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PTH Via

在 PCB 設計中,PTH (Plated Through Hole, 鍍通孔) 是最基本的孔型結構,主要用於導通不同層別之間的電氣訊號,或作為插件元件(DIP)的焊盤。

一個標準的 PTH 結構由以下幾個部分組成:

-孔壁 (Barrel/Hole Wall): 鑽孔後經過鍍銅處理形成的金屬管狀結構,是垂直導通的核心。

-焊環 (Pad/Annular Ring): 在孔的頂層(Top)和底層(Bottom)圍繞孔徑的銅環,用於焊接或確保與線路連接。

-內層連接 (Inner Layer Connection/Land): 如果是多層板,孔壁會與特定的內層線路接觸。

-防焊開窗 (Solder Mask Opening): 決定孔頭是否要被綠漆覆蓋。

-隔離區 (Anti-pad): 在不需連接的銅箔層上,環繞在孔外的空白區域,防止與該層電源或地網短路。

1+N+1

在 HDI(高密度連接)設計中,1+N+1 是一種最基礎的二階疊構結構。這裡的「1」代表 HDI 特有的雷射鑽孔層(Microvia),而「N」則代表傳統的多層核心板(Core)。

-(外層雷射孔層): * 位於 PCB 的最外兩側(Top 與 Bottom)。

使用雷射鑽孔,通常連接第 1 層到第 2 層(L1-L2)以及倒數第 1 層到倒數第 2 層。

這層通常稱為 Microvia(微孔),孔徑極小(一般小於 6 mil)。

-(核心層 Core): * 中間的基板,由傳統的製作工藝完成。

包含埋孔 (Buried Via),貫穿整個 N 層(例如在 4 層核心中,連接 L2 到 L5)。

這部分的層數可以是 2、4、6 或更多。

-(另一側雷射孔層): * 對稱於頂層的底層結構。

2+N+2 Stacked

在 HDI 的領域中,2+N+2 疊孔 (Stacked Via) 結構是比 1+N+1 更進階的設計。這裡的「2」代表在核心板(Core)的每一側都有兩層雷射鑽孔層。而 Stacked (疊孔) 指的是這兩層雷射孔在垂直方向上直接重疊。
在 2+N+2 疊孔結構中,典型的層次連接(以 8 層板為例)如下:
Layer 1 – Layer 2 (Level 1 Microvia): 第一層雷射孔。
Layer 2 – Layer 3 (Level 2 Microvia): 第二層雷射孔,位置與 L1-L2 孔完全重合。
Layer 3 – Layer 6 (Buried Via): 核心板埋孔,連接內層。
Layer 6 – Layer 7 (Level 2 Microvia): 對稱的底部第二層雷射孔。
Layer 7 – Layer 8 (Level 1 Microvia): 對稱的底部第一層雷射孔。

2+N+2 Staggered

在 HDI 設計中,2+N+2 錯孔 (Staggered Via) 結構與疊孔(Stacked)最大的不同在於:相鄰層的雷射孔位彼此錯開,而不垂直重疊。這是一種在佈線密度與製程可靠度之間取得平衡的常見選擇。

結構定義
以一個 8 層板(L1-L8)為例,2+N+2 Staggered 的孔位配置通常如下:

-第一階雷射孔 (Microvia 1): 連接 L1-L2。

-第二階雷射孔 (Microvia 2): 連接 L2-L3。

-核心埋孔 (Buried Via): 連接 L3-L6(即 N 層)。

-錯位特徵: L1-L2 的中心點與 L2-L3 的中心點在水平座標上不重合,兩孔之間通常需要保持一定的間距。

3+N+3 Stacked


在 HDI 結構中,3+N+3 疊孔 (Stacked Via) 屬於三階(Third-order)高密度連接設計。這代表在核心板(Core)的每一側都有三層雷射鑽孔層。當這三層雷射孔在垂直方向上中心點對齊且重疊時,就構成了三階疊孔。

這類設計通常出現在空間極度受限、且需要支援超高腳位(High Pin Count)及超小間距(Ultra-fine Pitch,如 0.3mm)BGA 的產品中。

製程挑戰:多次壓合與填孔
3+N+3 結構需要 4 次壓合,且製程管控極其嚴格。

Skip Via

在 HDI 佈線中,Skip Via(跳層過孔) 是一種特殊的盲孔結構。它的定義是:跨越兩層或更多層,但中間層並不與該過孔產生電氣連接。

簡單來說,它就像是一部「特快車」,從 L1 直接跳到 L3,中間經過 L2 但不在 L2 停留(不連接)。

Skip Via 的結構剖析
以最常見的 Skip Via (L1-L3) 為例:

起點與終點: 通常從外層(L1)開始,終點在內層(L3)。

中間層 (L2): 過孔穿過 L2 層,但 L2 層上沒有焊盤(Pad)與該過孔連接。

製作方式: 通常使用雷射鑽孔。由於它必須一次穿透兩層的介電質(Dielectric),對雷射的能量控制與精準度要求較高。

HDI 2+N+2 Stacked Via with VIPPO (POFV)

1. 2+N+2 疊層 (Sequential Buildup)
頂部/底部兩層雷射孔: 你可以看到最外層有兩個連續重疊的梯形孔(Microvia),這代表兩次增層。

中間核心層 (N): 圖像中央是一個最長的貫穿結構,這是核心板的埋孔 (Buried Via)。

2. 疊孔 (Stacked Via) 特徵
圖片中的雷射孔是垂直對齊並直接打在下層孔的上方,這就是 Stacked(疊孔)設計。相較於錯開位置的 Staggered,這種設計最節省空間。

3. VIPPO / POFV 製程
關鍵細節: 中間那個巨大的埋孔內部充滿了灰色顆粒狀的物質,這代表該孔經過了 樹脂填孔 (Resin Filling)。

蓋孔 (Capping): 填孔上方有一層平整的銅層,讓上方的雷射孔可以垂直疊在它上面。這種「在填滿的孔上方製作焊盤或疊孔」的技術就是 VIPPO (Via In Pad Plated Over) 或 POFV (Pad On Filled Via)。

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