Soorten Via's

In elektronica en computerapparatuur wordt het circuit geleid door een klein groen bord dat verschillende signalen van de bedieningsinstructies en naar het scherm overdraagt. In elke smartphone is bijvoorbeeld een printplaat (PCB) te vinden met verschillende chips en componenten die de signalen voor duizenden verschillende functies en commando's geleiden. Elke keer dat u op een van de prompts op het touchscreen drukt, activeert u een van de signalen op de interne kaart. De meeste van deze signalen worden geleid via PCB-via's.

Spring naar: Wat is een via? | Belangrijkste soorten via's | Hoe u de juiste via-vereisten voor uw PCB kunt bepalen

Wat is een via?

In een printplaat zijn via's gaten die door de lagen van het bord gaan voor geleiding. Elk gat fungeert als een geleidend pad waardoor elektrische signalen tussen circuitlagen worden doorgegeven. Via's reizen door verschillende niveaus op een printplaat. Afhankelijk van het ontwerp van de printplaat, heeft het bord mogelijk een gat nodig dat van boven naar beneden door alle lagen gaat. Als alternatief dringen sommige via's alleen de bovenste of onderste laag binnen, en sommige worden door een binnenlaag geplaatst. Er zijn verschillende opties als het gaat om via's op een printplaat.

Via's behoren tot de meest cruciale functies op een printplaat. Bijgevolg zijn ze verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van de kosten die gemoeid zijn met de fabricage van karton.

Ondanks het feit dat deze verschillende soorten via's hetzelfde basisdoel dienen, zal een bepaald type via geschikter zijn dan andere op bepaalde PCB-ontwerpen. Dit artikel behandelt de verschillende soorten via's in PCB-ontwerp en hoe elk een elektrische verbinding op een printplaat kan vergemakkelijken.

Belangrijkste soorten via's

Er zijn twee primaire categorieën via's, afhankelijk van waar ze zich in de PCB-lagen bevinden:het blinde gat en het begraven gat.

In een blind gat dringt het gat door de bovenste of onderste laag van het bord, maar stopt voor een van de interne lagen. Blinde gaten worden zo genoemd omdat je er niet doorheen kunt kijken als je een plank tegen het licht houdt. Het proces van het maken van blinde gaten kan moeilijk zijn, omdat u moet weten wanneer u moet stoppen met boren in het bord. Als zodanig vermijden veel PCB-fabrikanten dit type gatenplaten.

Een ander type via is het begraven gat, dat door een of meer interne lagen kan verschijnen. Omdat het begraven gat tussen lagen is ingeklemd, kan het niet met het blote oog worden gezien. Om ervoor te zorgen dat een meerlaagse plaat een blinde laag heeft, moet de beplating van de gaten op de interne laag vroeg tijdens de PCB-assemblage worden voltooid, voordat de bovenste en onderste lagen op de plaat worden aangebracht.

Waar de via ook wordt geplaatst, het is waarschijnlijk een van de drie hoofdtypen:

• Door-gat
• Via-in-pad
• Microvia.

1. Doorgaand gat

Het meest voor de hand liggende type via is het doorgaande gat, dat alle lagen in een meerlaagse plaat doordringt. Doorgaande gaten zijn meestal groter dan blinde gaten en begraven gaten en zijn ook een stuk gemakkelijker te identificeren met het blote oog. Als je een plank voor het licht houdt, gaat het licht dwars door een doorlopende plaat heen. Doorgaande gaten zijn ook makkelijker te maken omdat je gewoon dwars door alle lagen heen kunt boren, in tegenstelling tot blinde gaten, waar je moet opletten hoe diep je het gat maakt.

Through-hole-technologie bestaat al sinds het midden van de 20e eeuw toen het point-to-point constructie verving. Doorgaande gaten kwamen het meest voor tussen de jaren vijftig en tachtig, toen bijna alle kenmerken van een printplaat aan een doorgaand gat waren bevestigd.

In de begindagen van de through-hole-technologie hadden PCB's hun sporen alleen op de bovenzijde gedrukt. Naarmate de technologie vorderde, verscheen de bedrukking aan beide zijden. Uiteindelijk kwamen er meerlaagse platen in gebruik. Op dit punt werden doorlopende gaten bijgewerkt naar geplateerde doorgaande gaten om contacten tussen geleidende lagen mogelijk te maken. Tegenwoordig worden geplateerde doorgaande gaten gebruikt om de verschillende lagen in een PCB met elkaar te verbinden. Doorgaande gaten worden meestal gebruikt om componenten met draadgeleiders te vergemakkelijken. Axiaal geloode componenten worden door deze gaten geplaatst en gebruikt om verbinding te maken over korte ruimtes.

Doorgaande gaten zijn vaak te zien op de grote moederborden die in de jaren negentig en 2000 in computertorens werden gebruikt. PCB's met doorlopende componenten waren ook te zien in de oude PCI-kaarten (Perifere Component Interconnect) die op deze oudere moederborden waren aangesloten. De geluidskaarten die zijn aangesloten op PCI-sleuven in de toren, bevatten bijvoorbeeld meestal componenten die in doorlopende gaten aan het bord waren bevestigd. Soortgelijke functies waren te vinden op grafische kaarten in de oudere computers die dateren van vóór de huidige alles-in-één flatscreen-apparaten.

Met de groeiende populariteit van kleine, compacte, mobiele computerapparatuur en elektronische gadgets, worden PCB's ontworpen met weinig of geen doorlopende componenten. Als zodanig zijn er nog maar weinig redenen voor PCB-ontwerpers om boards met grote doorgaande gaten te blijven gebruiken, omdat deze veel ruimte innemen op een board dat efficiënter kan worden gebruikt met microvia's. Voor ontwerpers om hun boards klein te houden, moeten microvia's en oppervlaktemontages zo veel mogelijk worden gebruikt. Naarmate de trend zich voortzet, zullen de doorlopende gaten de komende jaren waarschijnlijk volledig verdwijnen.

2. Via-in-Pad

Een van de meer populaire ontwerpen voor printplaten van vandaag omvat de toepassing van via's op ball grid array (BGA) pads, ook wel bekend als via-in-pad. In het via-in-pad-ontwerp worden de via's op de BGA-pads van de PCB geplaatst. Het ontwerp is populair geworden omdat het het voor fabrikanten mogelijk maakt om de hoeveelheid benodigde ruimte voor via's te minimaliseren. Als zodanig stelt via-in-pad fabrikanten in staat om kleinere printplaten te maken die minder ruimte nodig hebben om signalen te routeren. Via-in-pad is een optimale technologie voor de hedendaagse compacte elektronische en computerapparatuur, die fabrikanten hebben ontworpen om in zakken en soms om polsen te passen.

Het via-in-pad-ontwerp is vooral handig voor routering, omdat de gaten rechtstreeks aansluiten op de laag die onder het onderdeel ligt, waardoor het mogelijk is om signalen te routeren zonder het risico te lopen buiten de omtrek van de voetafdruk van het apparaat te gaan.

Toegegeven, niet alle fabrikanten hebben de praktijk om via's op BGA-pads te plaatsen omarmd. Een van de belangrijkste nadelen voor sommige PCB-makers is dat je de pad moet vullen met puur koper of een niet-geleidend materiaal bedekt met koper. Anders zal het soldeer van de pad afvloeien en ervoor zorgen dat de PCB zijn connectiviteit verliest.

Een andere belemmerende factor voor sommige fabrikanten is het feit dat via's een extra stap vereisen die vaak kostbaar en tijdrovend kan zijn. Sommige ontwerpers willen gewoon niets toevoegen aan de kosten van het maken van PCB's. Bovendien, wanneer u via's in een pad plaatst, verandert dit de vereiste boordiameter.

Ondanks deze problemen zijn er verschillende voordelen van het plaatsen van via's op BGA-pads. Afgezien van de kosten, kun je kleinere borden maken met via-in-pad en uiteindelijk kleinere apparaten maken. Voor bepaalde moderne gadgets en mobiele apparaten is het via-in-pad-ontwerp wellicht de enige optie.

In een standaard via-layout kan een soldeermasker worden toegepast om de soldeerstroom in de via te stoppen. Met het via-in-pad-ontwerp kunt u het vat niet volledig vullen, omdat er lucht kan worden opgesloten, waardoor gas kan ontsnappen terwijl de printplaat in productie is. Daarom moeten de via's worden gevuld wanneer ze op BGA-pads worden geplaatst. Om het ontwerp te laten werken, moet u ook een vlak vlak oppervlak hebben, omdat dit het mogelijk maakt om BGA's met een fijne toonhoogte met weinig of geen complicaties aan te sluiten.

In-pad via's kunnen worden gevuld met epoxy. Dit moet worden gedaan na de boor- en galvanisatiestappen. Een andere optie is om de via's met koper te vullen. Dit zou werken als de via's met laser worden geablateerd. Welke methode u ook kiest, u moet ervoor zorgen dat de pad groot genoeg is voor de diameter van het gat en ook voldoende toleranties heeft. Bovendien zou het ontwerp moeten voldoen aan de IPC Klasse 2 en 3 normen.

Als je nog steeds twijfelt of via-in-pad de betere optie is dan een standaard via-layout, moet je met een PCB-fabrikant praten om te zien hoe de nieuwere technologie hun boards heeft getransformeerd.

3. Microvia's

In PCB-ontwerp staan ​​via's die kleiner zijn dan 150 micron bekend als microvia's, die worden gebruikt op veel high-density interconnect (HDI)-kaarten. Ontwerpers geven de voorkeur aan microvia's vanwege het kleine formaat van het gat, dat veel minder ruimte op het bord in beslag neemt dan de gaten die meer moeten worden geboord. In een microvia zijn de lagen met elkaar verbonden door koperbeplating.

Microvia's worden gemaakt in de vorm van kegels, waardoor het gemakkelijk is om de via-zijden te verkoperen. Een microvia kan door twee aangrenzende lagen gaan, maar niet verder. Als een bordontwerp een doorgang door meerdere lagen vereist, moeten meerdere microvia's dienovereenkomstig worden gestapeld.

Vanuit een productiestandpunt kan het maken van gestapelde microvia's een kostbaar en tijdrovend proces zijn. Op borden die de ene microvia boven de andere nodig hebben, zal het meest voorkomende ontwerp twee microvia's bevatten. Wat het stapelen betreft, is de ultieme limiet vier microvia's. Vier microvia's worden echter zelden toegepast bij de fabricage van PCB's vanwege de hoge kosten.

Een alternatieve optie voor de gestapelde microvia is de verspringende microvia, die is opgezet als een trap waarbij een tweede of derde microvia een stap naar voren onder de bovenstaande wordt geplaatst. Net als bij gestapelde microvia's, kunnen verspringende microvia's moeilijk en kostbaar zijn om te produceren op een meerlaagse PCB.

Als een microvia door de buitenste laag van het bord komt en naar een binnenste laag snijdt voordat hij stopt, zou dat kwalificeren als een blinde microvia. Met een blinde microvia kun je de dichtheid van de bedrading op een printplaat vergroten. Blinde microvia's zijn vooral voordelig als een signaal op de buitenste laag naar een onderliggende laag moet worden geleid, omdat de blinde microvia de kortste afstand biedt. Op een HDI-bord maken blinde microvia's het mogelijk om de ruimte in een meerlagig bord te optimaliseren, zoals in een PCB met vier lagen waar de microvia op de bovenste twee of onderste twee lagen kan worden geplaatst.

In sommige gevallen dringt een microvia twee hele lagen binnen. De blinde via's die aan deze beschrijving voldoen, worden skip via's genoemd. Het overslaan van via's wordt echter niet aanbevolen door fabrikanten, omdat de aard van het gat kan leiden tot complicaties bij het plateren.

Een microvia die twee binnenlagen in een PCB verbindt, staat bekend als een begraven microvia. Om een ​​begraven microvia in een PCB-ontwerp op te nemen, moeten de lagen met de gaten eerst worden geboord voordat de buitenste lagen worden aangebracht. Met een begraven microvia kun je twee binnenlagen op een printplaat aansluiten. Het boren kan worden uitgevoerd met een mechanisch gereedschap of, als alternatief, met een laser.

Wanneer u een microvia op een PCB plaatst, is het cruciaal om aandacht te besteden aan de aspectverhouding van de gatgrootte, anders kan het onmogelijk zijn om het bord goed te plateren.

Hoe u de juiste via-vereisten voor uw PCB kunt bepalen

Het type via's dat u kiest voor een PCB-ontwerp, moet gebaseerd zijn op de grootte en het doel van het bord. Als het bord is gemaakt voor gebruik in een ouder, groter computerapparaat, moet u waarschijnlijk een PCB-ontwerp hebben dat voldoet aan oudere normen, omdat alles wat nieuwer is waarschijnlijk niet compatibel is met het betreffende apparaat. Voor sommige van deze oudere apparaten is uw enige optie waarschijnlijk een grotere PCB met doorlopende componenten.

Als u een PCB ontwerpt voor een kleiner apparaat, is er geen reden om doorlopende componenten te gebruiken, omdat u de kleine hoeveelheid ruimte op het kleine bord die op het apparaat zou passen, moet maximaliseren. Als uw PCB-ontwerp bijvoorbeeld slechts een vierkante inch groot is, heeft u niet de benodigde ruimte voor een groot doorgaand gat, omdat er te veel signalen zijn om te geleiden in de kleine hoeveelheid toegestane ruimte. Een bord van dat formaat zou veel beter gediend zijn met blinde microvia's, die krachtige signalen tussen korte afstanden kunnen doorgeven op een bord ter grootte van een duim.

Toegegeven, het proces van het maken van een kleinere PCB met microvia's zal waarschijnlijk meer investeringen vergen vanwege de arbeid die dergelijke boards met zich meebrengen. De voordelen van deze kleinere boards kunnen de investering echter gemakkelijk terugbetalen, vooral als u een nieuw en baanbrekend apparaat op de markt brengt dat uiteindelijk een grote verkoper zou kunnen worden.

PCB-producten en -diensten van Millennium Circuits

Als het gaat om het ontwerp van printplaten, is er een reeks via's om uit te kiezen, zoals blinde en begraven microvia's. Op de kleinere PCB's van vandaag maken microvia's het mogelijk om een ​​apparaat uit te rusten met tal van functies en bieden ze ook snelheden en verwerkingskracht die de prestatiemogelijkheden overtreffen van de omvangrijkere through-hole-componenten die 20 jaar geleden gemeengoed waren. Om de meest compacte en optimale PCB-ontwerpen te produceren, is het cruciaal om een ​​team te hebben dat deze onderdelen in elkaar kan zetten. Neem contact op met Millennium Circuits voor een offerte voor PCB-producten en -diensten.