Eine häufige Frage beim Entwurf komplexer Leiterplatten für fortschrittliche Elektronik ist, ob gestapelte oder versetzte Vias für die Verbindungsherstellung zwischen den Lagen verwendet werden sollen. Vias dienen als Leiterbahnen durch die inneren Lagen mehrschichtiger Leiterplatten. Das Verständnis der wesentlichen Unterschiede zwischen vertikal übereinander und horizontal versetzt angeordneten Vias ermöglicht die Wahl des richtigen Ansatzes für eine bestimmte Anwendung und Leiterplattenkomplexität. Dieser Blog stellt diese beiden Via-Typen vor und vergleicht sie aus verschiedenen Blickwinkeln, um Ihnen bei der Entwicklung Ihrer Leiterplatte eine fundierte Entscheidung zu ermöglichen.
Gestapelte Via in PCB
PCB Stacked Via ist eine Art PCB Wird in Leiterplatten verwendet, um elektrische Verbindungen zwischen nicht benachbarten Lagen herzustellen und bietet eine optimierte vertikale Routing-Lösung in einer kompakten Struktur. Gestapelte Vias werden hergestellt, indem ein einzelnes Loch durch zwei oder mehr benachbarte Leiterplattenlagen gebohrt und die Lochwände anschließend beschichtet werden, um die Vias elektrisch zu verbinden. So ermöglichen gestapelte Vias Abkürzungen zwischen weit entfernten Lagen, ohne horizontal über die dazwischenliegenden Lagen verlegen zu müssen. Durch ihre Fähigkeit, Leiterbahnführungswege zwischen mehreren Leiterplattenlagen zu optimieren, tragen gestapelte Vias dazu bei, die Überlastung und Unordnung der Schaltung im Vergleich zu alternativen Verbindungsmethoden zu reduzieren. Mit ihrem kompakten Platzbedarf und der mehrlagigen Reichweite sind gestapelte Vias unverzichtbar für komplexe, dichte Leiterplatten geworden, die Signale nahtlos zwischen vielen Lagen übertragen müssen. Durch die Integration von effizientem Design und Konnektivität ermöglichen gestapelte Vias auf Leiterplatten vielseitige, platzsparende Übergänge zwischen Lagen.
Versetztes Via in PCB
Versetzte Durchkontaktierungen sind eine Art von Durchkontaktierung, die in High-Density-Interconnect-Leiterplatten (HDI) um Lagenverbindungen herzustellen, ohne dass die Vias direkt aufeinander ausgerichtet sind. Versetzte Vias werden durch Versetzen der Vias auf benachbarten Lagen und anschließendes schräges Bohren der Löcher konstruiert. So wird verhindert, dass nebeneinander gestapelte Vias sich physisch berühren. Durch diese schräge, indirekte Ausrichtung entfällt die Notwendigkeit, Kupfer um typischerweise gestapelte durchkontaktierte Vias zu füllen, was die Fertigung rationalisiert. Als blinde und vergrabene Verbindungen zwischen inneren und äußeren Lagen ermöglichen versetzte Vias kürzere und effizientere Routing-Pfade, die mit vertikal angrenzenden Via-Platzierungen nicht möglich sind. Beim Design ist sorgfältige Sorgfalt geboten, um den geeigneten Versatzabstand zwischen den Vias zu bestimmen und die Mindestabstände einzuhalten. Während die physikalische Trennung von Vias komplexere Layouts und Bohrvorgänge erfordert, vermeiden versetzte Vias überflüssigen Metallfüllbedarf und bieten einzigartige Routing-Möglichkeiten. Letztendlich führt die vernetzte Funktionalität versetzter Vias zu dichteren, leistungsstärkeren Leiterplatten.
Was ist der Unterschied zwischen Stacked Via und Staggered Via?
- Raumeffizienz
Gestapelte Vias: Durch die Anordnung der Vias in einer vertikalen Spalte über alle Lagen hinweg benötigen gestapelte Vias nur minimale Grundfläche, da sie sich perfekt über die Lagen hinweg überlappen. Das macht sie ideal bei beengten Platzverhältnissen. Die vertikale Verdichtung ermöglicht zudem, Verbindungen näher zusammenzubringen.
Versetzte Durchkontaktierungen: Da versetzte Durchkontaktierungen ihre Position auf abwechselnden Lagen bewusst verschieben, muss um jede Durchkontaktierung auf jeder Lage zusätzlicher Abstand vorgesehen werden, um den Abstand einzuhalten. Dies verbraucht im Vergleich zu gestapelten Durchkontaktierungen mehr Gesamtfläche auf der Platine. Durch die Verschiebung wird jedoch die vertikale Ausrichtung eliminiert, was Übersprechen vorbeugt.
- Übersprechprobleme
Gestapelte Vias: Bei vertikal gestapelten Vias erhöht sich das Risiko von elektrischem Übersprechen, das Hochgeschwindigkeitssignale entlang dieser Achse stört. Rauschen kann sich leichter über die Schichten ausbreiten, wenn Vias direkt nebeneinander angeordnet sind. Zusätzlicher Abstand hilft, Übersprechen zu kontrollieren.
Versetzte Vias: Durch das Versetzen der Vias zwischen den Schichten vermeiden versetzte Vias eine kontinuierliche vertikale Ausrichtung, was die Wahrscheinlichkeit von Übersprechproblemen durch die Beseitigung der vertikalen Kopplungspfad. Rauschen wird zwischen den Schichten isoliert.
- Füllbedarf
Gestapelte Vias: Da die elektrische Konnektivität durch alle Schichten bei gestapelten Vias entscheidend ist, erfordern sie in der Regel eine leitfähige Lochfüllung zwischen den Schichten, typischerweise mit galvanisiertem Kupfer. Dies gewährleistet einen robusten, zuverlässigen elektrischen Kontakt über die gesamte Tiefe der vertikalen Via-Spalte, selbst bei Inkonsistenzen der Via-Lochwände.
Versetzte Vias: Bei versetzten Vias ist eine leitfähige Lochfüllung zwischen den Lagen im Allgemeinen nur für Vias erforderlich, die mit den äußersten PCB-Lagen verbunden sind. Zwischenverbindungen können luftgefüllt bleiben, sofern zwischen benachbarten Vias genügend Überlappung vorgesehen ist, um die Fehlausrichtung zwischen den Lagen auszugleichen.
- Über Vereinbarung
Gestapelte Vias: Gestapelte Vias sind Vias, die sich direkt überlappen und über mehrere Lagen einer Leiterplatte miteinander verbunden sind. Sie bilden eine vertikale Säule, die durch verschiedene Lagen verläuft. Im Wesentlichen stapeln sie Vias entlang derselben xy-Achsenkoordinatenposition auf verschiedenen Platinenlagen direkt übereinander. Dadurch wird die insgesamt belegte Platinenfläche minimiert.
Versetzte Vias: Versetzte Vias beschreiben einen absichtlichen Versatz der Via-Platzierung auf aufeinanderfolgenden Leiterplattenlagen. Anstatt vertikal gestapelt zu sein, verschieben versetzte Vias die Via-Position auf abwechselnden Lagen leicht, um zu verhindern, dass die Bohrlöcher direkt aufeinander ausgerichtet sind. Der Versatz ist im Leiterplattenlayout absichtlich vorgesehen.
- Ökonomische Einflüsse
Gestapelte Vias: Anspruchsvolle Präzisionsanforderungen bei gestapelten Vias führen unmittelbar zu erhöhten Ausschussraten, sobald Fertigungsfehler auftreten. Ausschussverluste durch geringe Ausbeute treiben die Nacharbeitskosten deutlich in die Höhe.
Versetzte Vias: Fertigungsprozesse ermöglichen geringere Toleranzen bei versetzten Vias und reduzieren so den Ausschuss. Dadurch verbessert sich die Fertigungsausbeute und es werden Kosten gespart. Dies macht die Skalierung auf höhere Stückzahlen wirtschaftlich.
Schlussworte
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl gestapelte Vias als auch versetzte Vias einzigartige Stärken bieten, die spezifischen Anforderungen gerecht werden während mehrschichtige Leiterplatte DesignGestapelte Vias maximieren den Platz durch die effiziente Anordnung der Pfade zwischen den Lagen. Versetzte Vias verbessern die elektrische Isolierung und vereinfachen die Fertigung. Beim Entwurf von Leiterplatten wägen Elektroingenieure Größenbeschränkungen, Fertigungsmethoden, Zeitpläne und Leistungsanforderungen ab, um die optimale Platzierungsstrategie für Vias zu bestimmen. Durch die Nutzung einer Kombination aus gestapelten und versetzten Vias, wo sinnvoll, anstatt starr an einem Ansatz festzuhalten, können Ingenieure die Layoutoptimierung verbessern und die Produktionsausbeute für innovative und zuverlässige Leiterplattenlösungen sicherstellen. Durch die Abwägung von Kompromissen können die komplementären Vorteile sowohl vertikal verbundener als auch horizontal versetzter Vias je nach Schaltungsanforderungen genutzt werden.
