Mit der Weiterentwicklung der Elektronik steigt der Bedarf an kompakteren und leistungsfähigeren Leiterplatten. Dies führt zu wichtigen Innovationen bei Design und Fertigung von Leiterplatten. Zu den wichtigsten Innovationen in der Leiterplattenfertigung zählen Blind- und Buried Vias. Diese ermöglichen eine verbesserte Interkonnektivität in Mehrschichtplatten, machen Leiterplatten kompakter und bieten mehr Funktionalität.

Diese Eigenschaften sind bei der Herstellung von HDI-Leiterplatten sehr wichtig, da diese Leiterplatten als Grundlage für viele Technologien dienen, die in der Telekommunikation, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik eingesetzt werden.

Lassen Sie uns in diesen Artikel eintauchen und verstehen, wie wichtig diese Durchkontaktierungen für die Weiterentwicklung von Leiterplatten sind und wie sie zum Erfolg moderner elektronischer Systeme beitragen können.

Was sind Blind Vias?

Blind Vias sind ein Typ, der Leiterplattenlagen miteinander verbindet und gleichzeitig die Kompaktheit und Funktionalität der Leiterplatte gewährleistet. Sie sind ein wichtiges Verfahren bei der Entwicklung und Herstellung von Multilayer-Leiterplatten. Ein Blind Via kann die äußere Lage des Multilayers mit mindestens einer inneren Lage verbinden, ohne die gesamte Leiterplattendicke zu durchdringen. Dieses Merkmal unterscheidet es von anderen Typen wie Durchgangslöchern und vergrabenen Vias, die im Gegensatz zu Blind Vias nur die innere Lage verbinden.

Blind Vias sind in HDI-Leiterplatten unerlässlich. Kompaktheit ist ein wichtiger Faktor für die Weiterentwicklung der Elektronik. Nur wenn Leiterplatten kompakt sind, ist auch das Endprodukt kompakt. Blind Vias spielen daher eine wichtige Rolle bei der Kompaktheit und hohen Leistung von Leiterplatten.

Selbst komplexere Schaltungslayouts und die Miniaturisierung elektronischer Geräte lassen sich durch den Einsatz von Blind Vias ohne Beeinträchtigung ihrer Leistung oder Zuverlässigkeit realisieren. Werfen wir nun einen Blick auf die Hauptmerkmale, die Vorteile und auch einige Nachteile von Leiterplatten, um die Bedeutung dieser Technologie für mehrschichtige Leiterplatten zu verdeutlichen.

Hauptmerkmale einer Blind Via

Blind Vias verfügen über einige wichtige Eigenschaften, die ihre Unverzichtbarkeit für moderne Leiterplatten gewährleisten:

●      TeiltiefenbohrungenBlind Vias durchdringen die Leiterplatte nicht vollständig, sondern verbinden eine der äußeren Leiterplattenlagen mit mehreren inneren Lagen, die innerhalb der Leiterplattenstruktur enden können. Die Tiefe dieser Vias wird an die jeweiligen Lagen angepasst, die sie verbinden.

●      Kleinere Durchmesser: Der Durchmesser von Blind Vias beträgt meist weniger als 0.15 mm, was recht klein ist. Dadurch eignen sie sich für kompakte HDI-Layouts mit höherer Dichte. Dies spielt eine wichtige Rolle bei der Kompaktheit von Leiterplatten.

●      Fortgeschrittene Bohrtechniken: Für Sacklöcher sollten Bohrverfahren wie Laserbohren oder mechanisches Bohren verwendet werden. Laserbohren bietet eine präzise Methode zum Bohren von Durchkontaktierungen mit kleinem Durchmesser, ohne das umliegende Material zu beschädigen, und ist daher besonders empfehlenswert. 

●      Schichtspezifische Konnektivität: Blind Via bietet spezielle Schichtverbindungen, die die Wahrscheinlichkeit von Signalstummeln verringern, was die elektrische Leistung in Hochfrequenzschaltungen verbessert.

Vorteile von Blind Vias

Hier sind einige Vorteile, die Blind Vias beim PCB-Design bieten:

●      Raumoptimierung: Blind Vias ermöglichen platzsparendes Design auf Multilayer-Leiterplatten, was in der modernen Elektronik wichtig ist. Dieser Platz kann genutzt werden, um mehr Komponenten unterzubringen oder die Leiterplatte selbst kompakter zu gestalten. Leiterplatten mit Blind Vias eignen sich für kompakte Geräte wie Smartphones und Wearables.

●      Verbesserte Signalintegrität: Da Bling Vias unnötige Via-Stummel vermeiden, verhindern sie Signalreflexionen und verbessern so die Leistung von Hochfrequenzschaltungen. Daher eignet sich dieses Werkzeug für Anwendungen, die eine schnellere Signalübertragung erfordern, wie etwa in der Telekommunikation und Datenverarbeitung.

●      Unterstützung der HDI-Technologie: Da ihr Design kompakte Layouts unterstützt, eignen sich Blind Vias ideal für HDI-Leiterplatten. Sie ermöglichen die Aufnahme von Mehrschichtplatinen mit hoher Bauteildichte.

Nachteile der Verwendung einer Blind Via

Obwohl Blind Vias einige große Vorteile bieten, gibt es auch einige Nachteile und Probleme:

●      Höhere Herstellungskosten: Aufgrund der Anforderungen moderner Bohrtechniken wie Laserbohren und sequentieller Laminierung, die teurer sind als herkömmliche Durchkontaktierungen, sind die Herstellungskosten für Blindvias deutlich höher.

●      Komplexer Herstellungsprozess: Bei Blind Vias sind teilweise Bohrungen erforderlich und eine genaue Ausrichtung der Schichten ist erforderlich. Dies kann die Komplexität der Herstellung erhöhen und die Produktionszeit sowie das Fehlerrisiko erhöhen.

●      Zuverlässigkeitsprobleme: Eine schlechte Herstellung von Blind Vias kann zu Defekten wie Hohlräumen, fehlender Beschichtung oder thermischen Spannungsrissen führen, die die elektrische und mechanische Integrität einer Leiterplatte beeinträchtigen können.

●      Designbeschränkungen: Obwohl Blind Vias eine große Designflexibilität ermöglichen, unterliegen Designs dennoch streng an bestimmte Designregeln, wie z. B. Mindestgröße und Seitenverhältnis der Vias, was sich manchmal auf die Herstellbarkeit oder Leistung auswirken kann.

Was sind vergrabene Vias?

Buried Vias sind eine spezielle Art von Vias, die in mehrlagigen Leiterplatten verwendet werden, um zwei oder mehr Innenlagen zu verbinden, ohne die Außenflächen der Leiterplatte zu berühren. Solche Vias sind in die Leiterplattenstruktur eingebettet und daher nicht sichtbar. Buried Vias werden in modernen Leiterplattendesigns, insbesondere in HDI-Leiterplatten, unverzichtbar, da Platzbeschränkungen und Leistungsanforderungen eine bessere Konnektivität zwischen den Lagen erfordern.

Buried Vias sind entscheidend für die Entwicklung kompakter, zuverlässiger und leistungsstarker elektronischer Systeme. Sie ermöglichen interne Verbindungen und lassen die Oberflächenschichten für die Platzierung und das Routing von Komponenten frei. So maximieren sie die Funktionalität und Dichte moderner Leiterplatten. Wir betrachten ihre wichtigsten Merkmale sowie ihre Vor- und Nachteile im Detail.

Hauptmerkmale von Buried Vias

Zu den Unterscheidungsmerkmalen von Buried Vias im Vergleich zu anderen Vias gehören eine Reihe:

●      Interne Layer-Verbindung: Vergrabene Vias verbinden nur die inneren Lagen. Tatsächlich reichen beim Aufbau der Platine während der Laminierung vollständig geschlossene Strukturen nicht bis zu den äußersten Lagen.

●      Fortschrittliche Fertigungstechniken: Bei vergrabenen Durchkontaktierungen wird das Verfahren der sukzessiven Laminierung verwendet. Dabei werden die inneren Schichten hergestellt und anschließend auf die Platine laminiert, bevor die Durchkontaktierungen gebohrt werden. Dies ermöglicht eine präzise Ausrichtung unter Beibehaltung einer starken Verbindung.

●      Layerspezifische Funktionalität: Manchmal verbinden Blind Vias bestimmte interne Schichten. Dies ermöglicht dem Designer, einen isolierten Signalpfad oder eine isolierte Stromversorgungsebene zu erstellen, ohne die Oberflächenschichten zu beeinträchtigen.

●      Miniaturisierung: Da vergrabene Durchkontaktierungen in der Regel einen kleinen Durchmesser haben, sind sie in komplexen Anwendungen mit hoher Dichte einfacher zu verwenden. Sie tragen zu kompakten und effektiven PCB-Layouts bei, insbesondere bei Geräten wie Smartphones, medizinischen Geräten und Automobilelektronik.

All diese Eigenschaften machen vergrabene Durchkontaktierungen für Designer unersetzlich, die mit komplexen Leiterplattenprojekten und begrenztem Platz zu kämpfen haben.

Vorteile der Verwendung von vergrabenen Vias

Die Integration vergrabener Vias in das PCB-Design bietet mehrere Vorteile, die Leistung, Funktionalität und Designeffizienz verbessern:

●      Raumoptimierung: Da vergrabene Durchkontaktierungen nur die inneren Lagen verbinden, wird die Oberfläche frei. Dies ermöglicht eine bessere Verlegung von Leiterbahnen und die Montage von Komponenten auf äußeren Lagen, was bei kompakten Geräten von großer Bedeutung ist.

●      Verbesserte Signalintegrität: Die vergrabene Durchkontaktierung unterstützt die Signalisolierung innerhalb der Leiterplatte und reduziert Übersprechen und elektromagnetische Störungen. Dies ist sehr wichtig bei Hochfrequenzdesigns, bei denen die Signalintegrität nicht beeinträchtigt werden darf.

●      Verbesserte Layer-Auslastung: Vergrabene Durchkontaktierungen ermöglichen eine bessere Nutzung interner Schichten, sodass Designer dedizierte Stromversorgungsebenen, Masseschichten oder Signalpfade erstellen können, ohne das Oberflächenlayout zu beeinträchtigen.

●      Unterstützung für HDI-TechnologieBuried Vias bieten eine hohe Kompatibilität mit HDI-Leiterplatten, die in komplexen elektronischen Systemen weit verbreitet sind. Ihre Fähigkeit, Verbindungen zwischen den Schichten herzustellen und gleichzeitig die Kompaktheit der Leiterplatte zu gewährleisten, macht sie ideal für Anwendungen mit hoher Dichte.

●      Mechanische Festigkeit: Da vergrabene Durchkontaktierungen vollständig in der Leiterplatte vergraben sind, verbessern sie die mechanische Stabilität der Platine, wodurch das Risiko einer Beschädigung während der Montage oder des Betriebs verringert wird.

Nachteile der Verwendung von vergrabenen Vias

Trotz der Vorteile bringen vergrabene Vias einige Herausforderungen und Einschränkungen mit sich, die bei Design und Herstellung berücksichtigt werden müssen:

●      Höhere Herstellungskosten: Der Herstellungsprozess für vergrabene Vias erfordert zusätzliche Schritte, wie z. B. sequentielles Laminieren und Präzisionsbohren, was die Produktionskosten erhöht. Dies kann sie für kostensensitive Anwendungen weniger praktikabel machen.

●      Komplexer Herstellungsprozess: Die Herstellung von vergrabenen Vias erfordert Hightech-Ausrüstung und Fachwissen. Der sequentielle Laminierungsprozess erschwert den Fertigungsablauf, erhöht das Fehlerrisiko und verlängert die Produktionszeiten.

●      Herausforderungen bei Inspektion und Prüfung: Da vergrabene Durchkontaktierungen von außen nicht sichtbar sind, erfordert die Qualitätsprüfung spezielle Werkzeuge wie Röntgenbildgebung, was die Kosten und die Komplexität erhöht.

●      Designbeschränkungen: Designer müssen sich hinsichtlich Größe und Seitenverhältnis an strenge Regeln halten, was die Designflexibilität einschränkt.

●      Bedenken hinsichtlich thermischer Belastung: Schlecht gefertigte vergrabene Durchkontaktierungen können unter thermischer Belastung versagen, was die Zuverlässigkeit in Hochtemperaturumgebungen beeinträchtigt.

Vergrabene Durchkontaktierungen sind ein wesentlicher Bestandteil des modernen PCB-Designs und ermöglichen hochdichte und leistungsstarke Schaltkreise, die den Anforderungen der modernen fortschrittlichen Elektronik gerecht werden.

Anwendungen von Buried/Blind Vias

●      HDI-Leiterplatten: Diese Durchkontaktierungen sind von grundlegender Bedeutung für hochdichte Verbindungsplatinen und ermöglichen kompakte Layouts für Geräte wie Smartphones, Tablets und tragbare Technologien.

●      Automotive Electronics: Sie werden in fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS), Infotainmentsystemen und anderen Hochleistungskomponenten für Kraftfahrzeuge eingesetzt.

●      Medizintechnik: Vergrabene und blinde Durchkontaktierungen unterstützen miniaturisierte medizinische Geräte wie implantierbare Geräte und Diagnosewerkzeuge, indem sie kompakte und zuverlässige Schaltkreise bereitstellen.

●      Luft-und Raumfahrt und Verteidigung: Durch die Verwendung vergrabener und blinder Durchkontaktierungen sind robuste, platzbeschränkte Designs für Systeme in der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigung möglich.

●      Telekommunikationsausrüstung: Geräte wie Router, Server und Basisstationen sind für die Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitssignalübertragung auf vergrabene und blinde Durchkontaktierungen angewiesen.

Kosten für Blind Vias und Buried Vias

Die Komplexität der Integration von Blind- und Buried Vias in die Leiterplattenfertigung wirkt sich erheblich auf die Kosten aus. Zu den wichtigsten Kostenfaktoren zählen:

●      Fortschrittliche Fertigungsverfahren: Die Herstellung erfordert anspruchsvolle Techniken wie Laserbohren und sequentielles Laminieren, was die Produktionskosten in die Höhe treibt.

●      Materialverbrauch: Zur Unterstützung komplexer Strukturen können zusätzliche Materialien wie harzbeschichtete Folien und Prepregs erforderlich sein.

●      Design: Präzise Ausrichtung und Schichtregistrierung erhöhen sowohl die Design- als auch die Herstellungskosten.

●      Prüfung und Inspektion: Um die Zuverlässigkeit dieser Durchkontaktierungen sicherzustellen, sind fortschrittliche Testmethoden erforderlich, was die Kosten weiter erhöht.

Sie sind zwar teurer als herkömmliche Durchkontaktierungen, doch die Vorteile hinsichtlich Platzoptimierung, Leistung und Designflexibilität rechtfertigen die Investition häufig, insbesondere bei High-End- und unternehmenskritischen Anwendungen.

Andere Arten von PCB-Vias: Through Vias und Micro Vias

Neben Blind Vias und Buried Vias werden in der Leiterplattenherstellung häufig auch Through Vias und Micro Vias verwendet, die jeweils unterschiedlichen Designzwecken dienen.

Durch Vias

Durchkontaktierungen sind die gängigste Art von Durchkontaktierungen im PCB-Design. Sie erstrecken sich über die gesamte Dicke der Leiterplatte und verbinden alle Schichten von oben nach unten.

●      ZENTRALE FUNKTIONEN: Durchkontaktierungen werden durch mechanisches Bohren erstellt und sind im Allgemeinen größer als Blind- oder Mikrodurchkontaktierungen.

●      Anwendungen : Durchkontaktierungen sind kostengünstig und eignen sich für einfachere PCB-Designs mit geringer Dichte. Sie können jedoch wertvollen Platz auf den äußeren Lagen belegen, was sie für kompakte oder HDI-Designs weniger ideal macht.

Mikrovias

Mikrovias sind kleine Durchkontaktierungen, die typischerweise durch Laserbohren erzeugt werden. Sie verbinden benachbarte Schichten oder überspannen bis zu zwei Schichten und eignen sich daher ideal für HDI-Leiterplatten.

●      ZENTRALE FUNKTIONEN:

○      Durchmesser kleiner 150 µm.

○      Beschränkt sich auf die Verbindung einiger weniger Schichten, wodurch die Routing-Dichte erhöht wird.

○      Hergestellt mit fortschrittlichen Verfahren wie Laserbohren.

●      Anwendungen : Mikrovias werden häufig in Hochfrequenz- und Hochdichtedesigns verwendet, beispielsweise in Smartphones, tragbaren Geräten und anderen kompakten elektronischen Geräten.

Mikrovias vs. Blindvias

Obwohl Mikro-Vias und Blind-Vias einige Gemeinsamkeiten aufweisen, gibt es auch einige signifikante Unterschiede, die sich erheblich auf Funktionalität und Anwendungen auswirken:

●      Größe: Im Vergleich zu bLind Vias Micro Vias sind kleiner, was sie gut für ultrakompakte Designs geeignet macht.

●      Layer-Konnektivität: Mikrovias können benachbarte Schichten verbinden, während Blindvias äußere Schichten mit inneren verbinden können.

●      Komplexität der Fertigung: Bei Mikrodurchkontaktierungen ist eine Laserbohrung erforderlich, während bei Blinddurchkontaktierungen je nach den Anforderungen sowohl eine Laser- als auch eine mechanische Bohrung verwendet werden kann.

●      Kosten: Mikrovias sind aufgrund ihrer Größe und Präzision vergleichsweise teurer als Blindvias.

Fazit

Blinde und vergrabene Vias sind heutzutage wichtige Merkmale in der modernen Leiterplattenfertigung. Um den Anforderungen moderner elektronischer Geräte gerecht zu werden, ermöglichen diese Merkmale kompakte, leistungsstarke und komplexe Leiterplattendesigns. Diese speziellen Vias bieten Designern die Flexibilität, Platz zu optimieren, die Signalintegrität zu verbessern und HDI-Anwendungen mit hoher Verbindungsdichte zu unterstützen.

Blinde und vergrabene Vias bieten zwar viele Vorteile, bringen aber auch einige Nachteile mit sich, wie z. B. höhere Komplexität und höhere Kosten. Diese Art von Multilayer-Vias-Leiterplatten ist besonders nützlich in Branchen, in denen es auf Präzision und Leistung ankommt, wie z. B. in der Telekommunikation, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik.

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