本文要點
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什麼是垂直導電結構 (Vertical Conductive Structures，VeCS)及其工作原理。 |
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利用 VeCS 進行PCB設計的優勢。 |
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使用 VeCS 技術設計電路板的後續步驟。 |
一塊高速高密印刷電路板
長久以來，我們不斷努力改進設計和構建電路板的方式——已從通孔發展到表面貼焊元件，從雙層電路板發展到多層電路板，從普通導線走線發展到高密佈線。似乎如今已沒有什麼可以嘗試的新鮮技術，然而這種想法是錯誤的。
為了盡可能有效地利用可用的電路板空間，目前業內正在引入一種新的走線佈線方法。這種方法使用 垂直導電結構 (Vertical Conductive Structures，VeCS)，允許在板層疊構中垂直佈線，而不是使用傳統的過孔 (Vias)。顯然，這樣做可以節省不少空間，還額外帶來許多其他好處。下面我們來具體瞭解一下。
什麼是垂直導電結構 (VeCS) 及其工作原理
在擁有大量引腳、遍佈細間距元件的高密電路板上進行佈線，挑戰之一是為所有的走線找到足夠的佈線通道。即便使用微孔 (microvias) 和 BGA 盤中孔 (via-in-pad) 技術進行逃逸佈線 (escape routing)，用於佈線的可用空間也會很快用完。另一個問題是，為了在更多的層上打更深的孔，必須增加鑽孔直徑，這也佔用了更多的空間。此時，垂直導電結構 (VeCS) 就有了用武之地。
VeCS 技術允許走線垂直穿過電路板的堆疊，從而取代了鑽孔。除了傳統的製造通孔電路所需的設備外，該技術不需要使用任何專門的設備，但它會將 PCB 的佈線密度提高到接近高密互連 (HDI) 的水準。以下是在電路板上製造 VeCS 的基本步驟，如下圖所示：
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從頂部看，藉由在電路板材料上鑽孔和 / 或佈線來創建一個插槽。 |
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根據標準的 PCB 製造技術，對該插槽進行金屬化和電鍍處理。 |
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較大的鑽孔相鄰放置，以鑽出不需要的金屬。 |
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剩下的是小的、垂直的走線，貫穿電路板的疊構。 |
VeCS 的基本製造過程
當然，這只是一個非常基本的例子，實際製造過程取決於每個應用的具體要求。如上圖底部所示，紅色的小區域是垂直穿過電路板的金屬。然後，這些垂直的導體可以觸及電路板內層的普通水準走線。
可以在垂直導電結構中使用兩種插槽技術：VeCS-1 和 VeCS-2。第一種類型的插槽穿過整個電路板疊構，而第二種類型則用於多層盲孔連接。由於 VeCS 是使用標準工藝製造的，它們也可以與通孔、盲孔和埋孔以及微孔技術結合使用。這提供了諸多優勢，詳見下文討論。
利用垂直導電結構進行 PCB 設計的優勢
從上圖可以看到，垂直導體的橫截面更小，比鑽孔的橫截面更接近於標準走線。與通孔相比，這種導體輪廓最終導致網格 (net) 的電感量更小。同時，更有利於垂直走線將訊號傳遞到參考平面，所有這些都有助於改善電路板的整體訊號完整性。
不過，最主要的優勢可能是 VeCS 為走線佈線增加了佈線通道。對於一個具有 0.5 毫米間距引腳的 BGA 元件，使用盤中孔 (via-in-pads) 進行逃逸佈線時，在內層佈線通道上的孔之間的空間僅夠佈設一條走線。然而，透過使用 VeCS，佈線通道的數量增加到了五個。在下圖中，可以看到兩者之間的區別，左邊是標準的盤中孔逃逸佈線模式，右邊是 VeCS。
藍色代表鑽孔或佈線的區域，而紅色是可以經由內層的通道進行佈線的走線。可以看到，黃色的垂直走線連接到黑色的 BGA 焊盤，然後向下延伸通過電路板層疊構。同樣，這只是一個基本的例子，但它可以讓我們瞭解 VeCS 所能提供的一些空間優勢。
盤中孔和 VeCS 佈線比較
有了增加佈線密度的能力，電路板的尺寸和 / 或層數就可以減少；這也會降低製造成本。那麼下一個問題是，如何才能在 PCB 上設計 VeCS？
使用 VeCS 技術設計電路板的後續步驟
製造和設計垂直導電結構 (VeCS) 的技術早已問世。PCB 設計 CAD 工具經過恰當設置後可以與這種技術配合使用；此外，一些先進的設計系統，如 Cadence Allegro PCB Designer，無需額外配置即可設計 VeCS。同時，也要確保合作的 PCB 製造廠經過許可，能夠生產這種技術。一旦確認了這一點，就可以開始探索這項新技術了。
在我們的行業中，還會出現更多新的電路板設計和製造技術，為了保持領先，我們應該做好準備，在這些新的技術出現時進行大膽探索。要實現這一點，需要擁有一個能夠支援這些新技術的 PCB 設計系統作為設計過程的基礎。事實證明，Allegro PCB Designer 經過妥當設置，可以很好地支援 VeCS 和許多其他新興技術。
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譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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