Koperen vulling van blinde microvia's

Spring naar: Kopervulling van blinde microvia's | Wat zijn microvia's? | Wat zijn blinde en begraven via's? | Voordelen van met koper gevulde blinde microvia's | Wat zijn met koper gevulde via's? | Bijbehorende uitdagingen | Thermische en elektrische geleidbaarheid | Het koperen vulproces | Met koper gevuld

Via's, de gaten waardoor gestapelde pads elektrisch zijn verbonden, zijn essentiële onderdelen van printplaten (PCB's). Naarmate elektronische apparaten, namelijk smartphones en andere soortgelijke producten, populairder worden en kleiner worden, wordt de mogelijkheid om kleinere via's op het bord te plaatsen steeds nuttiger.

Je moet ook in staat zijn om signalen op betrouwbare wijze door de lagen van de PCB te sturen - wat kan worden bereikt door een koperen laag aan het bordsubstraat toe te voegen - maar het vullen van de via's met koper zorgt voor extra capaciteit.

Met koper gevulde blinde microvia's maken high-density interconnect (HDI)-kaarten mogelijk en bieden ook betrouwbare signaaloverdracht. Hoewel er uitdagingen zijn bij dit type via, hebben ze ook veel voordelen. Blijf lezen om meer te weten te komen over dit proces en waarom het nuttig voor u kan zijn.

Wat zijn microvia's?

IPC definieert een microvia als een "blinde structuur (zoals geplateerd) met een maximale aspectverhouding van 1:1 ... die eindigt op of doordringt in een doelland, met een totale diepte (X) van niet meer dan 0,25 mm [0,00984 in] gemeten vanaf de vangstlandfolie van de structuur naar het doelland.”

Voordat de definitie in 2013 werd gewijzigd, werd de term gedefinieerd als een via-gat met een diameter van minder dan 0,15 mm of 0,006 inch. In de loop van de tijd werd die maat gebruikelijker en IPC realiseerde zich dat het zijn definitie moest blijven bijwerken, aangezien via's kleiner werden als ze de diameter bleven definiëren.

Lasers worden gebruikt om gaten voor microvia's te boren, en recente ontwikkelingen op het gebied van laserboren hebben het mogelijk gemaakt om microvia's te maken zo klein als 15 µm. Hoewel de gebruikte lasers slechts door één laag tegelijk kunnen boren, kunnen PCB-fabrikanten via microvia's produceren door verschillende lagen afzonderlijk te boren en ze vervolgens te stapelen.

U zult minder snel fabricagefouten tegenkomen wanneer u met microvia's werkt dan met normale via's, omdat laserboren er niet toe leidt dat er materiaal in de geboorde gaten achterblijft. Microvia's hebben echter evenveel kans op problemen met plating en soldeerterugvloeiing.

Vanwege het kleine formaat van microvia's kunnen ze worden gebruikt voor interconnectie-PCB's met hoge dichtheid, die tegenwoordig belangrijk zijn omdat elektronica - met name telecommunicatie- en computerapparatuur - geavanceerder maar ook kleiner wordt.

Wat zijn blinde en begraven via's?

Microvia's kunnen blind of begraven zijn. Blinde microvia's verbinden een buitenste laag van een PCB met een of meer binnenste lagen en gaan niet door het hele bord. Ze verbinden een buitenste toplaag en de binnenste lagen die ze bereiken. Blinde via's zijn handig om de bedradingsdichtheid te vergroten. Als u seinsporen van een buitenlaag naar een binnenlaag moet routeren, zijn blinde via's hiervoor vaak de kortste route.

Begraven microvia's verbinden twee of meer binnenste lagen en reiken niet door naar een buitenste laag. Ze zijn niet te zien vanuit de buitenste lagen. Fabrikanten maken ze meestal met opeenvolgende lamineringen.

Wat zijn met koper gevulde via's?

Met koper gevulde via's zijn via's die zijn gevuld met puur koper of epoxyhars met koper. Deze koperen vulling verbetert de geleidbaarheid van de via, waardoor deze signalen effectiever van de ene kant van het bord naar de andere kan overbrengen. Veel soorten via's kunnen worden gevuld met koper, waaronder standaard via's, microvia's, blinde via's en begraven via's.

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

Voordelen van met koper gevulde blinde microvia's

Het gebruik van microvia's, blind of begraven, is om verschillende redenen nuttig, waaronder de volgende.

Ruimte

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

Microvia's zijn een cruciaal onderdeel van HDI-PCB's, die vaak voorkomen via via's, begraven via's, blinde via's, kernloze constructie, passieve substraatconstructie en alternatieve constructies van kernloze constructies met laagparen. Naast hun kleinere formaat en lager gewicht, bieden deze borden ook verbeterde elektrische prestaties dankzij de kleinere afstand tussen componenten en het grotere aantal transistors.

Microvias kan u ook helpen om via-in-pads (VIP's) effectiever te gebruiken. VIP's besparen ruimte door verbindingen te maken in de pads van Surface Mounted Technologies (SMT's). Vanwege hun kleinere formaat zijn microvia's zeer geschikt voor gebruik met VIP's. Normale via's zijn soms te groot om in pads voor SMT's te passen. Microvia's passen echter in pads zonder fabricageproblemen.

Blinde en begraven microvia's zijn ook gemakkelijker te fabriceren dan gewone blinde en begraven via's, die moeilijk te fabriceren kunnen zijn. Microvia's worden echter al laag voor laag gemaakt, wat betekent dat het gemakkelijker is om ze blind of begraven te maken - een proces dat laag voor laag moet worden gewerkt.

Microvia's zijn ook handig voor het breken van ball grid arrays (BGA's). Microvia VIP's passen gemakkelijk in de pads van fijne BGA's. Ze zijn nog voordeliger in breakout-kanalen. VIP's besparen oppervlakteruimte, maar hebben ook een groot aantal lagen nodig om output naar andere delen van het bord te krijgen. Microvias kan u helpen de breedte van ontsnappingspaden te vergroten, waardoor u mogelijk minder lagen hoeft te gebruiken om een ​​BGA te doorbreken.

Verlaagde EMI

Microvias kan ook helpen elektromagnetische interferentie (EMI) te verminderen, die optreedt wanneer een elektromagnetisch veld een elektrisch circuit beïnvloedt en de werking van een elektronisch apparaat verstoort. Omdat ze een verminderd risico op EMI met zich meebrengen, zijn microvia's vooral handig voor circuits die gevoelig zijn voor EMI, zoals die worden gebruikt in toepassingen met hoge frequentie of hoge snelheid.

Hogesnelheidsschakelingen hebben vaak problemen met signaalstraling en reflectie in via's. Het verkleinen van de via's vermindert echter het stralingspotentieel, wat zich vertaalt in minder EMI. Voor hogesnelheidscircuits zijn stubs - transmissielijnen of golfgeleiders die slechts aan één uiteinde zijn aangesloten - een andere oorzaak van EMI-problemen. Stubs kunnen signalen terugkaatsen naar geleiders en het oorspronkelijke signaal verzwakken of zelfs annuleren. Omdat microvia's echter laag voor laag worden gemaakt, heb je geen stompjes.

Hoogfrequente transmissielijnen, zoals microgolf- en millimetergolfstriplijngeleiders, hebben via's nodig om signalen uit te breken. Standaard via's creëren echter te veel EMI voor gebruik in hoogfrequente striplijnen. Microvias, aan de andere kant, genereren zeer weinig EMI en zullen uw signaalintegriteit niet verslechteren. Hoogfrequente circuits worden steeds vaker gebruikt, waardoor EMI vaker voorkomt.

Het vullen van via's met koper biedt ook verschillende voordelen, namelijk op het gebied van thermische en elektrische geleidbaarheid.

Thermische en elektrische geleidbaarheid

Door koper te gebruiken om een ​​via te vullen, wordt de thermische geleidbaarheid van de via verhoogd, waardoor de warmte van het bord wordt weggehouden, wat resulteert in een langere levensduur en een lager risico op defecten. In plaats van naar verschillende delen van het bord te reizen, zal warmte door het koper naar de andere kant van het bord reizen, waardoor de componenten worden beschermd. Koper heeft een hogere thermische geleidbaarheid dan goud, een ander materiaal dat wordt gebruikt om via's te vullen.

Koper heeft ook een hogere elektrische geleidbaarheid dan goud. Door de geleidbaarheid van het koper in een via kunnen stromen naar diepere lagen gaan zonder de printplaat te overbelasten. Deze functie maakt met koper gevulde microvia's ideaal voor toepassingen met hoog voltage en toepassingen die sterke stromen nodig hebben om tussen elke kant van het bord te reizen.

Uitdagingen in verband met met koper gevulde blinde microvia's

Bepaalde uitdagingen worden geassocieerd met het fabriceren van microvia's. Deze uitdagingen kunnen soms leiden tot interconnect-defecten (ICD's), fouten die optreden in de buurt van de beplating en de binnenste koperlaag. Deze ICD's kunnen betrouwbaarheidsproblemen, open circuits, intermitterende problemen bij hoge temperaturen en circuitstoringen veroorzaken. Het kan een uitdaging zijn om ICD's te detecteren, omdat ze mogelijk correct werken tijdens het testen na de fabricagefase, maar dan problemen aan het licht brengen tijdens de montage of het gebruik. Het is belangrijk om op deze defecten te letten en planken zorgvuldig te fabriceren om ze te vermijden.

Op puin gebaseerde ICD's

Een veelvoorkomend type ICD treedt op omdat afval in het verbindingsgat terechtkomt en vervolgens wordt ingebed in het koper in de binnenste laag. Dit vuil is vaak het gevolg van het boorproces. De lasers die worden gebruikt om microvia-gaten te boren, creëren lang niet zoveel puin als andere gatenboorprocessen, dus microvia's hebben een lager risico op op puin gebaseerde ICD's. Het is echter nog steeds belangrijk voor de fabrikant om te controleren of alle gaten vrij zijn van vuil, resten, booruitstrijkjes, glasvezel, anorganische vulstoffen en andere materialen voordat ze met koper worden gevuld.

Over verschillende soorten via's komen op puin gebaseerde ICD's steeds vaker voor, misschien omdat meer fabrikanten materialen met een lage DK / lage DF gebruiken. Deze materialen zijn in veel opzichten het meest kosteneffectief, maar ze creëren vaak meer vuil en zijn chemisch beter bestand tegen reiniging dan andere materialen zoals standaard FR-4 epoxymaterialen.

ICD's met falende koperen binding

Een ander veel voorkomend type ICD is het falen van een koperbinding. Dit type kan optreden vanwege hoge spanning tijdens montage of gebruik, een zwakke koperband of een combinatie van deze twee omstandigheden. Wanneer een ICD met een koperverbindingsfout optreedt, breekt de koperverbinding fysiek af. Hoe zwakker de koperbinding is, hoe minder spanning er nodig is om deze te verbreken.

De prevalentie van ICD's voor het falen van koperbindingen lijkt toe te nemen, mogelijk omdat meer fabrikanten dikkere PCB's en hogere loodvrije soldeertemperaturen gebruiken. Grotere gatafmetingen en golfsolderen kunnen ook de kans vergroten dat koperverbindingsfouten optreden. Koperbindingsfouten komen zowel voor op microvia's als op standaard via's.

Leegtes en betrouwbaarheid

Veelvoorkomende problemen die optreden bij het koperplatingsproces voor microvia's zijn onvolledige vulling, kuiltjes en holtes. Deze defecten kunnen betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken. Volgens een onderzoek van onderzoekers van de Universiteit van Maryland verhoogt onvolledige kopervulling de stressniveaus in microvia's, waardoor hun vermoeidheidslevensduur afneemt, wat het aantal belastings- (stress) cycli is dat een exemplaar kan volhouden voordat het faalt.

De impact die een leegte heeft op de betrouwbaarheid van microvia hangt af van kenmerken van de leegte, zoals de grootte, vorm en locatie. Kleine, bolvormige holtes verhogen bijvoorbeeld de levensduur van microvia's enigszins, terwijl extreme ledigingsomstandigheden hun levensduur aanzienlijk verkorten.

Het kopervulproces voor blinde microvia's

Na het boren van de microvia-gaten, zal de fabrikant puur koper of epoxyhars met koper erin doen om de binnenste laagcircuits met het PCB-oppervlak te verbinden. Met dit koper kun je componenten of connectoren op het oppervlak van het bord plaatsen en kan het circuit verbinding maken tussen lagen.

Bij het werken met blinde microvia's resulteert het vullen van de microvia-gaatjes zonder toevoegingen meestal in de vorming van holtes. De fabrikant deponeert altijd koper totdat de via is gesloten, maar als er geen additieven worden gebruikt, wordt er minder koper in de via afgezet dan op het oppervlak en kunnen er holtes ontstaan.

Bepaalde organische additieven belemmeren de afzetting aan het oppervlak en helpen de beplating in de blinde microvia te vergroten, wat leidt tot conforme afzetting. Conforme beplating verhoogt ook de aspectverhouding van de blinde microvia, wat de oplossing en het massatransport erin beperkt. Dit proces resulteert soms in een microvia met een naad in het midden.

Je kunt ook een blinde microvia met koper vullen met behulp van de bottom-up-methode, waarbij koper bij voorkeur op het capture-pad wordt gedeponeerd. Dit proces zal idealiter een laag kuiltje creëren in combinatie met een minimum aan geplateerd koper op het oppervlak.

Wanneer je een via-gat met koper vult, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de koperlaag in de via gelijk is en dat je de buitenste laag niet te dik maakt. Overtollig koper voegt onnodig gewicht toe aan de PCB en kan ertoe leiden dat er te veel koper op de sporen zit. Dit probleem kan vervolgens leiden tot defecten, het niet voldoen aan specificaties of hogere kosten, wat nog belangrijker is bij microvia's dan bij gewone via's, omdat de ontwerpspecificaties strenger zijn.

Een belangrijke overweging bij het vullen van blinde microvia's is het gebruik van puur koper of epoxyhars en koper. Het gebruik van puur koper is een meer traditionele methode, maar deze benadering kan holtes veroorzaken. Verontreinigingen kunnen ook vast komen te zitten in het koper. Door een uitsparing aan de bovenkant van de vulling te laten, kunnen deze problemen worden voorkomen.

Eén benadering om door gaten te vullen, creëert in wezen twee blinde microvia's. Bij dit proces wordt eerst conforme plating gebruikt en vervolgens wordt overgeschakeld op agressieve pulsplating, wat resulteert in het creëren van een X-vorm in het gat dat wordt gevormd door twee koperen driehoeken op elke gatwand. Deze vorm vormt in wezen twee blinde microvia's, één aan elke kant van de PCB. In de volgende stap vult u deze BMV's volledig.

Recente ontwikkelingen, zoals de ontwikkeling van nieuwe koperelektrolyten, hebben het gemakkelijker gemaakt om blinde microvia's te vullen zonder defecten en overtollig koper. Elektrolyten voor blinde microvia-vulling hebben vaak een hoge koperconcentratie, een lage zwavelzuurconcentratie en chloride-ionen. De organische elektrolytadditieven die worden gebruikt voor het regelen van de coatingkenmerken omvatten typisch een starter, graanverfijner en egalisatiemiddel.

Met koper gevulde blinde microvia's van Millennium Circuits Limited

Heeft u PCB's nodig met met koper gevulde microvia's? We kunnen de creatie van deze PCB's coördineren en ervoor zorgen dat u boards ontvangt die zijn gemaakt volgens de specificaties die u nodig heeft. We kunnen u ook PCB's leveren met een reeks andere gespecialiseerde functies, oppervlakteafwerkingen en basismaterialen. We vullen zowel kleine als grote bestellingen met een korte doorlooptijd.

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