Blind microvia's optimaliseren met koper vulling voor superieure PCB-prestaties

Snel naar: Koper vulling van blinde microvia's | Wat zijn microvia's? | Wat zijn blinde en begraven via's? | Voordelen van koper-gevulde blinde microvia's | Wat zijn koper-gevulde via's? | Uitdagingen geassocieerd | Thermische en elektrische geleidbaarheid | Het koper vullingsproces | Koper-gevulde

Via's, de gaten door welke gestapelde pads elektrisch verbonden zijn, zijn essentiële onderdelen van geprint printplaten (PCB's). Naarmate elektronische apparaten, naamelijk smartphones en andere vergelijkbare producten, populairder worden en in grootte krimpen, wordt de capaciteit om kleinere via's op het bord te plaatsen steeds nuttiger.

U moet ook in staat zijn om signalen betrouwbaar door de lagen van de PCB over te dragen – wat bereikt kan worden door een koperlaag toe te voegen aan het bordsubstraat – maar het vullen van de via's met koper biedt extra capaciteit.

Koper-gevulde blinde microvia's maken high-density interconnect (HDI) borden mogelijk en bieden ook betrouwbare signaaldracht. Hoewel er uitdagingen geassocieerd zijn met dit type via, komen ze ook met veel voordelen. Lees verder om meer over dit proces te leren en waarom het nuttig voor u kan zijn.

Wat zijn microvia's?

IPC definieert een microvia als een "blinde structuur (als geplateerd) met een maximale aspectratio van 1:1… eindigend op of penetrerend een target land, met een totale diepte (X) van niet meer dan 0,25 mm [0,00984 in] gemeten van de capture land folie van de structuur tot het target land."

Voordat de definitie in 2013 gewijzigd werd, werd de term gedefinieerd als een via-gat kleiner dan 0,15 mm, of 0,006 inch, in diameter. Na verloop van tijd werd die grootte meer gangbaar, en realiseerde IPC dat ze hun definitie zouden moeten blijven updaten als via's kleiner werden als ze bleven definiëren met diameter.

Lasers worden gebruikt om gaten voor microvia's te boren, en recente vooruitgang in laserboren heeft de creatie van microvia's zo klein als 15 µm mogelijk gemaakt. Hoewel de lasers die gebruikt worden door slechts één laag tegelijk kunnen boren, kunnen PCB-fabrikanten through microvia's produceren door meerdere lagen apart te boren en ze dan te stapelen.

U bent minder geneigd om productiedefecten te tegenkomen wanneer u met microvia's werkt dan u zou met normale via's, omdat laserboren niet resulteert in materiaal dat in de geboorde gaten achterblijft. Microvia's zijn evenwel net zo geneigd om problemen met platering en soldeer-reflow te ervaren.

Vanwege de kleine grootte van microvia's, kunnen ze gebruikt worden voor high-density interconnect PCB's, die vandaag de dag belangrijk zijn naarmate elektronica – met name telecommunicatie- en computervoorzieningen – geavanceerder worden maar ook kleiner in grootte.

Wat zijn blinde en begraven via's?

Microvia's kunnen blind of begraven zijn. Blinde microvia's verbinden een outerlaag van een PCB met een of meer innerlagen en gaan niet door het hele bord. Ze verbinden een outer bovenlaag en de innerlagen die ze bereiken. Blinde via's zijn nuttig om de bedradingsdichtheid te verhogen. Als u signaalsporen van een outerlaag naar een innerlaag moet routen, zijn blinde via's vaak de kortste route om dit te doen.

Begraven microvia's verbinden twee of meer innerlagen en bereiken niet door naar een outerlaag. Ze kunnen niet gezien worden van de outerlagen. Fabrikanten creëren ze meestal met opeenvolgende laminaties.

Wat zijn koper-gevulde via's?

Koper-gevulde via's zijn via's die gevuld zijn met zuiver koper of epoxyhars met koper. Deze koper vulling verhoogt de geleidbaarheid van de via, wat helpt om signalen effectiever van de ene kant van het bord naar de andere over te dragen. Veel soorten via's kunnen met koper gevuld worden, inclusief standaard via's, microvia's, blinde via's en begraven via's.

U kunt via's ook met andere materialen vullen, zoals goud, zilver, geleidende epoxy, niet-geleidende epoxy en electrochemische platering. Het meest gangbare type via-vulling is niet-geleidende epoxy. Koper vulling biedt echter voordelen die het ideaal maken voor bepaalde toepassingen.

Voordelen van koper-gevulde blinde microvia's

Het gebruik van microvia's, of blind of begraven, is voordelig voor diverse redenen, inclusief de volgende.

Ruimte

Een van de hoofvoordelen van het gebruik van microvia's is dat ze u ruimte kunnen besparen, wat uiteindelijk resulteert in verminderde kosten. Hoe meer ruimte uw via's innemen, hoe meer bord u nodig hebt, en hoe duurder uw project zal zijn.

Microvia's zijn een cruciale component van HDI PCB's, die vaak through via's, buried via's, blind via's, coreless constructie, passieve substraat constructie en alternatieve constructies van coreless builds met laagparen bevatten. Naast hun kleinere grootte en lagere gewicht, bieden deze borden ook verbeterde elektrische prestaties door de verminderde afstand tussen componenten en het hogere aantal transistoren.

Microvia's kunnen u ook helpen via-in-pads (VIP's) effectiever te benutten. VIP's besparen ruimte door verbindingen in de pads van surface mounted technologies (SMT's) te creëren. Vanwege hun kleinere grootte zijn microvia's goed geschikt voor gebruik met VIP's. Normale via's zijn soms te groot om in pads voor SMT's te passen. Microvia's kunnen echter in pads passen zonder fabricage-issues.

Blinde en begraven microvia's zijn ook makkelijker te fabriceren dan gewone blinde en begraven via's, wat moeilijk te fabriceren kan zijn. Microvia's zijn echter al laag voor laag gemaakt, wat betekent dat het makkelijker is om ze blind of begraven te maken – een proces dat laag voor laag werken vereist.

Microvia's zijn ook nuttig voor het breken van ball grid arrays (BGA's). Microvia VIP's kunnen gemakkelijk in de pads van fine-pitch BGA's passen. Ze zijn nog meer voordelig in breakout kanalen. VIP's besparen oppervlakteruimte maar vereisen ook een hoog aantal lagen om outputs naar andere delen van het bord te krijgen. Microvia's kunnen u helpen de breedte van ontsnappingspaden te vergroten, wat u in staat kan stellen om minder lagen te gebruiken om een BGA te breken.

Verminderde EMI

Microvia's kunnen ook helpen elektromagnetische interferentie (EMI) te reduceren, wat optreedt wanneer een elektromagnetisch veld een elektrisch circuit beïnvloedt en de werking van een elektronisch apparaat verstoort. Omdat ze met een verminderd risico op EMI komen, zijn microvia's met name nuttig voor circuits die geneigd zijn tot EMI, zoals die gebruikt in high-frequentie of high-speed toepassingen.

High-speed circuits lopen vaak problemen op met signaalstraling en reflectie in via's. Het verkleinen van de grootte van de via's verlaagt echter het stralingspotentieel, wat vertaalt naar minder EMI. Voor high-speed circuits zijn stubs – welke transmissielijnen of golffilters zijn die alleen aan één einde verbonden zijn – een andere oorzaak van EMI-problemen. Stubs kunnen signalen terug reflecteren in geleiders en het originele signaal dempen of zelfs annuleren. Omdat microvia's laag voor laag gemaakt worden, zult u geen stubs hebben.

High-frequentie transmissielijnen, zoals microgolf en millimeter-golf stripline geleiders, vereisen via's om signalen te breken. Standaard via's creëren echter te veel EMI voor gebruik in high-frequentie striplijnen. Microvia's genereren daarentegen heel weinig EMI en zullen uw signaalintegriteit niet degraderen. High-frequentie circuits worden steeds vaker gebruikt, wat EMI een meer gemeen concern maakt.

Het vullen van via's met koper biedt ook diverse voordelen, naamlijk in de gebieden van thermische en elektrische geleidbaarheid.

Thermische en elektrische geleidbaarheid

Het gebruik van koper om een via te vullen zal de thermische geleidbaarheid van de via verhogen, wat warmte van het bord af houdt, wat resulteert in langere levensduur en lager risico op defecten. In plaats van naar verschillende delen van het bord te reizen, zal warmte door de koper naar de andere kant van het bord reizen, wat de componenten beschermt. Koper heeft hogere thermische geleidbaarheid dan goud, wat een ander materiaal is dat gebruikt wordt om via's te vullen.

Koper heeft ook hogere elektrische geleidbaarheid dan goud. De geleidbaarheid van de koper in een via zal stromen in staat stellen om naar diepere lagen over te steken zonder de PCB te overladen. Deze feature maakt koper-gevulde microvia's ideaal voor high-voltage toepassingen en die die sterke stromen vereisen om tussen elke kant van het bord te reizen.

Uitdagingen geassocieerd met koper-gevulde blinde microvia's

Bepaalde uitdagingen zijn geassocieerd met het fabriceren van microvia's. Deze uitdagingen kunnen soms leiden tot interconnect defects (ICDs), fouten die zich in de buurt van de platering en inner koperlaag voordoen. Deze ICD's kunnen betrouwbaarheidsproblemen, open circuits, intermittente problemen bij hoge temperaturen en circuitfalures veroorzaken. Het kan uitdagend zijn om ICD's te detecteren omdat ze correct kunnen werken tijdens testen na de fabricagefase maar dan issues onthullen tijdens assemblage of gebruik. Het is belangrijk om op deze defecten te letten en borden zorgvuldig te fabriceren om ze te vermijden.

Debris-gebaseerde ICD's

Een veelvoorkomend type ICD treedt op omdat debris in het interconnectiegat terechtkomt en dan in de inner-laag koper ingesloten raakt. Deze debris resulteert vaak uit het gatboorproces. De lasers die gebruikt worden om microvia-gaten te boren, creëren niet bijna zoveel debris als andere gatboorprocessen, dus microvia's hebben een lager risico op debris-gebaseerde ICD's. Het is nog steeds belangrijk voor de fabrikant om te controleren of alle gaten vrij zijn van alle debris, residu, boorsmeer, glasvezel, anorganische vullers en andere materialen voordat ze ze met koper vullen.

Over diverse typen via's zijn debris-gebaseerde ICD's aan het meer voorkomen, misschien omdat meer fabrikanten low DK/low DF materialen gebruiken. Deze materialen zijn op veel manieren het meest kosteneffectief, maar ze creëren vaak meer debris en zijn chemisch meer weerstandig tegen reinigen dan andere materialen zoals standaard FR-4 epoxy materialen.

Koper-hechting falen ICD's

Een ander veelvoorkomend type ICD is een koper-hechting falen. Dit type kan optreden vanwege hoge stress tijdens assemblage of gebruik, een zwakke koperband of een combinatie van deze twee condities. Wanneer een koper-hechting falen ICD optreedt, breekt de koperverbinding fysiek af. Hoe zwakker de koperhechting is, des te minder stress nodig is om het te breken.

De prevalentie van koper-hechting falen ICD's lijkt te stijgen, mogelijk omdat meer fabrikanten dikke PCB's en hogere loodvrije solderingtemperaturen gebruiken. Grotere gaten en golfsolderen kunnen ook de waarschijnlijkheid van koper-hechting falen verhogen. Koper-hechting falen treden op microvia's alsook standaard via's op.

Gaten en betrouwbaarheid

Algemene problemen die optreden in het koperplateringsproces voor microvia's omvatten onvolledige vulling, dimples en gaten. Deze defecten kunnen betrouwbaarheidsissues veroorzaken. Volgens een studie van onderzoekers van de Universiteit van Maryland, verhoogt onvolledige koper vulling de stressniveaus in microvia's, wat hun vermoeidheidsleven vermindert, wat het aantal belasting (stress) cycli is die een monster kan doorstaan voordat het faalt.

De impact die een gat op microvia-betrouwbaarheid heeft, hangt af van kenmerken van het gat, zoals de grootte, vorm en locatie. Kleine, sferische gaten verhogen bijvoorbeeld lichtjes de vermoeidheidsleven van microvia's, terwijl extreme gatencondities hun leven aanzienlijk reduceren.

Het koper vullingsproces voor blinde microvia's

Na het boren van de microvia-gaten, zal de fabrikant of zuiver koper of epoxyhars met koper in ze stoppen om de inner-laag circuits te verbinden met het PCB-oppervlak. Deze koper stelt u in staat om componenten of connectors op het oppervlak van het bord te plaatsen en stelt het circuit in staat om tussen lagen te verbinden.

Bij het werken met blinde microvia's, resulteert het vullen van de microvia-gaten zonder additives typisch in de vorming van gaten. De fabrikant deposeert altijd koper tot de via gesloten is, maar als additives niet gebruikt worden, wordt minder koper binnen de via gedeponeerd dan op het oppervlak, en gaten kunnen vormen.

Bepaalde organische additives belemmeren de depositie aan het oppervlak en helpen de platering binnen de blinde microvia te verhogen, wat leidt tot conformele depositie. Conforme platering verhoogt ook de aspectratio van de blinde microvia, wat de oplossing en massa-transport in het beperkt. Dit proces resulteert soms in een microvia met een naad in het centrum.

U kunt een blinde microvia ook met koper vullen met de bottom-up methode, wat het preferentieel depositeren van koper op de capture pad inhoudt. Dit proces zal ideaal een lage dimple gecombineerd met een minimum aan geplateerd oppervlak-koper creëren.

Wanneer u een via-gat met koper vult, is het belangrijk om te verzekeren dat de laag koper binnen de via gelijkmatig is en dat u de outerlaag niet te dik maakt. Overmatig koper toevoegen voegt onnodig gewicht aan de PCB toe en kan resulteren in te veel koper op de sporen. Dit issue kan dan resulteren in defecten, falen om specificaties te halen of verhoogde kosten, wat nog belangrijker is met microvia's dan met gewone via's aangezien de ontwerpspecs strakker zijn.

Een belangrijke overweging bij het vullen van blinde microvia's is of zuiver koper of epoxyhars en koper te gebruiken. Het gebruik van zuiver koper is een meer traditionele methode, maar deze benadering kan gaten veroorzaken. Contaminanten kunnen ook in de koper vastzitten. Een recess aan de top van de vulling laten kan helpen deze problemen te voorkomen.

Eén benadering om through-gaten te vullen creëert essentieel twee blinde microvia's. Dit proces omvat eerst het gebruik van conforme platering en dan schakelen naar agressieve pulsplatering, wat resulteert in de creatie van een X-vorm in het gat gevormd door twee koperdriehoeken op elke gatwand. Deze vorm vormt wat essentieel twee blinde microvia's is, één aan elke kant van de PCB. In de volgende stap zult u deze BMVs volledig vullen.

Recente vooruitgang, zoals de ontwikkeling van nieuwe koperen electrolyten, hebben geholpen om het makkelijker te maken om blinde microvia's te vullen zonder defecten en overmatig koper. Electrolyten voor blinde microvia vulling hebben vaak een hoge koperconcentratie, een lage zwavelzuurconcentratie en chloride ionen. De organische elektrolytadditieven die gebruikt worden voor het controleren van de coatingkenmerken omvatten typisch een starter, korrelverfijner en leveler.

Koper-gevulde blinde microvia's van Millennium Circuits Limited

Heeft u PCB's nodig met koper-gevulde microvia's? Wij kunnen de creatie van deze PCB's coördineren en ervoor zorgen dat u borden ontvangt gemaakt naar de specificaties die u vereist. Wij kunnen u ook voorzien van PCB's met een reeks andere gespecialiseerde features, oppervlakteafwerkingen en basismaterialen. Wij vullen zowel kleine orders als grote met een snelle turnaround-tijd.

Om meer te leren over koper-gevulde blinde via's en onze mogelijkheden, blader door onze website, neem contact met ons op of vraag vandaag nog een offerte aan.