Trenden med miniatyrisering – mer komplex teknik som ska rymmas på mindre ytor – påverkar inte bara själva elektronikprodukten utan även mönsterkortet. Detta driver behovet av mer avancerade mönsterkort och användningen av mikrovior.
Vad är ett mikroviahål?
Enligt den nya definitionen i IPC-T-50M är det en blind struktur med en maximal “aspect ratio” (Förhållandet mellan hålets diameter kontra dess längd) på 1:1, som ansluter ner mot en pad som ligger på ett maximalt djup på 0.25mm mätt från ytan.
IPC-6012 definierar även strukturen på en mikrovia.
- Mikrovian är en blind struktur med en ”aspect ratio” på maximum 1:1 mellan hålets diameter och djup, med ett maximalt djup på 0,25 mm mätt från ytan.
- Vanligtvis anser NCAB att den dielektriska tjockleken, mellan ytan och den pad som hålet ska ansluta mot , är 60 – 80um.
- Mikrovians diameter har ett intervall på 80-100 mikrometer. Det typiska förhållandet är mellan 0.6: 1 till 1: 1, idealiskt 0.8: 1
Varför är mikrovior viktiga?
Elektronikindustrin av i dag präglas av en stark miniatyriseringstrend. Komponenter blir allt mindre, och ska samtidigt rymma mer funktionalitet, vilket även ställer nya krav på utformningen av de mönsterkort som de monteras på. Den högre densiteten på mönsterkorten kräver finare ledarbredd och isolationsavstånd, samt ett ökat antal anslutningar.
Resultatet är att vi har ett ökat antal hål med allt mindre diameter, men ändå kan tätheten inte längre tillåta traditionella pläterade genomgående hål. Sådana krav driver behovet av mikrovior – laserborrade hål som är mindre än mekaniskt borrade hål och förbinder utvalda lager (t.ex. 1-2) snarare än att vara genomgående och förbinda alla lager.
HDI-strukturer
Bilderna nedan visar de viktigaste HDI-strukturerna – typ I, typ II och typ III så som de definieras i IPC-2226.
Typ I
Definieras av mikrovior i en nivå antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovior och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser. Det är viktigt att aspect ratio 0.8:1 hålls. Begravda viahål används inte.
Typ II
Definieras av mikrovia i en nivå antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovia och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser. Till skillnad mot typ 1 används här även begravda viahål.
Typ III
Är den mest komplexa och krävande för fabrikerna att tillverka. Definieras av mikrovior i minst två nivåer antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovia och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser. Begravda viahål används.
Designriktlinjer för mikrovior
Nedan finns utdrag från våra design guidelines för HDI-kort. Bilderna visar detaljer för typ I, II och III-konstruktioner. En viktig punkt att notera när det gäller typ III-konstruktion är dock att stacked strukturer bör begränsas till två lager mikrovior och, om möjligt, undvika stackning ovanpå begravda hål.
| Features (dimensions um) | RECOMMENDED | ADVANCED | |
| A | Microvia size / 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 | Dielectric L1 – L2 microvia | 60-80 | 60-100 |
| E | Microvia center to PTH edge | 380 | 300 |
| F | Outer layer space | 100 | 76 |
| G | Inner layer space | 100 | 76 |
| H | Microvia to buried hole | 375 | 300 |
| I | Buried hole to PTH | 450 | 430 |
| J | Pitch – internal microvia (different net) | 425 | 325* |
| K | Pitch – outer microvia (different net) | 525 (soldermask web) 425 (no soldermask) | 325* |
| L | Pitch – staggered microvia | 400 | 225 |
| M | Dielectric for internal microvia | 60-80 | 60-100 |
| N | Buried hole to buried hole | 450 | 350* |
| O | Buried hole size / diameter | 250 | 150 |
| P | Microvia to microvia | 300 | 220 |
| Buried via target land | Buried via + 250 | Buried via + 250* | |
| Q | Skip via microvia size / 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 | Dielectric L1-L3 skip via | 200 | 160 |
| U | Skip via to copper on L2 | 250 | 150 |
* För design som är tätare än det angivna värdet, kontakta gärna din lokala tekniska kontakt på NCAB för att diskutera specifika projekt från fall till fall.
Stackade eller staggrade mikroviakonstruktioner?
Även om vi fortsätter att se både stackade och staggrade konstruktioner (se bilden nedan), har en IPC-testkommitté etablerats för att undersöka tillförlitligheten hos stackade mikrovior för produkter med hög prestanda.
Det har rapporterats flera liknande fel efter tillverkning, och problemen verkar uppstå i botten av en mikrovia och den metallurgiska förbindelsen mellan en annan via- eller ett kopparlager. Vad man vet är att denna trend syns i komplexa stackade mikrovior, men inte i staggrade mikrovior.
Den data som sammanställts hittills tyder på att stackade mikrovior med tre- eller fler lager av mikrovior är mycket mer benägna att bli felaktiga än staggrade mikrovior. Det är värt att påpeka att siffrorna är låga när det gäller fel i procent, men jämfört med liknande felfrekvenser i staggrade viahål finns det en markant skillnad.
Tumregeln, eller rekommendationerna, vid denna tidpunkt, verkar vara att de stackade strukturerna bör begränsas till tvålager mikrovior och om möjligt undvika stackning av dessa ovanpå ett begravt viahål. Om designen kräver ett tredje lager med mikrovior, ska det tredje lagret ledas bort från tvålagersmikrovia-stacken och slutföras som en staggrad konstruktion