5. Juli 2024

Was sind Blind Vias, Buried Vias und Micro Vias?

Beim PCB-Design dreht sich alles um Planung. Es ist wie das Erstellen eines Fahrplans für Elektrizität. Ingenieure platzieren Komponenten und zeichnen Pfade, denen elektrische Signale folgen. So können Ihre Geräte so funktionieren, wie sie sollen.

PCBs können einfach oder komplex sein. Eine einfache PCB hat nur eine Schicht, während eine komplexe PCB viele übereinander gestapelte Schichten hat. Mehrschichtige PCBs werden in Hightech-Geräten verwendet, weil sie mehr können.

Vias spielen bei mehrschichtigen Leiterplatten eine entscheidende Rolle. Dabei handelt es sich um kleine Löcher, die in die Leiterplatte gebohrt werden, um elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten herzustellen. 

Sie ermöglichen die Übertragung von Signalen und Strom von einer Schicht zur anderen und ermöglichen so die komplexen Verbindungen, die in modernen elektronischen Geräten erforderlich sind. 

Mit Vias ist die Herstellung hochdichter, multifunktionaler Leiterplatten möglich, die in der heutigen Technologie verwendet werden.

In diesem Artikel werden drei Arten von Vias erläutert: Blind Vias, Buried Vias und Micro Vias. Jeder Typ ist einzigartig und wird aus unterschiedlichen Gründen verwendet. Am Ende dieser Lektüre werden Sie wissen, was sie sind und warum sie wichtig sind in PCB-Design.

Vier bunte Platinen mit unterschiedlichen Mustern

Vias im PCB-Design verstehen

Vias sind kleine, aber wichtige Teile einer Leiterplatte. Es sind winzige Löcher, die Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten der Platine herstellen. Stellen Sie sie sich als Brücken für elektrische Signale vor.

Erklärung, was Vias im Zusammenhang mit Leiterplatten sind

Vereinfacht ausgedrückt sind Vias Löcher, die in eine Leiterplatte gebohrt werden. Diese Löcher werden mit Metall gefüllt oder beschichtet, sodass Strom hindurchfließen kann. Sie verbinden eine Platinenschicht mit einer anderen und ermöglichen so komplexe Schaltkreise auf kleinem Raum. Ohne Vias könnten wir nicht so viel Technologie in unsere Geräte packen.

Bedeutung von Vias bei der mehrschichtigen PCB-Konnektivität

Vias sind wichtig für Mehrschicht-Leiterplatten. Sie ermöglichen die Signalübertragung zwischen den Schichten und stellen sicher, dass alles im Schaltkreis zusammenarbeitet. Diese Konnektivität ist für die Leistung moderner Elektronik von entscheidender Bedeutung. 

Vias ermöglichen Ingenieuren die Entwicklung kompakter und effizienter Geräte. Dank ihnen können wir die leistungsstarken Geräte herstellen, die wir täglich verwenden.

Weitere Informationen zu PCB-Komponenten finden Sie unter Elektronische Leiterplattenkomponenten.

Blind Vias

Was sind Blind Vias?

Blind Vias sind spezielle Via-Typen, die beim PCB-Design verwendet werden. Sie verbinden die äußere Lage der Platine mit einer oder mehreren inneren Lagen, ohne die gesamte Platine zu durchdringen. Aus diesem Grund werden sie „blind“ genannt – sie sind von der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte aus nicht sichtbar.

PCB-Design-Parameter mit unterschiedlichen Via-Typen

Designüberlegungen für Blind Vias

Das Erstellen von Blind Vias erfordert sorgfältige Planung. Hier sind einige wichtige Punkte, die Sie beachten sollten:

Tiefenkontrolle

Die Tiefe einer Blind Via ist entscheidend. Sie muss die richtigen Schichten in einer überschaubaren Tiefe verbinden. Präzision ist hier der Schlüssel.

Seitenverhältnis

Das Aspektverhältnis, also das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser, sollte etwa 1:1 betragen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Durchkontaktierung zuverlässig und herstellbar ist.

Laminierungsschritte und Herstellungsprozess

Blind Vias erfordern zusätzliche Schritte im Herstellungsprozess. Die Leiterplatte muss teilweise aufgebaut, gebohrt und schließlich erneut laminiert werden. Dies macht den Prozess komplexer, ermöglicht jedoch anspruchsvollere Designs. Ausführliche Informationen zur Leiterplattenherstellung finden Sie unter Eine vollständige Anleitung zum PCB-Herstellungsprozess.

Anwendungen von Blind Vias

Blind Vias werden häufig in High-Density-Interconnect-Leiterplatten (HDI) verwendet. Dabei handelt es sich um Leiterplatten mit einer hohen Anzahl von Verbindungen auf kleiner Fläche. Sehen wir uns einige spezifische Verwendungszwecke an:

Verwendung in High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplatten

Der Platz in HDI-Leiterplatten ist begrenzt. Blind Vias helfen, Platz zu sparen, indem sie nur teilweise durch die Platine gehen und so mehr Komponenten und Verbindungen auf kleinerem Raum ermöglichen.

Beispiele in Mobilgeräten und Kompaktelektronik

Blind Vias sind für Mobiltelefone und andere kleine Geräte von großem Nutzen. Sie ermöglichen es, dass diese Geräte leistungsstark und dennoch kompakt sind. Durch die Verwendung von Blind Vias können Designer mehr Funktionen in kleinere Pakete packen, was zu dünneren und leichteren Geräten führt.

Weitere Informationen zu den Vorteilen und Anwendungen hochdichter Leiterplatten finden Sie unter Vorteile und Anwendungen von PCB in großen Stückzahlen.

Vergrabene Vias

Was sind vergrabene Vias?

Buried Vias sind eine weitere Art von Vias, die in Leiterplatten verwendet werden. Diese Vias verbinden nur die inneren Schichten einer Leiterplatte, erreichen nicht die äußeren Schichten und sind in der Platine „vergraben“.

PCB-Design in Autodesk Fusion 360 mit Via-Eigenschaften

Designüberlegungen für vergrabene Vias

Beim Design mit vergrabenen Vias sind mehrere wichtige Faktoren zu berücksichtigen. Hier sind die wichtigsten Punkte, die Sie beachten sollten:

Layerbeschränkungen und -verbindungen

Vergrabene Vias verbinden nur innere Lagen. Das bedeutet, dass Sie Ihren Lagenstapel sorgfältig planen müssen, um sicherzustellen, dass die Vias die richtigen Lagen verbinden. Eine ordnungsgemäße Planung ist unerlässlich, um Fehler zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Platine wie vorgesehen funktioniert.

Fertigungskomplexität und zusätzliche Laminierungsschritte

Die Herstellung von vergrabenen Vias ist komplexer als die von Standard-Vias. Die Platine muss laminiert, gebohrt und dann erneut laminiert werden. Jeder Laminierungsschritt erhöht die Herstellungszeit und -kosten. Diese Komplexität ermöglicht jedoch anspruchsvollere und kompaktere Designs.

Wärmemanagement während des Laminierungsprozesses

Das Wärmemanagement ist bei der Arbeit mit vergrabenen Vias von entscheidender Bedeutung. Die Hitze aus dem Laminierungsprozess kann ihre Integrität beeinträchtigen. Eine ordnungsgemäße Wärmekontrolle stellt sicher, dass die Vias zuverlässig bleiben und die Leiterplatte gut funktioniert.

Anwendungen von Buried Vias

Buried Vias werden in komplexen, mehrschichtigen Leiterplatten verwendet. Diese Anwendungen erfordern zuverlässige und effiziente Verbindungen innerhalb der Platine.

Verwendung in komplexen Multilayer-Leiterplatten

Vergrabene Durchkontaktierungen sind ideal für Leiterplatten mit vielen Schichten. Sie helfen dabei, Verbindungen innerhalb der inneren Schichten zu verwalten, ohne die äußeren Schichten zu beeinträchtigen. Dies ist besonders nützlich bei Designs, bei denen der Platz begrenzt ist und eine hohe Leistung erforderlich ist.

Beispiele für Medizingeräte und Luft- und Raumfahrtanwendungen

Bei medizinischen Geräten werden häufig vergrabene Durchkontaktierungen verwendet. Diese Geräte müssen klein und dennoch robust sein, und vergrabene Durchkontaktierungen helfen dabei, dieses Gleichgewicht zu erreichen. 

Buried Vias sind auch für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von Vorteil, da dort kompakte, zuverlässige und leistungsstarke Elektronik erforderlich ist. Sie ermöglichen anspruchsvolle Designs, die rauen Bedingungen standhalten.

Weitere Informationen zu Buried Vias und deren Anwendungen finden Sie unter Eine umfassende Einführung in Keramik-PCB.

Mikro-Durchkontaktierungen

Was sind Mikrovias?

Mikro-Vias sind sehr kleine Vias, die im PCB-Design verwendet werden. Ihr Durchmesser beträgt normalerweise weniger als 150 Mikrometer. Diese winzigen Löcher verbinden mehrere Platinenschichten und ermöglichen dichte und komplexe Designs.

Diagramm verschiedener Mikrovias in einer Leiterplatte

Designüberlegungen für Mikrovias

Das Erstellen von Mikro-Vias erfordert fortgeschrittene Techniken und sorgfältige Planung. Hier sind einige wichtige Punkte, die Sie beachten sollten:

Präzisionsbohr- und Laserbohrtechniken

Mikro-Vias werden hergestellt mit Präzisionsbohren, oft mit Lasern. Dadurch wird sichergestellt, dass die Löcher präzise und sauber sind. 

Laserbohren ist wichtig, da dadurch winzige und präzise Löcher erzeugt werden können, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreicht werden können.

Stapeln und Versetzen von Mikro-Vias

Mikrovias können gestapelt oder versetzt angeordnet werden, um Platz und Konnektivität zu maximieren. Beim Stapeln werden Vias über mehrere Schichten hinweg direkt übereinander angeordnet. 

Versetzt bedeutet, sie leicht versetzt voneinander zu platzieren. Beide Methoden helfen, Platz zu sparen und die Leistung der Leiterplatte zu verbessern.

Gewährleistung von Zuverlässigkeit und strengen Fertigungskontrollen

Aufgrund ihrer geringen Größe müssen Mikro-Vias äußerst zuverlässig sein. Um die Qualität sicherzustellen, sind strenge Fertigungskontrollen erforderlich. 

Hierzu gehören eine sorgfältige Überwachung während der Produktion und gründliche Tests danach. Die Gewährleistung der Zuverlässigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da jeder Fehler in einer Mikrodurchkontaktierung die Leistung der gesamten Leiterplatte beeinträchtigen kann.

Anwendungen von Micro Vias

Mikrodurchkontaktierungen werden in High-Density-Interconnect-Leiterplatten (HDI) verwendet, die viele Verbindungen auf kleiner Fläche erfordern.

Verwendung in HDI-Leiterplatten

HDI-Leiterplatten sind in der modernen Elektronik Standard. Sie müssen viele Komponenten und Verbindungen auf begrenztem Raum unterbringen. Mikrodurchkontaktierungen machen dies möglich, indem sie winzige, präzise Verbindungen zwischen den Schichten herstellen.

Beispiele für fortschrittliche Elektronik und Hochleistungsgeräte

Mikrovias kommen in Hightech-Geräten wie Smartphones, Tablets und tragbaren Geräten vor. Sie spielen auch bei Hochleistungsrechnern und Telekommunikationsgeräten eine Rolle. Mikrovias können diese Geräte kleiner, schneller und leistungsfähiger machen.

Weitere Einblicke in die Verwendung von Mikro-Vias in der modernen Elektronik finden Sie unter Was sind doppellagige Leiterplatten?.

Vergleich von Blind Vias, Buried Vias und Micro Vias

Wichtige Unterschiede

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Blind-, Buried- und Micro-Vias ist für das PCB-Design von entscheidender Bedeutung. Jeder Typ hat einzigartige Eigenschaften und Verwendungszwecke.

PCB-Querschnitt mit Durchkontaktierungen, blinden und vergrabenen Vias

Vergleich von Definitionen, Designüberlegungen und Anwendungen

  • Blind Vias: Diese verbinden die Außenschicht mit einer oder mehreren Innenschichten, gehen aber nicht durch die Leiterplatte. Sie helfen, Platz auf den Außenschichten zu sparen.
  • Vergrabene Vias: Diese befinden sich vollständig innerhalb der Innenschichten und reichen nicht bis an die Außenschichten. Sie helfen bei der Verwaltung komplexer Verbindungen innerhalb mehrschichtiger Leiterplatten.
  • Mikro-Durchkontaktierungen: Extrem kleine Durchkontaktierungen, die in HDI-Leiterplatten verwendet werden. Sie verbinden mehrere Schichten und werden durch Präzisionsbohrungen, oft mit Lasern, hergestellt.

Vor- und Nachteile der einzelnen Via-Typen

  1. Blind Vias:
    • Vorteile: Es spart Platz auf den äußeren Schichten, was ideal für HDI-Designs ist.
    • Nachteile: Komplexerer Herstellungsprozess, höhere Kosten.
  2. Vergrabene Vias:
    • Vorteile: Die effiziente Raumausnutzung innerhalb der inneren Schichten hat keinen Einfluss auf das Design der äußeren Schichten.
    • Nachteile: Es sind zusätzliche Laminierungsschritte erforderlich, was die Komplexität und die Kosten der Herstellung erhöht.
  3. Mikro-Durchkontaktierungen:
    • Vorteile: Ermöglicht Designs mit sehr hoher Dichte, die für kompakte und leistungsstarke Elektronik unerlässlich sind.
    • Nachteile: Um Zuverlässigkeit zu gewährleisten, sind fortschrittliche Fertigungstechniken und eine strenge Qualitätskontrolle erforderlich.

Wann ist welcher Typ zu verwenden?

Die Wahl des richtigen Via-Typs hängt von den spezifischen Anforderungen Ihres PCB-Designs ab. Hier sind einige Richtlinien:

Richtlinien zur Auswahl des geeigneten Via-Typs für bestimmte Anwendungen

  • Blind Vias verwenden beim Verbinden der Außen- und Innenschichten ohne vollständiges Durchgangsloch. Es ist ideal für Designs mit begrenzter Oberfläche, wie bei Mobilgeräten und HDI-Leiterplatten.
  • Vergrabene Vias verwenden für komplexe Mehrschichtplatinen, bei denen interne Verbindungen benötigt werden, ohne die äußeren Schichten zu beeinträchtigen. Sie eignen sich für Hochleistungsanwendungen in medizinischen Geräten sowie in der Luft- und Raumfahrt.
  • Verwenden Sie Mikro-Vias in HDI-Leiterplatten, wo der Platz extrem knapp ist und hohe Leistung gefordert wird. Es ist perfekt für hochentwickelte Elektronik wie Smartphones, Tablets und Hochgeschwindigkeitskommunikationsgeräte.

Wenn Sie diese Richtlinien verstehen, können Sie das beste PCB-Design für sich auswählen und so Effizienz und Funktionalität sicherstellen.

Praktische Tipps zum PCB-Layout-Design finden Sie unter Praktische Tipps für das PCB-Layout, die jeder Designer kennen sollte.

Abschluss

Blinde, vergrabene und Mikro-Vias sind im modernen PCB-Design von entscheidender Bedeutung. Blinde Vias verbinden äußere und innere Schichten, ohne durch die gesamte Platine zu gehen. Vergrabene Vias verbinden nur die inneren Schichten und bleiben von der Oberfläche verborgen. Mikro-Vias, die kleinste der drei, verbinden mehrere Schichten und werden in hochdichten Designs verwendet.

Das Verständnis dieser Durchkontaktierungen hilft Ingenieuren bei der Erstellung effizienter und kompakter Leiterplatten. Jeder Durchkontaktierungstyp hat seine Stärken und spezifischen Anwendungen. 

Durch die Wahl der richtigen Methode können Designer den Platz optimieren, die Leistung verbessern und die Zuverlässigkeit sicherstellen. Dieses Wissen ist entscheidend, um die Technologie voranzutreiben und den Anforderungen moderner elektronischer Geräte gerecht zu werden.

Artikel geschrieben von Alice Lee