Was ist ein PCB Via? Ein ultimativer Leitfaden

Einführung

In der Welt des Ingenieurwesens, insbesondere bei der Planung und Herstellungsverfahren für mehrlagige Leiterplatten (PCBs)ist der Begriff "Via" weit verbreitet und unverzichtbar geworden. Ein Via, ein lateinisches Wort, das "Weg" bedeutet, ist ein wesentlicher Bestandteil der Funktionalität von Leiterplatten. Insbesondere bildet es den Pfad, der die Übertragung von elektrischen Signalen von einer Schicht der Leiterplatte zu einer anderen ermöglicht. 

Für Uneingeweihte mag der Begriff jedoch unklar bleiben. Es bleibt die Frage offen, was genau ein Via im Rahmen von mehrlagigen Leiterplatten bedeutet und wie es in Designs eingesetzt wird.

In diesem Artikel wollen wir die Komplexität von Leiterplatten-Durchkontaktierungen enträtseln. Wir werden die Schichten des technischen Jargons abtragen und darüber nachdenken, was sie sind, ihre Funktionen und die verschiedenen verfügbaren Typen.

 

Was ist eine Via?

Was ist ein Via

Ein Via ist ein kleines gebohrtes Loch, das durch zwei oder mehr benachbarte Lagen verläuft und die Übertragung von Signalen und Strom zwischen diesen Lagen ermöglicht. Da die Schaltungen zwischen den Lagen einer mehrlagigen Leiterplatte unabhängig sind, sind Durchkontaktierungen für die Herstellung von Verbindungen zwischen den Lagen unerlässlich.

Durchkontaktierungen werden je nach ihrer Funktion in drei Typen eingeteilt: Blind Via, Buried Via und Through-Hole Via.

 

Arten von Durchkontaktierungen

Arten von PCB-Vias

Blind Via

Ein "blindes Durchgangsloch" im Zusammenhang mit dem Design von Leiterplatten (PCB) ist ein kleines Loch, das an einer Oberfläche der Leiterplatte - entweder oben oder unten - beginnt, aber nicht bis zur anderen Seite durchgeht. Stattdessen stellt es nur eine Verbindung zu einer oder mehreren Schichten im Inneren der Leiterplatte her. Infolgedessen können Sie ein Blind Via nur von einer Seite der Leiterplatte aus sehen und darauf zugreifen, da es nicht die gesamte Leiterplatte durchdringt.

Bei der Gestaltung von Leiterplatten haben Blind Vias einen einzigartigen und vorteilhaften Nutzen. Einer ihrer Hauptvorteile ist, dass sie zusätzlichen Platz auf der Leiterplatte schaffen, da sie nicht alle Lagen durchqueren. Dies kann bei kompakten Designs, bei denen der Platz knapp ist, entscheidend sein. Aus diesem Grund werden sie häufig in sehr dichten Schaltkreisen wie BGA- (Ball Grid Array) und HDI- (High-Density Interconnect) Leiterplatten eingesetzt, wo sie zu einem kompakteren und effizienteren Layout beitragen.

 

Begraben über

Eine "vergrabene Durchkontaktierung" ist eine besondere Art von Durchkontaktierung, die beim Design von Leiterplatten (PCB) verwendet wird. Im Gegensatz zu anderen Durchkontaktierungen reicht es nicht bis zur Ober- oder Unterseite. Stattdessen verbindet es mindestens zwei innere Lagen der Leiterplatte miteinander, so dass es von der äußeren Lage aus nicht sichtbar ist. Durch diese nach innen gerichtete Verbindung sind vergrabene Durchkontaktierungen bei der Betrachtung der Leiterplatte von außen völlig unsichtbar.

Vergrabene Durchkontaktierungen spielen eine zentrale Rolle, da sie die Verbindung von Signalen innerhalb der inneren Lagen einer Leiterplatte erleichtern. Dieses Design kann zu einer Verringerung der Signalinterferenzen führen und dadurch die Gesamtfunktionalität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessern. Da sie die Signalintegrität verbessern und ein kompakteres Layout ermöglichen, sind vergrabene Durchkontaktierungen besonders bei High-Density-Interconnect-Leiterplatten (HDI) von Vorteil. 

Bei solch dichten Leiterplattendesigns, bei denen Platz gespart und eine hohe Leistung beibehalten werden muss, ist die Anwendung von vergrabenen Durchkontaktierungen beispielhaft.

 

Durchgangsbohrung über

Das "Through-Hole-Via" ist die am häufigsten verwendete Durchkontaktierung bei der Herstellung von Leiterplatten (PCB). Es schafft eine Verbindung zwischen den inneren und äußeren Lagen der Leiterplatte. Im Gegensatz zu anderen Durchkontaktierungen wie Blind- und Buried-Vias durchdringt ein Through-hole-Via die gesamte Leiterplatte. Dies ist der Grund für seinen Namen - es schafft buchstäblich ein "Durchgangsloch".

Durchgangslöcher haben bei der Herstellung von Leiterplatten eine Reihe von wichtigen Funktionen. In erster Linie dienen sie als Kanäle für interne Verbindungen innerhalb der Leiterplatte, so dass elektrische Signale und Strom ungehindert von einer Schicht zur anderen fließen können. 

Darüber hinaus können diese Durchkontaktierungen auch als Befestigungslöcher für verschiedene Komponenten auf der Leiterplatte genutzt werden. Diese Doppelfunktionalität trägt dazu bei, dass sie bei der Entwicklung und Herstellung von Leiterplatten allgemein weit verbreitet sind.

 

Über Deckungsprozesse

Es gibt drei Hauptmethoden für die Abdeckung von Durchkontaktierungen: Tenting Vias, nicht abgedeckte Vias und mit Lötmaske verschlossene Vias.

 

Zelte Vias

Durchkontaktierungen

Das "Tenting vias" ist eine Technik, die beim Design von Leiterplatten (PCB) verwendet wird, um die Durchkontaktierungen zu isolieren und zu schützen. Dabei wird der Ring (das sichtbare Segment der Durchkontaktierung, das das Loch umgibt) mit einer speziellen Substanz, der so genannten Lötmaske, abgedeckt. Diese Lötmaske fungiert als isolierende Barriere, die unerwünschte elektrische Verbindungen verhindert.

Für eine wirksame Abschirmung von Durchkontaktierungen müssen jedoch bestimmte Faktoren berücksichtigt werden. Erstens ist es wichtig, dass der ringförmige Ring vollständig von der Lötstoppmaske umschlossen wird. Bei einer teilweisen Umhüllung könnten leitende Teile der Durchkontaktierung freiliegen, wodurch die Gefahr eines unbeabsichtigten elektrischen Kontakts besteht. 

Darüber hinaus ist auch die Dicke der aufgebrachten Lötmaske von Bedeutung. Wenn sie zu dünn ist, bietet sie möglicherweise keine ausreichende Isolierung und ebnet den Weg für mögliche Kurzschlüsse. Daher muss eine gründliche und ausreichend dicke Lötstoppmaske aufgetragen werden, um Durchgangslöcher wirksam zu isolieren und die Schaltung zu schützen.

 

Nicht abgedeckte Vias

Nicht abgedeckte Vias

Wenn Sie sich für "nicht abgedeckte Durchkontaktierungen" als Designansatz für Ihre Leiterplatte entscheiden, bedeutet dies, dass Sie sowohl das Loch der Durchkontaktierung als auch den sie umgebenden Ring, auch Ring genannt, offen lassen. Sie haben keine Lötstoppmaskenschicht, die normalerweise als Isolator dient. Durch das Fehlen der Lötstoppmaske bleiben die Durchkontaktierungen offen und blank.

Diese Design-Entscheidung mag zwar ungewöhnlich erscheinen, hat aber ihren ganz eigenen Zweck. Unbedeckte Durchkontaktierungen werden häufig in Fällen eingesetzt, in denen Messsignale zur Fehlersuche benötigt werden, da sie einen leichteren Zugang und eine einfachere Prüfung ermöglichen. Außerdem können die freiliegenden Durchkontaktierungen ohne die isolierende Lötmaskenbeschichtung zu einer verbesserten Wärmeableitung beitragen, da sie mehr Oberfläche bieten. 

Dies kann ein Segen für Schaltungen sein, die viel Wärme erzeugen. Trotz dieser Vorteile darf nicht vergessen werden, dass unbedeckte Durchkontaktierungen ein höheres Risiko für unbeabsichtigte elektrische Verbindungen oder Kurzschlüsse bergen, da das freiliegende Metall mit unbeabsichtigten leitenden Materialien in Kontakt kommen könnte.

 

Gestopfte Vias mit Lötstoppmaske

Gestopfte Vias mit Lötstoppmaske

Die Verwendung von "verschlossenen Durchgangslöchern mit Lötmaske" ist eine weitere Technik im Leiterplattendesign, die erhebliche Vorteile bietet. Bei diesem Verfahren werden die Durchgangslöcher mit einer Art Lötmaske gefüllt, die sie im Wesentlichen "verstopft" oder versiegelt. Diese Designentscheidung soll die Sicherheit und Effizienz der Leiterplatte während der Herstellungs- und Betriebsphase verbessern.

Der Hauptgrund für das Anbringen von Lötstoppmasken an Durchgangslöchern besteht darin, die Bildung so genannter Lotkugeln zu verhindern. Dabei handelt es sich um winzige Lötkügelchen, die beim Wellenlötverfahren, einer gängigen Methode zur Befestigung von Bauteilen auf der Leiterplatte, Kurzschlüsse verursachen können. Darüber hinaus hilft das Verschließen von Durchgangslöchern mit einer Lötstoppmaske, Flussmittelrückstände im Durchgangsloch zu beseitigen, die zu anderen Herstellungs- und Leistungsproblemen führen können. 

Dieser Ansatz ist bei der Entwicklung von Leiterplatten mit Ball Grid Array (BGA) oder integrierten Schaltkreisen (IC) aufgrund der Komplexität und Präzision, die diese Arten von Komponenten erfordern, in der Regel eine Notwendigkeit. Durch die effektive Versiegelung von Durchkontaktierungen mit einer Lötmaske können die Designer eine reibungslosere und sicherere Montage und den Betrieb von Leiterplatten mit hoher Dichte gewährleisten.

 

Schlussfolgerung

Im Gegensatz zu Durchkontaktierungen sind Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen nur auf Leiterplatten mit mindestens vier Lagen möglich. Die Verwendung von Blind- oder vergrabenen Durchkontaktierungen ist eine effektive Möglichkeit, die Dichte von mehrlagigen Leiterplatten zu erhöhen, die Anzahl der Lagen zu verringern und die Abmessungen der Leiterplatte zu minimieren. Durchkontaktierungen sind jedoch einfacher und billiger herzustellen und werden daher häufiger in Leiterplattendesigns verwendet. Sie können sich jederzeit an PCBGrube für Hilfe.

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