Microvias

Der Miniaturisierungstrend – komplexere Technik, die auf einer kleineren Fläche Platz finden muss – betrifft nicht nur das elektronische Produkt, sondern auch die Leiterplatte selbst. Solche Anforderungen treiben den Bedarf an fortschrittlicheren Leiterplatten und die Verwendung von Microvias voran.

Was ist eine Microvia-Bohrung?

Gemäß der neuen Definition laut IPC-T-50M handelt es sich bei einer Microvia-Bohrung um eine Blindviastruktur mit einem maximalen Aspekt Ratio von 1:1, die an einem Zielpad mit einer Gesamttiefe von max. 0,25 mm endet, gemessen von der Anschlusspadfolie der Struktur bis zum Zielpad.

Darstellung eines Microvias in einer Leiterplatte | NCAB Group

Die IPC-6012 definiert auch den Aufbau eines Microvias.

  • Das Microvia ist eine Blindstruktur mit einem maximalen Aspektverhältnis von 1:1 zwischen Lochdurchmesser und -tiefe und einer Gesamttiefe von nicht mehr als 0,25 mm, gemessen von der Oberfläche bis zum Zielpad oder der -Ebene.
  • Typischerweise geht NCAB von einer dielektrischen Dicke zwischen Oberfläche und Referenzpad von 60 – 80 µm aus.
  • Die Durchmesserabmessungen der Microvia liegen im Bereich von 80-100 Mikron. Das typische RATIO liegt zwischen 0,6:1 bis 1:1, ideal 0,8:1

Warum sind Microvias wichtig?

Elektronikprodukte werden immer komplexer und diese Zunahme der Dichte bedeutet, dass wir sowohl in Bezug auf das Elektronikprodukt als auch auf die Leiterplatte selbst vor Herausforderungen der Miniaturisierung stehen – und das bei gleichzeitiger Erhöhung der Funktionalität.

Wir sehen kleinere Komponenten und kleinere Merkmale, und dies zusammen mit der schrumpfenden Fläche bedeutet, dass die höhere Dichte der Leiterplatte feinere Leiterbahnen und -abstände und eine zunehmende Anzahl von Verbindungen erfordert.

Das Ergebnis ist, dass wir eine zunehmende Anzahl von Bohrungen mit immer kleineren Durchmessern haben, aber die Dichte herkömmliche durchkontaktierte Bohrungen nicht mehr erlaubt. Solche Anforderungen treiben den Bedarf an Microvias voran – lasergebohrte Löcher, die kleinere mechanisch gebohrte Löcher sind und ausgewählte Lagen (z. B. 1-2) verbinden, anstatt durch alle Lagen zu gehen und sie zu verbinden.

Leiterplattentrends – mehr Elektronik in kleineren Geräten | NCAB Group
Eine der treibenden Kräfte im Bereich der Elektronik ist die Miniaturisierung, die dazu führt, dass kleinere Geräte immer mehr Elektronik aufnehmen müssen. Dies wirkt sich auch auf das Design der Leiterplatten aus, indem in manchen Fällen zum Beispiel anspruchsvollere Lösungen wie HDI, Flex- und Starr-Flex-Leiterplatten zum Einsatz kommen.

HDI-Strukturen

Die IPC-2226 definiert die HDI-Strukturen in drei Typen, wie in den folgenden Bildern zu sehen ist.

Typ-1-Strukturen

HDI-Leiterplatte Typ 1 Struktur mit Microvias | NCAB Group

Sie enthalten nur eine einzelne Microvia-Lage auf einer oder beiden Seiten des Kerns. Es können sowohl Microvias als auch Durchgangsbohrungen für die Verbindungen verwendet sein. Wichtig ist, das Aspect Ratio von 0,8: 1 für die Microvia einzuhalten. Diese Struktur verwendet NUR Sacklöcher (Blind Vias), KEINE vergrabenen Löchern (Burried Vias).

Typ-2-Strukturen

HDI-Leiterplatte Typ 2 Struktur mit Microvias | NCAB Group

Sind ähnlich zu Typ 1 und enthalten ebenfalls nur eine einzige Microvia-Lage auf einer oder beiden Seiten des Kerns. Es können sowohl Microvias als auch Durchgangsbohrungen für die Verbindungen verwendet sein. Im Gegensatz zu Typ 1 verwenden diese Strukturen auch vergrabene Löcher.

Typ-3-Strukturen

HDI-Leiterplatte Typ 3 Struktur mit Microvias | NCAB Group

Sie sind die komplexesten und anspruchsvollsten für Fabriken, und enthalten MINDESTENS zwei Schichten Microvia auf einer oder beiden Seiten des Kerns. Auch Typ 2 verwendet neben Blind- und Buried Vias auch Durchgangslöcher.

Designrichtlinien für Microvias

Nachfolgend finden Sie Auszüge aus unseren HDI-Designrichtlinien, die einige Details für Strukturen des Typs I, II und III zeigen. Bei Typ-III-Konstruktionen ist als wichtiger Punkt zu beachten, dass stacked (gestapelt, direkt übereinander) Strukturen auf 2 Microvia Lagen begrenzt sein sollten und, soweit möglich, dass stacked Microvias auf Buried Vias vermieden werden sollten.

HDI-Leiterplatte – Design Rules Typ 1 Microvia | NCAB Group
HDI-Leiterplatte – Design Rules Typ 2 Microvia | NCAB Group
HDI-Leiterplatte – Design Rules Typ 3 Microvia | NCAB Group
Merkmale (Dimensionen um)EMPFOHLENHERAUSFORDERND
AMicrovia – Größe/Durchmesser10080
BAnschluss pad325 (class 2)
350 (class 3)
250* (class 2)
250* (class 3)
CZiel pad300 (class 2)
325 (class 3)
250* (class 2)
250* (class 3)
DDielektrikum L1 – L2 Microvia (Dicke)60-8060-100
EMicrovia-Mitte bis PTH-Kante380300
FAbstand in Aussenlagen10076
GAbstand in Innenlagen10076
HMicrovia zu burried via375300
Iburried via zu PTH (Durchgansbohrung)450430
JAbstand – interne Microvia (fremdes Netz)425325*
KAbstand – äußere Microvia (fremdes Netz)525 (mit Lötstoppmaske)
425 (ohne Lötstoppmaske)
325*
LAbstand – staggered Microvia400225
MDielektrikum für interne Microvia (Dicke)60-8060-100
Nburried via zu burried via450350*
Oburried via – Größe/Durchmesser250150
PMicrovia zu Microvia300220
(Zielpad zu burried via)Buried via + 250Buried via + 250*
QSkip via microvia Größe/Durchmesser300200
RSkip via Anschluss pad500 (via + 200)400 (via + 200)
SSkip via Ziel pad600 (via + 300)500 (via + 300)
TDielektrikum L1-L3 skip via200160
USkip via zu Kupfer auf L2250150

* Für Aufbauten, die enger als der angegebene Wert sind, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen technischen NCAB-Kontakt, um spezielle Projekte von Fall zu Fall zu besprechen.

Stacked or staggered microvia Aufbauten?

Obwohl wir weiterhin sowohl stacked als auch staggered (gestapelt, versetzt übereinander) Designs sehen (siehe Abbildung unten), wurde ein IPC-Testkomitee eingerichtet, um die Zuverlässigkeit von stacked Microvias für Hochleistungsprodukte zu untersuchen.

Im Laufe des letzten Jahres wurden Ausfälle nach der Herstellung gemeldet und die Probleme scheinen sich am Boden eines Microvia und der metallurgischen Verbindung eines anderen Vias oder Kupferschicht zu manifestieren. Es ist bekannt, dass dieser Trend bei komplexen stacked Microvias zu beobachten ist, aber nicht bei staggered Vias.

Darstellung einer Leiterplatte mit stacked und staggered Vias | NCAB Group

Die bisher gesammelten Daten scheinen darauf hinzudeuten, dass stacked Microvias aus 3 oder mehr Microvia-Lagen viel wahrscheinlicher ausfallen als staggered Via-Strukturen. Es bleibt darauf hinzuweisen, dass die Zahlen in Bezug auf den prozentualen Ausfall niedrig sind, es aber im Vergleich zu ähnlichen Ausfallraten bei staggered Microvias einen deutlichen Unterschied gibt.

Die Faustregel oder Empfehlung zum derzeitigem Zeitpunkt scheint zu sein, dass die stacked Strukturen auf 2 Microva-Lagen beschränkt sein sollten. Außerdem sollte nach Möglichkeit vermieden werden, diese auf einem Burried Via zu stapeln. Wenn das Design eine dritte Microvia-Schicht erfordert, muss diese dritte Schicht vom 2-Microvia-Stapel weggeführt und als versetztes Design ausgeführt werden.