Durchkontaktierung

Nahaufnahme einer Durchkontaktierung

Durchkontaktierung (ugs. Durchsteiger) (englisch Vertical Interconnect Access, abgekürzt VIA) ist eine vertikale elektrische Verbindung zwischen den Leiterebenen einer Leiterplatte. Die Verbindung wird meist mit durch eine innen metallisierte Bohrung im Trägermaterial der Leiterplatte realisiert. Selten werden auch Niete und Stifte verwendet.

Solche Vias finden sich auch in integrierten Schaltkreisen (IC), wobei das Prinzip das gleiche ist, nur die Herstellung stark abweicht. Ein Beispiel ist die Silizium-Durchkontaktierung, die unter anderem bei zukünftigen ICs mit vertikaler Integration (3D-Integration) Anwendung finden soll.

Herstellung

Platine von Bild oben mit Durchkontaktierungen; oben: Oberseite (top layer); unten: Unterseite (bottom layer)

Durchkontaktierungen werden hergestellt, indem das Loch im Trägermaterial bekeimt (mit einem Katalysator belegt), anschließend katalytisch metallisiert und danach ggf. elektrolytisch verstärkt (Aufbau einer dickeren Metallschicht) wird. Diese Technologie unterscheidet sich von der Fertigung der Leiterbahnen (diese können mit einem Maskenätzverfahren hergestellt werden), entsprechende Leiterplatten werden als durchkontaktierte Leiterplatten (DKL) bezeichnet. Leiterplatten ohne Durchkontaktierungen werden dementsprechend als NDKL bezeichnet.

Einsatz

Die Durchkontaktierungs-Bohrung kann gleichzeitig als Lötauge für bedrahtete Bauelemente dienen (through hole) oder nur zum Zweck der elektrischen Kontaktierung angebracht sein.

Durchkontaktierungen können auch oder ausschließlich zur Verbesserung der vertikalen Wärmeleitung dienen (thermal vias).

Zur Verringerung der Leitungsinduktivität oder zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit werden für eine Verbindung oft parallel mehrere Durchkontaktierungen eingebracht.

Ausführungen

Verschiedene Typen von Durchkontaktierungen (1 through hole, 2 blind via, 3 buried via)

Je nach Verwendungszweck ist der Durchmesser und gegebenenfalls die Form unterschiedlich. Kleinere Durchkontaktierungen werden bei der Leiterplattenherstellung gebohrt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass größere Durchkontaktierungen gefräst werden und somit andere Geometrien (beispielsweise Langlöcher) hergestellt werden können.

Mit Hilfe von Durchkontaktierungen ist es möglich, die Leiterebenen in zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten zu wechseln. Das ist die Voraussetzung für das Entflechten komplexer Schaltungen.

Wenn das Loch der Durchkontaktierung einen sehr kleinen Durchmesser hat, nennt man diese auch Micro-Via. Micro-Vias werden häufig mit einem Laser gebohrt.

Reicht die Durchkontaktierung nicht durch die ganze Platine, sondern nur bis zu einer der Mittellagen, nennt man sie blind via. Befinden sich Durchkontaktierungen „vergraben“ nur zwischen Mittellagen, heißen sie buried via.

Bestückung

Schnitt durch ein Multilayer mit Via

SMD-Bauelemente

Bedrahtete Bauteile werden zunehmend durch unbedrahtete Surface Mounted Devices ersetzt, daher besitzen heutige Leiterplatten eine größere Zahl an Durchkontaktierungen, die kein Bauteil aufnehmen. Im Bereich von SMD-Lötstellen sollen keine Durchkontaktierungen liegen, da beim Löten flüssiges Lot in die Durchkontaktierung hineinfließen kann und somit zu einer mageren Lötstelle führen kann. Lassen sich im Pad-Bereich von SMD-Bauteilen aber Durchkontaktierungen nicht vermeiden, so muss durch dickeren Lötpastenauftrag ein ausreichender Lotvorrat vorgesehen werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Durchkontaktierungen mit adäquaten Verfahren abzudecken oder zu verschließen.

THT-Bauelemente

Wenn (bedrahtete) Bauteile in Durchkontaktierungen gelötet werden, werden die Durchkontaktierung mit Lot gefüllt. Das verbessert die Verbindung des Bauteils zur Leiterplatte, allerdings muss dieses Zinn beim Entlöten der Bauelemente wieder entfernt werden, was Reparaturen an derartigen Baugruppen erschwert.

Robustheit der Leiterplatte

Durchkontaktierte Leiterplatten liefern einen besseren Halt und zuverlässigere Verbindung bedrahteter Bauteile. Sie sind daher auch bei einfachen Baugruppen hoher Qualität üblich. Neben der Klebeverbindung der einzelnen Schichten der Leiterplatte sorgen die metallisierten Durchkontaktierungen zu einem besseren Zusammenhalt der Leiterplatte.