6012-norm . Deze norm beschrijft wat acceptabel is met betrekking tot het ontwerp en de fabricage van via's. Enkele van de parameters zijn gebaseerd op de grootte van de ring en de laagdikte. De norm kent verschillende "klassen", van klasse 1 tot en met klasse 3. Klasse 3 is de strengste klasse en moet worden gebruikt voor toepassingen met een hoge betrouwbaarheid. Een belangrijk kenmerk van de ring is de mechanische sterkte. Deze moet het via-gat omsluiten en delaminatie onmogelijk maken. De norm specificeert ook de vereiste laagdikte voor de via-vaten.

• Waarom zijn microvia's de voorkeurskeuze voor HDI-PCB's?

Microvias verbeteren uw PCB elektrisch. Dit helpt om het bord kleiner te maken. Hogere routingdichtheid is mogelijk met minder routinglagen met behulp van microvia-gebaseerde routing. Dat betekent dat u via gaten kunt afkorten. Ze helpen ook om de verwerkingskracht en prestaties te vergroten. De BGA-uitbraakproblemen worden gemakkelijker te hanteren met microvias. Belangrijk bij het ontwerpen van compacte en hoogwaardige PCB's.

• Hoe dragen Via's bij aan warmteafvoer in energie-intensieve ontwerpen op het gebied van thermisch beheer?

Verschillende componenten worden vaak heet, vias helpen warmte af te voeren. Ze leiden warmte naar koelere delen op de PCB. Onder de plek waar warmte wordt gegenereerd, zijn thermische vias geplaatst. De materialen in deze vias dienen echter om de warmtestroom te verbeteren. Dit houdt uw PCB koel en raakt niet oververhit.

• Hoe gebruik ik blinde en verborgen via's in mijn ontwerp?

Bij de productie van printplaten worden voor elke laag twee koperen plaatjes gebruikt. Deze plaatjes worden in een diëlektrische kern geplaatst en van elkaar gescheiden. Het zijn de blinde en verborgen via's die specifieke lagen van je ontwerp met elkaar verbinden. In je ontwerpsoftware kun je aangeven welke lagen je wilt verbinden. Maar dat sluit onwerkbare ontwerpen niet uit.

Conclusie

In deze PCBTok- blog gaven we een gedetailleerd overzicht van 9 verschillende soorten PCB-vias, zoals doorsteekvias, blinde vias, ingebedde vias, microvias en de rest. We bespraken hun doel en beschreven ontwerpoverwegingen met betrekking tot de impact ervan op zaken als routingdichtheid, signaalintegriteit en thermisch beheer. De blog bevatte ook best practices voor het kiezen van de juiste vias voor PCB-ontwerp.