Wie blinde, vergrabene und Durchgangsbohrungen Ihre PCB-Entwürfe beeinflussen können

Als Kind war ich besessen von allem, was mit Super Mario zu tun hatte, aber ehrlich gesagt, wer war das nicht. Speziell hatte es mir die Super Nintendo, die alte Schule-Version, angetan. Von Plattform zu Plattform springen, pixelige Schildkrötenpanzer werfen, Prinzessinnen retten… was für ein Leben. Eines der besten, wenn auch seltsamsten, Spiele, zweifellos, war es, in diese kleinen grünen Röhren ein- und auszusteigen, die scheinbar überall waren. Wer hat sie gemacht? Warum waren sie überhaupt da?

Seltsamerweise, und fast eine ganze Kindheit später, fand ich mich vor einer Leiterplatte wieder und stellte mir genau dieselben Fragen. Ein kleines Loch, das scheinbar ins Nirgendwo führte, war buchstäblich überall auf der Massefläche und der Lötmaske verstreut. Hier kommen blinde, vergrabene und Durchgangsbohrungen ins Spiel.

Während wir unseren Weg fortsetzen, über die Tatsache zu diskutieren, dass die Welt unser Design in immer kleinere Räume drängt (gleiche Geschichte, anderer Tag), lernen wir weiterhin von neuen und aufregenden technologischen und fertigungstechnischen Fortschritten, die es uns ermöglichen, diesen weltlichen Anforderungen gerecht zu werden. Von mehrlagigen Platinen (hohe Lagenanzahl) Stapelung bis hin zu Änderungen in den Formfaktoren, werden wir die Grenzen weiter verschieben, indem wir blinde und vergrabene Vias sowie Durchgangsbohrungen einführen.

Blind- und Buried-Vias: Ein Vorteil oder ein vergifteter Pilz?

Es war doch halb so spannend, herauszufinden, wohin jeder grüne Schlauch führte, ohne zu wissen, in welchem geheimen Raum man enden würde, oder? Keine Sorge, obwohl es bei Super Mario darum ging, von grünem Schlauch zu grünem Schlauch zu raten, sollte das Design Ihres HDI-PCBs (hoffentlich) genau das Gegenteil sein. Wir sollten genau wissen, warum und wo Sie Löcher überall auf Ihrem PCB platzieren, ohne in einem dicken Strategiebuch nachschlagen zu müssen.

Vias sind Löcher, die durch die Leiterbahnen einer PCB-Schicht gebohrt werden, mit dem einzigen Zweck, eine Verbindung zu einer anderen Leiterbahn auf einer anderen Schicht herzustellen. Sie sind oft in mehrschichtigen PCBs vorhanden, bei denen jede Schicht auf die eine oder andere Weise verbunden werden muss.

Es gibt drei verschiedene Arten von Vias, die in jede mehrschichtige Leiterplatte integriert werden können (Blind- und Buried-Vias sowie Durchkontaktierungen):

• Blind-Vias: Sie verbinden eine äußere Schicht der Leiterplatte mit einer inneren Schicht des PCBs, gehen aber nicht weiter. Wenn wir also ein vierlagiges PCB haben, werden die ersten beiden Schichten Löcher durch die Leiterbahnen gebohrt haben, aber nicht die dritte oder vierte.
• Vergrabene Vias: Diese verbinden zwei oder mehr innere Schichten miteinander. Auch in unserem vierlagigen PCB werden die zweite und dritte Schicht gebohrt und verbunden, während die äußeren Schichten, die erste und vierte, keine Löcher aufweisen und einfach wie ein leerer Fleck auf der Platine aussehen.​
• Durchkontaktierungen: Wie Sie nun vielleicht entschlüsselt haben, werden diese buchstäblich ‘durch’ die gesamte Platine gebohrt und verbinden die äußere erste und vierte Schicht miteinander (oder andere Kombinationen, die die vier Schichten verbinden).

Ein richtiges Verständnis von Vias fördert Ihr Designwachstum

Obwohl es für die übergeordnete Mission, die Prinzessin zu retten, scheinbar unbedeutend war und es keinen anderen Nutzen für diese grünen Röhren zu geben schien, als dass es oh so befriedigend war, hinein- und herauszuspringen, spielen Vias andererseits eine entscheidende Rolle in mehrschichtigen PCBs.

Häufig, und wieder in dieser Zeit, in der kleiner besser ist, stehen wir vor der Aufgabe, so viel Platz wie möglich zu sparen. Mit Vias können wir theoretisch den ganzen platzraubenden Trace-Verlauf auf der obersten Schicht (wo auch all unsere Komponenten sitzen) umgehen und alles Notwendige innerhalb unserer zweiten, dritten oder sogar vierten Schicht verlegen. Dies kann ein Segen für einige Designer sein, die nach Techniken suchen, um Platz zu sparen.

Ein weiterer Vorteil, den Sie erhalten, wenn Sie blinde, vergrabene oder Durchgangs-Vias in Ihr Board einbauen, ist eine verringerte parasitäre Kapazität zwischen den Leiterbahnen, die andernfalls Ihr Design ruinieren könnte. Diese verringerte parasitäre Kapazität ist auf die realisierten Verbesserungen bei der Verkürzung von Trace-Leads zurückzuführen. Obwohl dies nicht unbedingt der Hauptgrund ist, werden Sie sicherlich von der Hinzufügung von Vias zum Design profitieren, wenn es richtig entworfen ist.

Andere Überlegungen vor der Anwendung von Vias

Obwohl Sie vielleicht aus Ihrem Sitz springen und suchen, wo Sie unterschreiben können, halten Sie die Pferde, denn es gibt einige Nachteile bei der Einbeziehung von Vias in Ihr Design (warum muss es immer Nachteile geben?!).

Vias und mehrlagige Platinen gehören zusammen, und wenn man etwas mit mehr als einer Platine macht, müssen Kostenüberlegungen eine Rolle spielen. Dies beinhaltet das Bohren der Vialöcher durch nicht nur eine, sondern zwei, drei, sogar vier Platinen an genau derselben Stelle. Wenn es auch nur geringfügige Toleranzfehler im Bohr- und Stapelprozess gibt, kann die Platine ebenso gut Müll sein.

Um dies zu vermeiden, müssen Hersteller ihre Maschinen und Toleranzen auf Bruchteile von Millimetern genau einstellen, was natürlich erhebliche Kosten für den Herstellungs- und Montageprozess verursachen wird. Wie immer sollten Sie sicherstellen, dass Sie Ihre(n) Hersteller so früh wie möglich kontaktieren, um deren Grenzen und Fähigkeiten zu erfahren, bevor Sie sich zu weit in das Via-Kaninchenloch (oder den grünen Schlauch, je nachdem, was Sie bevorzugen) begeben.

Sind Vias das Richtige für Ihr Design?

Diese Weiterentwicklung im PCB-Design ist zwar nicht bahnbrechend oder Raketenwissenschaft, aber eine sorgfältige Überlegung sollte angestellt werden, wenn Sie diesen Weg einschlagen möchten. Die Komplexität, die sie hinzufügen können, die Kosten und die allgemeinen Implementierungsherausforderungen könnten einige dazu bringen, die Flucht zu ergreifen. Wenn sie jedoch richtig implementiert werden, werden Sie einen unermesslichen Raumgewinn, eine verringerte parasitäre Kapazität und insgesamt eine genial aussehende, von Super Mario inspirierte Platine ernten.

Mit einem neuen Verständnis dafür, was Vias sind, wie sie in Designs helfen können und welche natürlichen Nachteile sie haben, haben Sie entschieden, ob sie für Sie richtig sein könnten? Wenn nicht, gibt es immer etwas, das für Sie richtig sein wird: leistungsstarke PCB-Designsoftware. Ihre Designmethodik sollte so flüssig sein, wie sich Super Mario Odyssey im Vergleich zu Super Mario World anfühlt, und Altium Designer^® kann Sie mit einer intuitiven, einheitlichen Designumgebung voranbringen.

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