Bringen Sie Ihr Produkt rechtzeitig und innerhalb des Budgets auf den Markt – treten Sie der Eurocircuits Community bei

Covering-vias-Blog-Banner

Vias (Abkürzung für Vertikal Interconnect Access, elektrisch leitende Verbindung), Durchsteiger oder Lagenwechsler sind metallisierte Bohrungen bzw. durchkontaktierte Löcher, die Lagen einer Leiterplatte miteinander verbinden. Sie sind in der Regel kleiner als die metallisierten Bohrungen für THT-Bauteile und für diese Bauteile nicht geeignet. Charakteristisch ist, daß ein Via den homogenen Signalpfad physikalisch betrachtet unterbricht. Das kann sich auf die Funktion auswirken.

Arten von Vias


A15-types-of-vias-diagram

Darstellung der verschiedenen Arten von Vias zusammen mit einigen Möglichkeiten zum Abdecken in einem 8-lagigen-Multilayer


A15-blind-via-cross-section-1

A15-blind-via-cross-section-2

Querschnitt durch einen 6-Lagen-Multilayer. Die weißen Schichten sind Kerne aus I-TERA Basismaterial; die dunkleren Schichten sind FR-4 Prepreg. Bei Eurocircuits nennen wir das umgekehrten Aufbau “reversed buildup“, weil die Kerne (Laminate) die Außenlagen der Leiterplatte bilden. Zu sehen sind auch Blind Vias, die einen und zwei Kerne miteinander verbinden.


Ein typisches Via besteht aus einem Restring an den Außenlagen der Leiterplatte und einigen Innenlagen, die alle durch eine leitende Hülse verbunden sind.

Es gibt drei Hauptarten:

  • Through, Durchkontaktierung: erstreckt sich über die gesamte Dicke der Leiterplatte.
  • Blind, Sacklock beginnt auf einer Außenlage und endet in einer Innenlage.
  • Buried, vergraben: beginnt und endet in einer Innenlage.

Außerdem gibt es Vias, die sind

  • Tented, verdeckelt: Via-Oberfläche mit Trockenfilm-Lötstoppmaske abgedeckt.
  • Plugged, verschlossen: Öffnungen in den Außenlagen werden mit flüssigem Lötstopplack gefüllt.
  • Filled, verfüllt: die gesamte Bohrung ist mit leitendem (Kupfer) oder nicht leitendem (Harz) Material gefüllt.
  • Back-drilled or Controlled Depth Drilling (CDD), kontrollierte Tiefenbohrung: mit einer Bohrung werden nicht benötigte Anteile von metallisierten Bohrungen, sogenannte Stubs entfernt, die auf Leiterplatten mit definierter Impedanz eine Impedanzfehlanpassung verursachen können. Stubs entstehen, wenn eine Leiterbahn auf einer Innenlage an eine Durchkontaktierung angebunden ist.

Eine weitere Variante sind Microvias für HDI-Leiterplatten, die mit einem Laser erzeugt werden und gestapelt oder versetzt angeordnet werden. Microvias würden den Rahmen dieses Kapitels sprengen.

Die meisten Leiterplatten werden durch Verpressen eines Stapels aus einer Kombination von Kupferfolien und dielektrischen Materialien z.B. FR4, RO4350, IS400, als Kerne (Laminat) oder Prepreg-Lagen hergestellt. Durch die Kombinationen und Verhältnisse dieser Materialien entstehen unterschiedliche Dicken und Multilayer. Durchkontaktierungen werden nach dem Zusammenpressen des gesamten Stapels gebohrt, während bei Blind und Buried Vias nur einige Lagen des Stapels gebohrt werden müssen, bevor der komplette Stapel miteinander verpresst wird.

Vias verschließen: Tenting, plugging, filling, capping, and covering

A15-filled-via-cross-section-1

A15-filled-via-cross-section-2-web

Ein 8-Lagen-Multilayer aus FR-4 (von oben): Prepreg, Kern, Prepreg, Kern, Prepreg, Kern, Prepreg. Hier sehen wir auch eine verfüllte und abgedeckte Durchkontaktierung. Bei Eurocircuits nennen wir das einen “normalen” Aufbau, weil sich sich das Prepreg in den Außenagen befindet.


Ein Via hinterlässt ein Loch auf der Oberfläche der Leiterplatte und wir möchten es manchmal schützen. Damit können wir Folgendes bezwecken:

  • das Loch abdecken, damit das Signal nicht freiliegt;
  • ein Pad auf ein Via setzen (via-in-pad);
  • verhindern, dass Flussmittel, Lotpaste, Abdeckmaterialien und Klebstoffe durch das Loch fließen und Fehler und Defekte verursachen
  • die Leiterplatte besser aussehen lassen, indem man das Via vollständig mit einem Siebdruck bedeckt.

Die Grafik veranschaulicht die drei Möglichkeiten zum Abdecken von Vias: Tenting, Plugging und Filling wie eingangs erklärt.

A15-types-of-via-faults-diagram

Manchmal sind Vias nur teilweise verschlossen, und manchmal fangen verschlossene und verstopfte Durchkontaktierungen Verunreinigungen und Ablagerungen aus der Fertigung ein, weil sie bei der abschließenden Reinigung der Leiterplatte nicht entfernt werden können. Das Via ganz rechts ist gefüllt, verschlossen (mit Kupfer) und abgedeckt (mit Lötstopplack).

Beim Via Tenting wird das Loch mit Trockenfilm-Resist abgedeckt, entweder in einem einzigen Prozess mit der gesamten Leiterplatte oder durch Aufbringen von Abdeckpunkten vor einem weiteren Lötstopplackprozess. Beim Via Plugging wird flüssiger Lötstopplack mit einem Rakel in die Vias gedrückt und dann Lötstopplack als Trockenfilm oder Flüssigkeit auf den Rest der Leiterplatte aufgetragen.

Ob das Via zuverlässig abgedeckt oder verschlossen wird, hängt jedoch von der Größe der Hülse, der Dicke und Viskosität des Lötstopplacks, der Art und Weise, wie der Lötstopplack aufgetragen wird, und dem Aushärtungsprozesses ab. Daher gibt es bei den vielen Prozessparametern keine Garantie, dass ein Via zuverlässig abgedeckt wird.
Entscheidend ist, dass durch das Abdecken und Verschließen von Vias Luft, Schmutz, Lösungsmittel, Verunreinigungen und andere Materialien aus dem Herstellungsprozess eingeschlossen werden können, die sich in den nachfolgenden Reinigungsschritten nicht entfernen lassen.
Eingeschlossene Partikel können Defekte verursachen, aber auch Ausblasungen, wenn sich die eingeschlossenen Gase beim Aushärten und Löten ausdehnen. Das kann zum Abreißen der Lötstoppmaske führen, wodurch das Kupfer der Oxidation und Verunreinigung ausgesetzt wird, was kurz- und langfristig zu Defekten führen kann. Einige Firmen verbieten aus diesem Grund sogar Via Tenting und Via Plugging.

Manchmal ist es hilfreich, ein Via direkt auf einem Pad zu platzieren, die Bezeichnung dafür ist Via-in-Pad, oder sehr nahe an einem Pad, wo sich keine Lötstoppmaske zwischen Pad und Via befinden darf. Das kann gut sein für die Signalintegrität, bei kniffligem Signal-Fanout oder bei engen Routing-Spots.

Wenn wir das aber unbedacht tun, kann im ungünstigen Fall kein Lötstopplacksteg zwischen Pad und Via realisiert werden. Dadurch kann das erforderliche Lötzinn zum Löten der Bauteile durch die Bohrung wegfließen und eine qualitativ schlechte Lötverbindung verursachen.
Designer wählen daher die Via-Füllung, bei der das Via gefüllt wird und erst dann ein gleichmäßiges Pad darüber gefertigt wird. Gefüllte Vias können mit Kupfer überzogen und mit Lötstoppmaske abgedeckt werden.

Via Hole Filling with resin

Das Verfüllen von Vias erfordert zusätzliche Schritte zum normalen Fertigungsprozess: Bohren der zu füllenden Durchkontaktierungen; Reinigen (Plasma und Bürsten); Auftragen von leitfähigem Kohlenstoff; Auftragen einer trockenen Resistschicht/Maske; Belichten der zu füllenden Löcher; Auftragen von Kupfer durch Galvanisierung; Abziehen des Resists; Bürsten/Entgraten/Reinigen; einstündiges Aushärten; Füllen der Löcher mit Harz; Eineinhalbstündiges Aushärten; Bürsten/Entgraten/Reinigen. Erst dann ist die Leiterplatte bereit für die anderen Fertigungsschritte, die alle Leiterplatten durchlaufen (Bohren, Galvanisieren, Belichten usw.).

Was ist mit Blind und Buried Vias? Sacklöcher und vergrabene Vias ohne Kontakt zur Oberfläche werden prozessbedingt beim Stapeln der Lagen „gefüllt“, weil sich die Prepregs verformen und das Harz in die Hülsen fließt. Dies geschieht auch auf der Innenseite von Blind Vias. Allerdings ist das Ausmaß der „Füllung“ zur Oberfläche hin unbestimmt, so dass die zuvor besprochenen Überlegungen weiterhin gelten.

In Übertragungsleitungen, die hochfrequente Signale übertragen, verursachen Stichleitungen Impedanzfehlanpassungen, die die Wellenform durch Reflexionen verzerren. Back-Drilling oder Controlled Depth Drilling (CDD) ist eine Technik, bei der die Stichleitungen ausgebohrt werden. Dabei wird der Teil der Durchkontaktierung, der für die Übertragung des Signals nicht erforderlich ist, entfernt.

Vias bei Eurocircuits

Eurocircuits bietet Durchkontaktierungen, Blind und Buried Vias an. Wir verwenden flüssigen Lötstopplack, der in Haftung und Lötbarkeit überlegen ist und bessere Ergebnisse bei der optischen Inspektion und Ausrichtung der Bauteile beim Bestücken ermöglicht. Die flüssige Lötstoppmaske wird auf die Leiterplatte aufgesprüht (daher ist sie nicht für das Via Tenting geeignet) und ist mit unserem modernen Laserdirektbelichtungssystem kompatibel, das eine viel genauere Registrierung ermöglicht.

Aus all diesen Gründen und der prozessbedingten Unzuverlässigkeit von Via Tenting und Plugging, die wir erklärt haben, bieten wir diese Arten des Schutzes von Vias nicht an. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass unsere flüssigen weißen und transparenten Lötstopplacke zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels mit Filmbelichtung und nicht mit Direktbelichtung aufgebracht werden.

Anstelle von Via-Tenting und Plugging bieten wir das viel robustere Füllen der Vias mit Lötstopplack an, das immer mit Kupfer überzogen wird (wir können nur Durchkontaktierungen füllen). Der Designer kann dann entscheiden, ob er den Bereich über dem Via mit einem Pad belegt, ihn unbedeckt lässt oder mit Lötstoppmaske abdeckt.

In unseren Designrichtllinien zeigen wir Ihnen, wie Sie uns mitteilen, dass Sie verfüllte Vias wünschen und welche Vias verfüllt werden sollen.

Um zu definieren, dass Sie Blind oder Burried Vias benötigen und wo sie sich befinden sollen, verwenden Sie unseren Buildup Editor. Den Leitfaden für dieses Werkzeug finden Sie hier

Spezifikationen zum Verfüllen von Vias:
https://www.eurocircuits.de/pcb-designrichtlinien-durchsteigerfuller-via-filling/

Gehören Sie zu den Ersten, die unsere Neuigkeiten und Informationen erhalten. Folgen Sie uns auf