Alles, was Sie über Techniken für das PCB-Design mit Microvia-PCBs wissen müssen

Erstellt: May 23, 2017
Aktualisiert am: February 4, 2021
Lady Gaga

Quelle: Everett Collection / Shutterstock

Haben Sie schon einmal das Gefühl gehabt, Sie wären beim Thema Popkultur etwas hinter dem Mond? Ich habe erst vor Kurzem von Lady Gaga gehört, die vor ein paar Jahren mal ganz groß gewesen sein muss. Ich bin sogar ein bisschen froh, dass ich zu spät zu dieser Party kam. Jetzt kann ich ihre Musik hören, ohne sie in einem Kleid ganz aus Fleisch sehen zu müssen. Ihnen ist vielleicht gleichgültig, worin sich die Stars aktuell kleiden, aber es gibt durchaus Trends, auf die Sie ein Auge haben sollten. Einer der vielversprechendsten Newcomer der PCB-Design-Welt ist die Mikro-Durchkontaktierung und ich möchte Sie hier daran erinnern, was sie ist und was sie kann. Dazu gehören weder Singen noch Tanzen, aber sie sparen definitiv Platinenplatz und reduzieren die elektromagnetischen Störungen ganz dramatisch.

Was sind Microvias? 

Den neuen Song von Lil Yatchy haben Sie im Büro vielleicht noch nicht gehört, aber Mikro-Durchkontaktierungen sind Ihnen sicher zumindest ein Begriff. Lassen Sie mich Ihr Wissen noch ein wenig auffrischen.

Ein Microvia ist logischerweise eine kleinere Durchkontaktierung, aber wie klein ist sie genau? Die meisten Definitionen nennen einen Durchmesser von weniger als 150 µm. Diese winzigen Löcher werden per Laser gebohrt, und die Technologie wird ständig verbessert. Neue Fortschritte bei den Laserbohrtechniken können die Größe auf bis zu 15 µm reduzieren. Zwar können die Laser aktuell nur durch Einzelschichten bohren, allerdings lassen sich durchgängige Mikro-Durchkontaktierungen durch Einzelbohrungen in mehreren Lagen, die dann gestapelt werden, realisieren.

Das Risiko von Produktionsdefekten wesentlich geringer als bei normalen Durchkontaktierungen. Das liegt daran, dass beim Laserbohren keine Materialreste in den Bohrlöchern verbleiben. Allerdings gibt es, wie bei normalen Durchkontaktierungen auch, Gefahren durch Rückflüsse beim Beschichten und Löten. Deshalb sollten Sie das Überspannen oder Füllen mit Ihrem Hersteller besprechen. 

Jetzt wissen Sie, was Microvias sind. Wie können Sie aber von ihnen profitieren?

red laser

Red laser

Platzvorteile von Microvias

Sie werden sich wahrscheinlich nie eine teure Hollywood-Villa zulegen, aber Sie müssen sich trotzdem Gedanken über teure Immobilien machen. Leiterplattenfläche ist gleich Geld und diese Art von Kontaktierungen helfen Ihnen, Ihre Kosten zu senken. Die geringe Größe der Microvias spart gegenüber normalen Durchkontaktierungen natürlich ein wenig Platz. Mit ihnen nutzen Sie auch Via-in-Pads (VIPs) effektiver. Außerdem lassen sie sich leichter vergraben und erleichtern das High-Density-Interconnect-Design (HDI).

VIPs sind ja normalerweise die Stars jeder Show. Bei PCBs bleiben sie jedoch meist verborgen. VIPs sparen Platz bei der Herstellung von Verbindungen in den Pads oberflächenmontierter Technologien (SMTs). Sie sind aufgrund Ihres kleinen Formats besonders für VIPs geeignet. Manchmal sind normale Durchkontaktierungen zu groß, um in die Pads für SMTs wie Ball Grid Arrays mit kleinen Anschlussabständen zu passen. Microvias hingegen passen ins Pad, ohne dabei Herstellungsprobleme zu verursachen.

Sie zögern vielleicht, viele vergrabene Durchkontaktierungen und Sacklochbohrungen in Ihren Designs zu verwenden. Konventionelle Sacklochbohrungen und vergrabene Durchkontaktierungen sparen Platz, sind aber schwierig herzustellen. Weil Mikro-Durchkontaktierungen aber bereits für jede Lage einzeln angefertigt werden, lassen sich mit ihnen auf perfekte Weise vergrabene Durchkontaktierungen und Sacklochbohrungen herstellen. Sie sind auch einfach kleiner als traditionelle Durchkontaktierungen, wodurch Ihre Platine noch kleiner wird.

Es gibt einige besonders passende Einsatzgebiete, zum Beispiel in BGA-Breakouts. Wie bereits erwähnt, passen Mikro-Durchkontaktierungen-VIPs auch in die Pads von BGAs mit kleinstem Anschlussraster und machen den Breakout zum Kinderspiel. Selbst wenn Sie VIPs zum Sparen von Fläche einsetzen, brauchen Sie noch eine Menge Lagen, um die Ausgänge an eine andere Stelle der Platine zu bringen. Mit Microvias verbreitern Sie den Pfad zum Herausführen und verringern so möglicherweise die Zahl der nötigen Lagen zum Breakout eines BGA.

nerdy guy in plaid shirt listening to headphones
Wir können keine bessere Musik machen. Aber wir können das Rauschen reduzieren.

EMI-Vorteile 

Mir gefällt einiges an dieser neuen Pop-Musik, aber vieles klingt eben auch wie furchtbarer Lärm. Ich mag lärmige Musik genauso wenig wie Lärm in meinen Schaltkreisen. Microvias können das Übersteuern in unseren Audio-Schaltkreisen minimieren. An der Musik selbst ändern sie leider nichts. Sie sind perfekt für Schaltungen geeignet, die anfällig für elektromagnetische Störeinstrahlungen sind, zum Beispiel in Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzanwendungen.

Wenn Sie nicht aufpassen, senden Ihre digitalen Hochgeschwindigkeits-Schaltungen so viel Lärm aus wie ein Pop-Radiosender. Eines der großen Probleme mit Hochgeschwindigkeits-Schaltungen ist die Signalabstrahlung und -reflexion in Durchkontaktierungen, die großartige Antennen für diese störenden Signale abgeben. Am besten lässt sich die Antennenleistung durch Reduktion der Antennengröße minimieren. Mikro- statt konventioneller Durchkontaktierungen reduzieren die Signalabstrahlung mithilfe simpler Geometrie. Durchkontaktierungs-Stichleitungen sind ein erhebliches Problem für Hochgeschwindigkeits-Schaltungen. Stichleitungen reflektieren Signale in Ihre Leiter zurück, wodurch das ursprüngliche Signal abgeschwächt oder sogar ganz ausgelöscht wird. Weil Mikro-Durchkontaktierungen lagenweise hergestellt werden, gibt es nur die Stichleitungen, die Sie selbst explizit legen (wovon wir abraten). 

Eine tolle Anwendungsmöglichkeit sind Hochfrequenz-Wellenleitungen. Nehmen wir zum Beispiel Streifenleiter für Mikro- und Millimeterwellen. Sie sind im Dielektrikum der Platinen angelegt und benötigen Durchkontaktierungen zur Abgabe von Signalen. Große, herkömmliche Durchkontaktierungen erzeugen zu viele übermäßig starke elektromagnetische Interferenzen, als dass sie bei Hochfrequenz-Streifenleitern nützlich sein könnten. Microvias dagegen sind hier perfekt, weil sie nicht so viel EMI abstrahlen und die Signalintegrität nicht mit übermäßigen Reflexionen stören.

Hochfrequenz-Schaltkreise werden immer häufiger, und wir werden in Zukunft noch viel mehr von ihnen designen. Es wird Zeit, Mikro-Durchkontaktierungen zu beherrschen und so die EMI auf Platinen dieser Art unter Kontrolle zu bringen.

Ich habe nicht die Zeit, Sie in Sachen Popstars auf dem Laufenden zu halten. Aber ich hoffe, dass Sie hinsichtlich dieser Thematik auf dem neuesten Stand sind. Diese winzigen, lasergebohrten Löcher verändern die Landschaft des PCB-Designs. Mit Ihnen reduzieren Sie die EMI auf Ihren Platinen ebenso einfach wie die Fläche. 

Jetzt brauchen Sie nur noch eine PCB-Design-Software, die sich ebenso gut damit auskennt. Altium Designer kann Ihnen helfen, Ihre anspruchsvolleren Platinen mit Microvias und einer breiten Palette weiterer Tools aufzuwerten.

Haben Sie noch mehr Fragen zu Mikro-Durchkontaktierungen? Rufen Sie einen Experten bei Altium an.

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