По мере того как компоновки печатных плат стремятся к увеличению плотности и более компактному подсчету слоёв, структуры via играют большую роль в эффективной передаче сигналов и мощности через плату. Слепые и закопанные виа предлагают альтернативы традиционным сквозным виам, ограничивая места появления соединений внутри стека. Понимание того, как эти вии строятся, применяются и ограничены, помогает на ранних этапах проектирования устанавливать реалистичные ожидания.
Обзор Blind Vias
Слепые виа — это пластинчатые отверстия, соединяющие внешний слой (верхний или нижний) с одним или несколькими внутренними слоями, не проходя через всю плату. Они останавливаются внутри стопки и видны только на одной поверхности доски. Это позволяет компонентам поверхностного слоя подключаться к внутренней маршрутизации, при этом оставляя противоположную сторону свободной.
Что такое зарытые виа?
Закопанные вии соединяют внутренние слои с другими внутренними слоями и никогда не достигают поверхности платы. Они формируются во время внутренних этапов ламинирования и полностью заключены внутри доски. Это сохраняет как внешние слои для маршрутизации, так и для размещения компонентов.
Характеристики слепых и погребённых видов
| Характеристика | Blind Vias | Похороненные Виас |
|---|---|---|
| Соединения слоёв | Соедините один внешний слой (верхний или нижний) с одним или несколькими внутренними слоями | Соединяйте один или несколько внутренних слоёв только с другими внутренними слоями |
| Видимость на поверхности | Видно только на одной поверхности платы | Не видно ни на одной поверхности платы |
| Стадия изготовления | Формируется после частичного или полного ламинирования с использованием контролируемого бурения | Изготовлено во время обработки внутреннего сердечника перед ламинированием внешнего слоя |
| Метод бурения | Лазерное бурение для микровиа или механическое бурение с контролируемой глубиной | Механическое бурение внутренних сердечников |
| Типичный готовый диаметр | 75–150 мкм (3–6 миль) для лазерных микровиев; 200–300 мкм (8–12 мил) для механических слепых ВИАС | Обычно это 250–400 мкм (10–16 мил), аналогично стандартным механическим виа |
| Типичное по глубине | Один диэлектрический слой (≈60–120 мкм) для микровиев; до 2–3 слоёв для механических слепых ВИА | Определяется выбранной парой внутренних слоёв и фиксируется после ламинирования |
| Контроль глубины | Требуется точный контроль глубины для завершения на предполагаемой площадке захвата | Глубина по своей природе определяется толщиной сердечника |
| Требования к регистрации | Высокая точная глубина и регистрация слоев критически важна | Требуется высокоточное выравнивание между слоями |
| Сложность процесса | Увеличивается при нескольких глубинах слепого виа | Увеличивается с каждой дополнительной парой слоёв через зарытие |
| Типичное использование | HDI-стекапы с плотной поверхностной маршрутизацией и компонентами с тонким шагом | Многослойные платы, требующие максимального пространства для маршрутизации внешнего слоя |
Сравнение слепых и погребённых видов
| Сравнение | Похороненные Виас | Blind Vias |
|---|---|---|
| Пространство маршрутизации на внешних слоях | Внешние слои полностью сохранены для маршрутизации и размещения компонентов | Один внешний слой частично занят виа площадками |
| Длина пути сигнала | Короткие внутренние сигнальные пути между внутренними слоями | Короткие вертикальные пути от поверхности к внутренним слоям |
| Через заготовки | Нет сквозных отверстия заголовков | Длина заглушка минимизирована, но всё равно существует |
| Влияние сигнала на высокой скорости | Снижение паразитарных эффектов из-за отсутствия длинных заготовок | Снижение эффектов заготовок по сравнению с VIA через VIAS |
| Поддержка плотности макета | Улучшает плотность маршрутизации внутреннего слоя | Сильная поддержка плотной планировки поверхностей и тонкой наклонной рассветки |
| Механическая экспозиция | Полностью закрыта и защищённая внутри платы | Экспозиция на одном внешнем слое |
| Термическое поведение | Может помочь внутреннему распространению тепла в зависимости от расположения | Ограниченный тепловой вклад по сравнению с зарытыми видами |
| Процесс изготовления | Требуется последовательное ламинирование | Требуется точное бурение с контролем глубины |
| Планирование стек-ап | Необходимо определить на ранних этапах проектирования стек-ап | Более гибкий, но всё равно зависит от накопления |
| Инспекция и переработка | Очень ограниченный доступ к проверке и переработке | Ограниченно, но проще, чем зарытые вии |
| Влияние затрат | Более высокая стоимость из-за дополнительного ламинирования и выравнивания | Умеренный рост затрат; обычно ниже, чем зарытые ВИА |
| Риски надёжности | Высокая надёжность при правильном изготовлении | Малые диаметры и тонкие зазоры обшивки требуют строгого контроля процесса |
| Типичные применения | Платы с большим количеством слоёв, внутренняя маршрутизация с контролируемым сопротивлением | HDI-платы, тонковысотные BGA, компактные поверхности |
Технологии печатных плат, используемые для создания слепых и закопанных вии
Несколько методов изготовления поддерживают эти типы виа, выбираемых по плотности и числу слоев:
• Последовательное ламинирование: поэтапно строится плата для формирования внутренних виа
• Лазерное бурение (микровии): позволяет использовать очень маленькие слепые виа с точным контролем глубины
• Механическое бурение с контролируемой глубиной: используется для крупных слепых или закопанных виа
• Медное покрытие и заполнение: создаёт проводящий ствол и улучшает прочность или плоскость поверхности
• Контроль визуализации и регистрации: поддерживает выравнивание сверлей и колодок в течение нескольких циклов ламинирования
Производственный процесс для слепых и закопанных вии
Процесс изготовления слепых и зарытых вии следует поэтапному методу накопления, при котором различные структуры через формируются в определённых точках последовательности ламинирования. Как показано на рисунке 5, закопанные ВИА создаются полностью внутри внутренних слоёв платы, тогда как слепые виа простираются от внешнего слоя к выбранному внутреннему слою и остаются видимыми только на одной поверхности готовой платы.
Процесс начинается с изображения и травления на внутренних слоях, когда схемы переносятся на отдельные медные фольга и химически травятся для определения маршрутизации каждого внутреннего слоя. Эти травленные медные слои, показанные как внутренние медные следы на рисунке 5, образуют электрическую основу многослойного стека. Когда требуются зарытые виасы, бурение проводится на выбранных внутренних кернах перед добавлением внешних слоёв. Просверленные отверстия, обычно создаваемые механическим сверлением для стандартных закопанных виа, затем покрываются медью для установления электрических соединений между назначенными парами внутренних слоёв.
После завершения зарытых вии травленные внутренние сердечницы и слои препрег-прег складываются и ламинируются под контролируемым нагревом и давлением. Этот этап ламинирования навсегда замыкает зарытые виа внутри платы, что подтверждается оранжевыми вертикальными соединениями, полностью содержащимися внутри внутренних слоёв на рисунке 5. После ламинирования плата переходит от изготовления внутреннего слоя к внешней обработке.
Слепые виа формируются после ламинирования путем сверления от внешней поверхности печатной платы до определённого внутреннего медного слоя. Как показано на рисунке 5, эти виа начинаются в верхнем медном слое и заканчиваются на внутренней площадке захвата. Лазерное бурение обычно применяется для микровиев, тогда как механическое бурение с контролируемой глубиной применяется для больших слепых виа с строгим контролем глубины для предотвращения чрезмерного сверления в нижние слои. Отверстия через отверстия затем металлизируются с помощью безэлектробезмедного осаждения и затем электролитической медной покрытой для создания надёжных электрических соединений между внешним и внутренним слоями.
Для конструкций, использующих сложенные или закрытые глупые виа для поддержки компонентов с мелким шагом, покрытые виа могут быть заполнены проводящими или непроводящими материалами и выравниваться для получения ровной поверхности, подходящей для сборки высокой плотности. Процесс продолжается с изображениями и травлением внешних слоёв, нанесением паяной маски и финальной поверхностной отделкой, такой как ENIG, иммерсионное серебро или HASL. После завершения изготовления печатная плата проходит электрическое тестирование на непрерывность, верификацию импеданса при указании, а также оптическую или рентгеновскую проверку для подтверждения целостности, выравнивания слоя и общего качества производства.
Сравнение слепых и погребённых виас
| Точка сравнения | Blind Vias | Похороненные Виас |
|---|---|---|
| Связи | Внешний слой ↔ один или несколько внутренних слоёв | Внутренний слой ↔ внутреннего слоя |
| Влияние внешнего слоя | Занимает пространство площадки на одном внешнем слое | Оставляет оба внешних слоя полностью доступными |
| Типичная глубина | Обычно охватывает 1–3 слоя | Исправлено между определёнными парами внутренних слоёв |
| Распространённые диаметры | ~75–300 мкм | ~250–400 мкм |
| Метод изготовления | Лазерное бурение или механическое бурение с контролируемой глубиной после ламинирования | Формируется на внутренних сердечниках с помощью последовательного ламинирования |
| Доступ к инспекции | Ограничено одной поверхностной стороной | Очень ограниченно, полностью закрыто |
Применение слепых и погребённых видов
• HDI платы с компонентами с тонким шагом: используются для расширения BGA, QFN и других компактных корпусов, сохраняя пространство для поверхностной маршрутизации.
• Высокоскоростные цифровые соединения: поддерживают плотную маршрутизацию сигнала в процессорах, интерфейсах памяти и платах с большим количеством слоёв без избыточного via stub.
• RF и смешанные сигнальные платы: позволяют компактные макеты и более чистые переходы между слоями в конструкциях, сочетающих аналоговые, радиочастотные и цифровые сигналы.
• Автомобильные управляющие модули: применяются в ЭБУ и системах помощи водителю, где требуются компактные компоновки и многоуровневые соединения.
• Носимые устройства и компактная потребительская электроника: помогают уменьшить размер плат и засорить слои в смартфонах, носимых устройствах и других товарах с ограниченным пространством.
Будущие тенденции для слепых и захороненных виа
Технологии продолжают развиваться по мере увеличения плотности соединений, скорости сигнала и количества слоев в современных проектах печатных плат. Ключевые тенденции включают:
• Меньшие диаметры via и широкое использование микровиев: постоянное уменьшение размера via способствует более компактным шагам компонентов и более высокой плотности маршрутизации в HDI и ультракомпактных платах.
• Улучшенная консистенция брони и заполнения для более прочных виа: Достижения в процессах медного покрытия и виа-заполнения улучшают однородность, поддерживая более глубокие слепые виа и более надёжные сложенные конструкции.
• Усиленная автоматизация DFM для проверок пролета и укладки: инструменты проектирования добавляют больше автоматизированных проверок глущины через слепую вику, лимитов укладки и последовательностей ламинирования на ранних этапах раскладки.
• Современные ламинированные системы для повышения скоростей и термической выносливости: новые материалы с низкими потерями и высокими температурами позволяют глухим и закопленным ВИА надежно работать в более быстрых и термически требовательных условиях.
• Раннее внедрение аддитивных и гибридных межсоединений в нишевых проектах: Отдельные приложения изучают аддитивные, полуаддитивные и гибридные методы формирования для поддержки более тонких геометрий и нетрадиционных стекапов.
Заключение
Слепые и закопанные вии позволяют реализовывать стратегии прокладки, которые невозможны при стандартных сквозных сквозных конструкциях, но также вводят более строгие ограничения на изготовление и планировочные требования. Их ценность заключается в использовании с намерением, сопоставлении по типу, глубине и расположению с реальными потребностями маршрутизации или сигнала. Чёткие решения по накоплению и ранняя координация с производством позволяют контролировать сложность, стоимость и риски.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Когда следует использовать слепые или защищённые виа вместо сквозных виа?
Слепые и затоплённые виа используются при прокладке плотности, мелко-тонких компонентов или засоре слоя, делающих сквозь виа непригодными для использования. Они наиболее эффективны, когда необходимо ограничить длину вертикального соединения без затрат места для маршрутизации на неиспользуемых слоях.
Улучшают ли слепые и затопленные вии целостность сигнала на высоких скоростях?
Это возможно, в основном за счёт сокращения неиспользуемости за счёт заглушек и сокращения вертикальных путей соединения. Это помогает контролировать импеданс и ограничивать отражения в высокоскоростных или радиочастотных сигналах при выборочном применении.
Совместимы ли слепые и затоплённые VIA со стандартными материалами печатных плат?
Да, но материальный выбор важен. Предпочтительнее использовать ламинаты с низкими потерями и стабильные диэлектрические системы, поскольку более плотные виа более чувствительны к тепловому расширению и напряжению пластины, чем стандартные через виа.
Как рано следует планировать слепые и закопанные VIA в проектировании печатной платы?
Они должны быть определены при первоначальном планировании стека, до начала маршрутизации. Поздние изменения часто требуют дополнительных этапов ламинирования или перепроектирования, что увеличивает стоимость, сроки выполнения и риски изготовления.
Можно ли сочетать слепые и зарытые виа с сквозными ВИА на одной плате?
Да, смешанные дизайны распространены. Через ВИА обеспечивают менее плотную маршрутизацию или питание, тогда как слепые и забытые виа предназначены для перегруженных зон, где необходимо контролировать доступ к слоям.
