Typen via's: Een uitgebreide gids voor PCB-interconnecties

In elektronica- en computervoorzieningen wordt de schakeling geleid door een klein groen bord dat diverse signalen van de controle-prompts naar het scherm overbrengt. In elke smartphone kan bijvoorbeeld een geprint printplaat (PCB) worden gevonden met diverse chips en componenten die de signalen voor duizenden verschillende features en commando's geleiden. Elke keer dat u een van de prompts op het touchscreen indrukt, activeert u een van de signalen op het interne bord. De meeste van deze signalen worden geleid door PCB via's.

Snel naar: Wat is een via? | Hoofdtypen via's | Hoe de juiste via-eisen voor uw PCB te bepalen

Wat is een via?

In een geprint printplaat zijn via's gaten die door de lagen van het bord heen gaan voor het doel van geleiding. Elk gat fungeert als een geleidend pad waarover elektrische signalen tussen circuitlagen worden doorgegeven. Via's reizen door variërende niveaus op een geprint printplaat. Afhankelijk van het ontwerp van de PCB, kan het bord een gat vereisen dat door alle lagen van boven naar beneden gaat. Alternatief, penetreren sommige via's alleen de boven- of onderlaag, en sommige worden door een innerlaag geplaatst. Er zijn diverse opties wanneer het aankomt op via's op een geprint printplaat.

Via's zijn onder de meest cruciale kenmerken op een geprint printplaat. Gevolgd zijn ze verantwoordelijk voor een aanzienlijk aandeel in de kosten betrokken bij bordproductie.

Ondanks het feit dat deze verschillende typen via's dezelfde basisfunctie dienen, zal een bepaald type via meer geschikt zijn dan anderen op bepaalde PCB-ontwerpen. Dit artikel dekt de verschillende typen via's in PCB-ontwerp en hoe elk een elektrische verbinding op een geprint printplaat kan faciliteren.

Hoofdtypen via's

Er zijn twee primaire categorieën via's, afhankelijk van waar ze in de PCB-lagen zitten – de blinde gat en de begraven gat.

In een blinde gat, penetrateert het gat de boven- of onderlaag van het bord, maar stopt voordat enige van de interne lagen. Blinde gaten zijn zo genoemd omdat u er niet doorheen kunt kijken als u een bord naar het licht houdt. Het proces betrokken bij blinde-gat creatie kan moeilijk zijn omdat u moet weten wanneer u moet stoppen met boren in het bord. Als zodanig vermijden veel PCB-fabrikanten gatplatering van dit type.

Een ander type via is de begraven gat, die door een of meer interne lagen kan verschijnen. Aangezien de begraven gat gesandwicht zit tussen lagen, kan het niet met het blote oog gezien worden. Voor een meervoudig bord om een blinde laag te hebben, moet de gatplatering op de interne laag vroeg in de PCB-assemblage voltooid zijn, voordat de boven- en onderlaag op het bord worden toegepast.

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

• Through-hole
• Via-in-pad
• Microvia.

1. Through-Hole

Het meest voor de hand liggende type via is de platering through-hole, die alle lagen in een meervoudig bord penetreert. Through-holes zijn typisch groter dan blinde gaten en begraven gaten en zijn ook veel makkelijker te identificeren met het blote oog. Wanneer u een bord voor het licht houdt, zal het licht recht door een platering through-hole piercen. Through-holes zijn ook makkelijker te maken omdat u simpelweg recht door alle lagen kunt boren, in tegenstelling tot blinde gaten, waar u voorzichtig moet zijn hoe diep u het gat maakt.

Through-hole technologie is sedert de mid-20e eeuw bestaan toen het point-to-point constructie verving. Through-holes waren het meest gemeen tussen de jaren 50 en 80 toen bijna alle features die op een geprint printplaat gevonden werden, aan een through-hole bevestigd waren.

In de vroege dagen van through-hole technologie, hadden PCB's hun sporen alleen op de bovenkant geprint. Naarmate technologie vorderde, verscheen de print op beide kanten. Uiteindelijk kwamen meervoudige borden in gebruik. Op dit punt werden through-holes geüpdatet naar plated through-holes om contacten tussen geleidende lagen mogelijk te maken. Vandaag de dag worden plated through-holes gebruikt om de verschillende lagen in een PCB te verbinden. Through-holes worden meestal gebruikt om componenten met draadleids te faciliteren. Axiaal-geleide componenten worden door deze gaten geplaatst en gebruikt om over korte afstanden te verbinden.

Through-holes kunnen vaak gezien worden op de grote moederborden die in computertorens tijdens de jaren 90 en 2000 gebruikt werden. PCB's met through-hole componenten konden ook gezien worden in de oude peripheral component interconnect (PCI) kaarten die in deze oudere moederborden werden gestoken. Bijvoorbeeld, de geluidskaarten die verbonden met PCI-sleuven binnen de toren zouden typisch componenten bevatten die aan het bord in through-holes bevestigd waren. Vergelijkbare features konden gevonden worden op grafische kaarten in de oudere computers die de huidige all-in-one flatscreen apparaten voorafgingen.

Met de groeiende populariteit van kleine, compacte, mobiele computervoorzieningen en elektronische gadgets, worden PCB's ontworpen met weinig, als enige, through-hole componenten. Als zodanig zijn er weinig overgebleven redenen voor PCB-ontwerpers om door te gaan met borden die grote through-holes bevatten, aangezien deze veel ruimte op een bord consumeren die efficiënter gebruikt kan worden met microvia's. In feite, voor ontwerpers om hun borden klein te houden, moeten microvia's en surface mounts zoveel mogelijk gebruikt worden. Naarmate de trend voortduurt, zullen through-holes waarschijnlijk in de komende jaren volledig uitgefaseerd worden.

2. Via-in-Pad

Een van de vandaag de dag meer populaire ontwerpen voor geprint printplaten betreft de toepassing van via's op ball grid array (BGA) pads, om het even 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 mogelijk maakt voor fabrikanten om de hoeveelheid ruimte die vereist is voor via's te minimaliseren. Als zodanig stelt via-in-pad fabrikanten in staat om kleinere geprint printplaten te maken die minder ruimte nodig hebben om signalen te routen. Via-in-pad is een optimale technologie voor de huidige compacte elektronische en computervoorzieningen, die fabrikanten hebben ontworpen om in zakken en soms om polsen te passen.

Het via-in-pad ontwerp is met name handig voor routering omdat de gaten rechtstreeks verbinden met de laag die onderliggend is aan het component, wat het mogelijk maakt om signalen te routen zonder het risico om buiten de omtrek van de voetafdruk van het apparaat te gaan.

Toegestaan, niet alle fabrikanten hebben de praktijk van het plaatsen van via's op BGA-pads omarmd. Een van de hoofdnadelen voor sommige PCB-makers is dat u de pad moet vullen met zuiver koper of een niet-geleidend materiaal bedekt met koper. Anders zal het soldeer van de pad af bloeden en de PCB haar connectiviteit laten verliezen.

Een ander verbiedend factor voor sommige fabrikanten is het feit dat via's een additionele stap vereisen die vaak kostbaar en tijdrovend kan zijn. Sommige ontwerpers willen simpelweg de kosten van PCB-creatie niet verhogen. Bovendien, wanneer u via's in een pad plaatst, verandert dit de vereiste boordiameter.

Ondanks deze issues, zijn er diverse voordelen van het plaatsen van via's op BGA-pads. Kosten buiten beschouwing gelaten, kunt u kleinere borden maken met via-in-pad en uiteindelijk kleinere apparaten maken. Voor bepaalde moderne gadgets en mobiele apparaten, kan het via-in-pad ontwerp uw enige optie zijn.

In een standaard via-layout kan soldeermasker toegepast worden om de stroom van soldeer in de via te stoppen. Met het via-in-pad ontwerp kunt u de barrel niet vrij van vulling laten omdat lucht vast kan zitten, wat out-gassing veroorzaakt terwijl de PCB in productie is. Daarom moeten de via's gevuld worden wanneer ze op BGA-pads geplaatst worden. Voor het ontwerp om te werken, moet u ook een vlak planair oppervlak hebben, aangezien dit het mogelijk maakt om fine-pitch BGA's met weinig, zo niet geen, complicaties te verbinden.

In-pad via's kunnen gevuld worden met epoxy. Dit moet gedaan worden na de boor- en plateringsstappen. Een andere optie is om de via's met koper te vullen. Dit zou werken als de via's gelaserd geableteerd zijn. 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. Verder moet het ontwerp voldoen aan de IPC Class 2 en 3 standaarden.

Als u nog in twijfel bent of via-in-pad de betere optie zou zijn dan een standaard via-layout, moet u spreken met een PCB-fabrikant om te zien hoe de nieuwere technologie hun borden getransformeerd heeft.

3. Microvia's

In PCB-ontwerp worden via's die onder de 150 micron liggen microvia's genoemd, die op veel high density interconnect (HDI) borden gebruikt worden. Ontwerpers prefereren microvia's vanwege de kleine grootte van het gat, wat veel minder ruimte op het bord consumeert dan de gaten die meer boren vereisen. In een microvia worden de lagen met elkaar verbonden met koperplatering.

Microvia's worden in de vorm van kegels gecreëerd, wat het makkelijk maakt voor de via-kanten om gekoperplaatst te worden. Een microvia kan door twee aangrenzende lagen gaan maar niet verder. Als een bordontwerp een via door meerdere lagen vereist, zouden meerdere microvia's dienovereenkomstig gestapeld moeten worden.

Van een productie-oogpunt kan het creëren van gestapelde microvia's een kostbaar en tijdrovend proces zijn. Op borden die één microvia over een andere vereisen, zal het meest gangbare ontwerp twee microvia's bevatten. Wat stacking betreft, is de uiterste limiet vier microvia's. Echter, vier microvia's worden zelden toegepast in PCB-productie vanwege de hoge kosten.

Een alternatieve optie voor de gestapelde microvia is de gestaggerde microvia, die opgesteld is als een trap waar een tweede of derde microvia een stap vooruit onder de bovenste geplaatst wordt. Net als met gestapelde microvia's, kunnen gestaggerde microvia's moeilijk en kostbaar zijn om op een meervoudig PCB te produceren.

Als een microvia binnenkomt door de outerlaag van het bord en snijdt naar een innerlaag voordat het stopt, zou dat kwalificeren als een blinde microvia. Met een blinde microvia kunt u de dichtheid van de bedrading op een geprint printplaat verhogen. Blinde microvia's zijn met name voordelig als een signaal op de outerlaag gerouteerd moet worden naar een onderliggende laag, aangezien de blinde microvia de kortste afstand zal bieden. Op een HDI-bord maken blinde microvia's het mogelijk om ruimte in een meervoudig bord te optimaliseren, zoals in een PCB met vier lagen waar de microvia op de bovenste-twee of onderste-twee lagen geplaatst kan worden.

In sommige gevallen zal een microvia twee volledige lagen penetreren. De blinde via's die deze beschrijving passen, worden skip via's genoemd. Echter, skip via's worden niet aanbevolen door fabrikanten omdat de aard van het gat complicaties met platering kan resulteren.

Een microvia die twee innerlagen in een PCB verbindt, wordt een begraven microvia genoemd. Voor een begraven microvia om in een PCB-ontwerp opgenomen te worden, moeten de lagen die de gaten bevatten eerst geboord worden voordat de outerlagen worden toegepast. Met een begraven microvia kunt u twee innerlagen op een geprint printplaat verbinden. Het boren kan gerealiseerd worden met een mechanisch instrument of, alternatief, met een laser.

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

Hoe de juiste via-eisen voor uw PCB te 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 gemaakt is voor gebruik in een oudere, grotere computervoorziening, zult u waarschijnlijk een PCB-ontwerp nodig hebben dat conform oudere standaarden is, aangezien alles nieuwers waarschijnlijk incompatibel zou zijn met het apparaat in kwestie. Voor sommige van deze oudere apparaten, zou uw enige optie waarschijnlijk een groter PCB met through-hole componenten zijn.

Als u een PCB ontwerpt voor een kleiner apparaat, is er eigenlijk geen reden om through-hole componenten te gebruiken aangezien u de kleine hoeveelheid ruimte op het kleine bord dat het apparaat past, moet maximalisseren. Als uw PCB-ontwerp bijvoorbeeld slechts een vierkante inch in grootte is, zult u niet de benodigde ruimte hebben voor een groot through-hole aangezien er te veel signalen in de kleine hoeveelheid toegestane ruimte geleid moeten worden. Een bord van die grootte zou veel beter bediend zijn met blinde microvia's, die krachtige signalen tussen korte afstanden op een duim-groot bord kunnen doorgeven.

Toegestaan, het proces van het maken van een kleiner PCB met microvia's zal waarschijnlijk meer investering vereisen door de arbeid die dergelijke borden vereisen. Echter, de voordelen van deze kleinere borden kunnen de investering gemakkelijk terugverdienen, met name als u een nieuw en baanbrekend apparaat market dat uiteindelijk een grote verkoper kan worden.

PCB Producten en Diensten van Millennium Circuits

Wanneer het aankomt op het ontwerp van geprint printplaten, is er een reeks via's om te kiezen, zoals blinde en begraven microvia's. Op de huidige kleinere PCB's maken microvia's het mogelijk om een apparaat uit te rusten met talrijke features en bieden ook snelheden en verwerkingskracht die de prestatiecapaciteiten van de bulkier through-hole componenten die 20 jaar geleden gangbaar waren, overstijgen. Om de meest compacte en optimale PCB-ontwerpen te produceren, is het cruciaal om een team te hebben dat deze stukken samen kan zetten. Neem contact op met Millennium Circuits voor een offerte op PCB-producten en diensten.