De miniaturiseringstrend – complexere technologie die op een kleiner oppervlak moet passen – heeft niet alleen gevolgen voor het elektronische product maar ook voor de PCB zelf. Dergelijke eisen drijven de behoefte aan van meer geavanceerde PCB’s en het gebruik van microvia’s.
Wat is een microvia?
Volgens de nieuwe definitie in IPC-T-50M is een microvia een blinde structuur met een maximale aspect ratio van 1:1, die eindigt op een target land met een totale diepte van niet meer dan 0,25mm, gemeten vanaf de koperfolie van het capture land van de structuur tot het target land.
De IPC-6012 definieert ook de structuur van een microvia.
- De Microvia is een blinde structuur met een maximale aspect ratio van 1:1 tussen gatdiameter en diepte, met een totale diepte van niet meer dan 0,25 mm, gemeten van het oppervlakte van de microvia tot aan de target pad of plane.
- Gewoonlijk beschouwt NCAB de diëlektrische dikte tussen oppervlak en referentiepad als 60 – 80um.
- De diameter van de microvia heeft een bereik van 80-100 micron. De typische aspect ratio is tussen 0,6:1 en 1:1, maar ideaal 0,8:1
Waarom zijn microvia’s belangrijk?
Elektronicaproducten worden steeds complexer en deze toename van de component-dichtheid betekent dat wij geconfronteerd worden met uitdagingen op het gebied van miniaturisatie, zowel wat het elektronicaproduct als de printplaat zelf betreft – dit alles terwijl de functionaliteit toeneemt.
We zien kleinere componenten en kleinere eigenschappen en deze, gecombineerd met de steeds kleiner wordende PCB, betekent dat de dichtheid van de PCB steeds hoger wordt. Hiervoor zijn fijnere sporen en afstanden vereist en een toenemend aantal interconnecties.
Het resultaat is dat we een toenemend aantal gaten hebben met steeds kleinere diameters, maar de dichtheid laat niet langer de traditionele plated through via-gaten toe. Dergelijke eisen drijven de behoefte aan van microvia’s – laser geboorde gaten die kleinere geboorde gaten zijn en geselecteerde lagen verbinden (bijv. 1-2) in plaats van door alle lagen te gaan en deze te verbinden.
HDI-structuren
De IPC-2226 definieert de constructies van HDI per type, er zijn drie typen en die kunnen we in de gemarkeerde afbeeldingen waarnemen.
Type 1 structuren
Deze bevatten een enkele laag met microvia’s aan één of beide zijden van de kern. Er worden zowel microvia’s als doorlopende gaten gebruikt voor interconnectie. Het is belangrijk om de verhouding 0,8:1 te houden voor de microvia. Deze structuur gebruikt ALLEEN blinde via’s en GEEN buried via’s.
Type 2 structuren
Zijn vergelijkbaar met type 1 in de zin dat ze slechts een enkele laag met microvia’s bevatten aan één of beide zijden van de kern. Deze structuren gebruiken zowel microvia’s als through hole via’s voor interconnectie, maar in tegenstelling tot type 1 gebruiken deze structuren ook buried via’s.
Type 3 structuren
Zijn de meest complexe en veeleisende structuren voor fabrieken, zij bevatten MINSTENS twee lagen met microvia’s aan één of beide zijden van de kern. Net als bij type 2 structuren worden hier ook through hole via’s gebruikt naast blinde en buried vias.
Ontwerprichtlijnen voor microvia’s
Hieronder vindt u uittreksels uit onze HDI-ontwerprichtlijnen met enkele details voor structuren van type 1, 2 en 3. Een belangrijk punt met betrekking tot structuren van type 3 is echter dat stacked constructies beperkt moeten blijven tot 2 lagen microvia’s en dat, waar mogelijk, stacked op buried gaten moet worden vermeden.
| Eigenschappen (afmetingen µm) | AANBEVOLEN | GEAVANCEERD | |
| A | Microvia grootte / diameter | 100 | 80 |
| B | Capture land | 325 (class 2) 350 (class 3) | 250* (class 2) 250* (class 3) |
| C | Target land | 300 (class 2) 325 (class 3) | 250* (class 2) 250* (class 3) |
| D | Diëlektricum L1 – L2 microvia | 60-80 | 60-100 |
| E | Middenpunt microvia tot de rand van een PTH | 380 | 300 |
| F | Afstand buitenlaag | 100 | 76 |
| G | Afstand binnenlaag | 100 | 76 |
| H | Microvia tot buried via | 375 | 300 |
| I | Buried gat tot PTH | 450 | 430 |
| J | Pitch – interne microvia (ander net) | 425 | 325* |
| K | Pitch – buitenste microvia (ander net) | 525 (soldermask web) 425 (no soldermask) | 325* |
| L | Pitch – staggered microvia | 400 | 225 |
| M | Diëlektricum voor interne microvia | 60-80 | 60-100 |
| N | Buried gat tot buried gat | 450 | 350* |
| O | Buried gatgrootte / diameter | 250 | 150 |
| P | Microvia tot microvia | 300 | 220 |
| Buried via target land | Buried via + 250 | Buried via + 250* | |
| Q | Skip via microvia grootte / diameter | 300 | 200 |
| R | Skip via capture land | 500 (via + 200) | 400 (via + 200) |
| S | Skip via target land | 600 (via + 300) | 500 (via + 300) |
| T | Diëlektricum L1-L3 skip via | 200 | 160 |
| U | Skip via to copper on L2 | 250 | 150 |
* Voor ontwerpen die complexer zijn dan de gegeven waarde, raadpleeg uw lokale NCAB technische contactpersoon om specifieke projecten per project te bespreken.
Stacked of staggered microvia’s constructies?
Hoewel we zowel stacked als staggered ontwerpen blijven zien (zie onderstaande afbeelding), is er een IPC-testcomité opgericht om de betrouwbaarheid van stacked microvia’s voor ‘high performance’ producten te onderzoeken.
In de loop van het afgelopen jaar zijn defecten na fabricage gemeld en de problemen lijken zich te manifesteren aan de onderkant van een microvia en de metallurgische verbinding van een andere via of koperlaag. Wat bekend is, is dat deze trend zich voordoet bij complexe stacked microvia’s, maar niet bij staggered via’s.
De tot dusver verzamelde gegevens lijken erop te wijzen dat stacked microvia’s van 3 of meer lagen veel meer kans hebben op defecten dan staggered via-structuren. Het is de moeite waard erop te wijzen dat de cijfers laag zijn in termen van het percentage defecten, maar wanneer ze worden vergeleken met vergelijkbare percentages defecten in staggered via-gaten, is er een duidelijk verschil.
De vuistregel of aanbeveling op dit moment lijkt te zijn dat de stacked structuren moeten worden beperkt tot 2 lagen van microvia’s en waar mogelijk het stacken op een buried via moet worden vermeden. Als het ontwerp vraagt om een derde laag met microvia’s, dan moet deze derde laag staggered worden t.o.v. de 2 lagen met stacked microvia’s.