Microvia-Technologien
Präzision auf kleinstem Raum

Die Integrations- und Packungsdichte moderner elektronischer Baugruppen wächst stetig. Diesem Trend müssen nicht nur die Bauelemente (µBGA, CSP, FC, etc.) sondern insbesondere auch die Leiterplatte als Schaltungsträger technologisch folgen. 
Neben einer Verkleinerung der Strukturbreiten (Leiterbahnbreiten und Abstände) sind Microvias ein notwendiges und probates technologisches Mittel, um diese zunehmend hohen Packungsdichten auf möglichst kleinen Flächen zu entflechten. In Kombination feinster Strukturen (≤100µm) und Microvias (≤150µm) spricht man dann von HDI (High Density Interconnect) - Leiterplatten. 
Microvias werden genutzt, um als Blind - und Buried Vias die Lagen komplexer, teilweise sequentiell aufgebauter Multilayer (SBU) elektrisch zu verbinden.
>> Hier finden Sie weitere Informationen zu HDI/SBU-Multilayer

Anwendungsbereiche

Leiterplatten mit Microvias kommen überall dort zum Einsatz, wo es grundsätzlich um innovative, komplexe Schaltungen und Miniaturisierung bei optimierten Kosten geht.
  • 5G-Technologie
  • KI
  • IoT
  • Automatisierungs- und Steuerungstechnik

Vorteile

Microvias
  • Höhere Packungsdichten und mehr Bauteilfläche
  • Engere Leiterbahnführung
  • Reduzierung der Lagenanzahl
  • Vereinfachte Entflechting hochpoliger und kleinpitchiger Bauelemente
  • Minimierung störender Induktivitäts- und Kapazitätseffekte
  • Verbesserte Signalintegrität bei High-Speed-Designs
  • Verbesserte Zuverlässigkeit
  • Verbesserte thermische Eigenschaften

Via-Varianten im Überblick

Ein Microvia ist eine elektrische Kontaktierung mit einem Durchmesser ≤150µm, meistens lasergebohrt, die in verschiedensten Ausführungsvarianten genutzt wird:
  • Blind Via (Sackloch): Verbindet Außenlage mit Innenlage
  • Buried Via (Vergrabene Bohrung): Verbindet Innenlagen der PCB, im Herstellungsprozess eines SBU-Multilayers oft als Blind Via gefertigt
  • Stacked Vias: Übereinander gestapelte Microvias für maximale Platzersparnis, Cu-Deckel oder Cu-Filling erforderlich
  • Staggered Vias: Versetzt angeordnete Microvias für höhere thermische Robustheit
Umfassende Übersicht der Via-Technologien bei CONTAG: Schematische Darstellung und Schliffbilder von Blind Vias, Buried Vias, Through Holes sowie stacked und staggered Microvias, teils harz- oder kupfergefüllt mit Cu-Deckel.

Erzeugung der Microvias

Je nach Durchmesser und Lagenaufbau werden die Microvias mit dem Laser oder mechanisch gebohrt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dazu bei CONTAG fast ausschließlich ein Picosekunden-Laser mit 532nm Wellenlänge genutzt. 
Mechanisch gebohrte Vias sind bei größeren Durchmessern oder durchgehende Anbindungen über mehrere Lagen eine sinnvolle Alternative. 
Laser & resultierendes Microvia
Blick in eine Laser-Anlage bei CONTAG während des Bohrprozesses von Microvias auf einer Leiterplatte.
Mikroskopisches Schliffbild eines lasergebohrten Microvias mit präzisen, steilen Wandungen und sauberer Anbindung an die Ziel-Lage.
CNC-Maschine & resultierendes Microvia
Hochgeschwindigkeits-CNC-Bohrmaschine bei CONTAG zur mechanischen Bearbeitung und Bohrung von Leiterplatten.
Mikroskopisches Schliffbild eines mechanisch gebohrten Microvias, das die charakteristische V-Form der Bohrspitze zeigt.

Via Filling

Vias werden gefüllt, um die Lage für den weiteren Aufbau des Multilayers einzuebnen und ggf. bei gestackten Verbindungen mit einem zusätzlichen Cu-Deckel auf dem Via ein elektrisches Landepad für die Anbindung der nächsten Lage zu erzeugen. Auf der Außenlage wird dies mit der Via-In-Pad-Technologie dann direkt als Lötpad für einen Bauelementanschluss genutzt, was oftmals mehr Designfreiheiten und Platzersparnis bedeutet.
Grundsätzlich gibt es drei technologische Optionen, Microvias zu verfüllen. Je nach konkretem Design wird einer dieser Varianten oder auch mehrere kombiniert bei der Fertigung ihrer PCB genutzt:

Harz/Prepreg Verfüllung

Wird genutzt, wenn es sich um Vias mit kleinem Durchmesser in dünnen Kernen oder vorverpressten Sub-Kernen handelt, also wenig Harzvolumen zur Verfüllung benötigt wird und zusätzlich kein Cu-Deckel als Landepad für weitere Blind Vias erforderlich ist. Hier geht es lediglich darum, ein lokales Einsenken weiterer, aufgepresster Cu-Lagen zu vermeiden.

Epoxy Plugging (Paste)

Ein technologischer Standard, es lassen sich sowohl kleine Blind Vias, als auch relativ große Buried Vias/Through Holes ohne nennenswerte Einsenkungen vollständig verfüllen. Darauf lässt sich Bedarf auch ein Cu-Deckel als Landepad weiterer Blind Vias erzeugen (Stacked Vias).

Elektrolyt. Cu- Filling

Zunehmend genutzt, um kleine Blind Vias (Ø≤125µm, Tiefe ≤100µm) vollständig mit Kupfer zu verfüllen. Die optimale Technologie, um in n…+1+n+1+…n – oder Anylayer-Aufbauten die Microvias zu stacken, also direkt übereinander zu stapeln.

Design- und Kostenhinweise

Die Wahl von Via‑Typ, Bohrverfahren und Fülltechnik hat einen direkten Einfluss auf Fertigbarkeit, Zuverlässigkeit und Kosten. Besonders bei hochdichten Multilayern wirken zusätzliche Press‑ und Fertigungsschritte häufig kostenrelevanter als eine reine Erhöhung der Lagenanzahl.
CONTAG unterstützt daher bereits früh in der Layout‑ und Designphase bei der Auswahl einer technisch sicheren und wirtschaftlich optimalen Via‑Strategie.

Qualitätssicherung 

Regelmäßige Maschinen- und Prozessuntersuchungen sowie auftragsbezogene Einricht- und Schliffuntersuchungen sichern höchste Genauigkeit bei der Bohrtiefe, der Registrierung auf den Anbindungslagen sowie bei den Cu-Wandungsdicken der Vias.
Die Fertigung erfolgt standardmäßig nach IPC‑6010 (Klasse 2) mit Abnahme gemäß IPC‑A‑600 (Klasse 2). Fertigungen nach Klasse 3 oder kundenspezifischen Werksnormen sind nach Prüfung möglich.
Mikroskopischer Querschnitt eines kupfergefüllten Microvias von CONTAG mit eingeblendeten Messwerten zur Überprüfung der Schichtdicken und Bohrgeometrie im Mikrometerbereich.

Technische Leistungsfähigkeit bei CONTAG

Die folgenden technischen Eckdaten zeigen den realisierbarn Rahmen unserer Via‑ und Microvia‑Technologien: 
Außenlagen- und Innenlagenstruktur
  Beschreibung Standard Sonder
A Leiterbahnbreite ≥125µm ≥50µm
B Leiterbahnabstand ≥125µm ≥50µm
Grafisches Schema der Außenlagen- und Innenlagenstruktur einer Leiterplatte zur Veranschaulichung der Parameter für Leiterbahnbreite und Leiterbahnabstand.
Blind Vias / Microvias
  Beschreibung Standard Sonder
C Bohrdurchmesser ≥75µm ≥40µm
D Bohrtiefe (AR>1:1) ≤100µm >100µm
E Restring Startpad umlaufend ≥100µm ≥50µm
F Restring Landepad umlaufend ≥100µm ≥50µm
  Verfüllung Plugging Paste Cu-Filling
  Cu-Deckel Nach Kundenwunsch Nach Kundenwunsch
Schematische Querschnitts-Darstellung eines Blind Vias (Microvias) in einer Leiterplatte mit Markierungen für Bohrdurchmesser, Bohrtiefe und Restring.

CONTAG – Ihr Kompetenzcenter für Microvias

Die elektrischen Eigenschaften und thermische Zuverlässigkeit von Microvias und damit auch ihres Produktes entscheiden sich in einer präzisen und kontrollierten Umsetzung aller qualitätsrelevanter Parameter und Prozesse.

Designrelevante Parameter wie optimierter Lagenaufbau, geeignete Via-Geometrien und der Einsatz zertifizierter Materialien sind dabei ebenso unabdingbare Voraussetzungen wie die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der (Laser-)Bohrtechnologie, der verwendeten Press- und Registrierverfahren sowie der eingesetzten Metallisierungs- und Verfüllprozesse.

Damit stellen wir sicher, dass auch komplexe HDI , Via in Pad  und Multilayer Aufbauten mit Microvias reproduzierbar und langzeitstabil gefertigt werden. 
 

Konkrete Vorteile mit CONTAG

  • Früher Support für ein kostenoptimiertes und fertigungssicheres Design
  • Maximale Präzision und Zuverlässigkeit durch moderne Laser-, X-Ray, Bohr- und Registrierprozesse
  • Hohe Zuverlässigkeit der Metallisierungsprozesse durch regelmäßige Badanalysen und kontinuierliche Schliffuntersuchungen

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