Printed Circuit Board Vias must be used to connect the solder balls

If you look closely at a printed circuit board (PCB), you will see countless tiny holes dotting the surface. These are not defects; they are vias. Though often overlooked, vias play a critical role in modern electronics. This article explains what vias are, why they matter for performance stability, how to design them properly, and how to improve them during reverse engineering.

Ao realizar a engenharia reversa de uma placa de circuito impresso existente – seja para reparo, melhoria ou recuperação de um produto antigo – você frequentemente encontra posicionamento inadequado de vias. Veja como melhorar sistematicamente o layout das vias:
Extraia a Netlist e a Pilha de Camadas: Primeiro, documente todas as conexões, a localização dos componentes e a estrutura das camadas. Identifique quais redes são críticas: clocks, dados de alta velocidade, alimentação e sinais analógicos sensíveis.
Procure por stubs desnecessariamente longos – por exemplo, uma via que atravessa todas as camadas quando apenas duas camadas adjacentes são necessárias. Substitua por vias cegas, se o número de camadas permitir, ou especifique a perfuração reversa.
Verifique a densidade de vias – muitas vias próximas umas das outras podem enfraquecer a placa e causar fraturas na folha de cobre. Distribua-as ou consolide-as.
Identifique conexões de alimentação com uma única via – substitua-as por múltiplas vias paralelas para reduzir a indutância e a concentração de corrente.
Encontre vias posicionadas sob componentes grandes – movê-las ligeiramente para longe pode melhorar a soldabilidade e a inspeção.
Para pares diferenciais (USB, Ethernet), certifique-se de que os vias do par sejam simétricos e estejam posicionados próximos uns dos outros para manter o acoplamento.
Remova os vias das trilhas de alta velocidade sempre que possível – cada via é uma protuberância de impedância. Em vez disso, faça o roteamento em uma única camada para as redes críticas.
Adicione vias térmicas sob qualquer componente de potência que aqueça – mesmo que a placa original não as tivesse. Esta é uma melhoria barata e eficaz.
Atualize as regras de fabricação: muitas placas antigas foram projetadas com vias superdimensionadas. Reduzi-las para os mínimos modernos (mantendo a confiabilidade) libera espaço de roteamento e reduz a capacitância parasita.

1. What Are PCB Vias?

A via (short for “vertical interconnect access”) is a small hole drilled through a PCB and plated with copper to create an electrical connection between different layers. Vias allow signals and power to travel from one layer to another, enabling complex multi-layer board designs. There are several types of vias:

Through‑hole via – goes through all layers of the board.
Blind via – connects an outer layer to one or more inner layers but does not go through the entire board.
Buried via – connects inner layers only, invisible from the outside.
Microvia – an extremely small laser‑drilled via used in high‑density designs (HDI).

Without vias, a multi‑layer PCB would be just a stack of isolated copper planes – useless for real circuits.

2. Why Vias Matter for Electronic Performance Stability

$Al realizar ingeniería inversa de una PCB existente (ya sea para repararla, mejorarla o recuperar un producto antiguo), es frecuente encontrar una disposición de vías subóptima. A continuación, se explica cómo mejorar sistemáticamente la disposición de las vías: Extraiga la lista de conexiones y la estructura de capas: Primero, documente todas las conexiones, la ubicación de los componentes y la estructura de capas. Identifique las redes críticas: relojes, datos de alta velocidad, alimentación y señales analógicas sensibles. Busque tramos de vía innecesariamente largos, por ejemplo, una vía que atraviesa todas las capas cuando solo se necesitan dos capas adyacentes. Reemplácelos con vías ciegas si el número de capas lo permite, o especifique la perforación posterior. Verifique la densidad de vías: demasiadas vías muy juntas pueden debilitar la placa y provocar fracturas en la lámina de cobre. Distribúyalas o consolide. Identifique las conexiones de alimentación de una sola vía: reemplácelas con múltiples vías paralelas para reducir la inductancia y la concentración de corriente. Encuentre vías colocadas debajo de componentes grandes: moverlas ligeramente puede mejorar la soldabilidad y la inspección. Para pares diferenciales (USB, Ethernet), asegúrese de que las vías del par sean simétricas y estén muy cerca unas de otras para mantener el acoplamiento. Elimine las vías de las rutas de alta velocidad siempre que sea posible, ya que cada vía supone un aumento de impedancia. En su lugar, utilice una sola capa para las redes críticas. Añada vías térmicas debajo de cualquier componente de alimentación que se caliente, incluso si la placa original no las tenía. Esta es una mejora económica y eficaz. Actualice las normas de fabricación: Muchas placas antiguas se diseñaron con vías sobredimensionadas. Reducirlas a los mínimos actuales (manteniendo la fiabilidad) libera espacio para el enrutamiento y reduce la capacitancia parásita.$

Al realizar ingeniería inversa de una PCB existente (ya sea para repararla, mejorarla o recuperar un producto antiguo), es frecuente encontrar una disposición de vías subóptima. A continuación, se explica cómo mejorar sistemáticamente la disposición de las vías:
Extraiga la lista de conexiones y la estructura de capas: Primero, documente todas las conexiones, la ubicación de los componentes y la estructura de capas. Identifique las redes críticas: relojes, datos de alta velocidad, alimentación y señales analógicas sensibles.
Busque tramos de vía innecesariamente largos, por ejemplo, una vía que atraviesa todas las capas cuando solo se necesitan dos capas adyacentes. Reemplácelos con vías ciegas si el número de capas lo permite, o especifique la perforación posterior.
Verifique la densidad de vías: demasiadas vías muy juntas pueden debilitar la placa y provocar fracturas en la lámina de cobre. Distribúyalas o consolide.
Identifique las conexiones de alimentación de una sola vía: reemplácelas con múltiples vías paralelas para reducir la inductancia y la concentración de corriente.
Encuentre vías colocadas debajo de componentes grandes: moverlas ligeramente puede mejorar la soldabilidad y la inspección.
Para pares diferenciales (USB, Ethernet), asegúrese de que las vías del par sean simétricas y estén muy cerca unas de otras para mantener el acoplamiento.
Elimine las vías de las rutas de alta velocidad siempre que sea posible, ya que cada vía supone un aumento de impedancia. En su lugar, utilice una sola capa para las redes críticas.
Añada vías térmicas debajo de cualquier componente de alimentación que se caliente, incluso si la placa original no las tenía. Esta es una mejora económica y eficaz.
Actualice las normas de fabricación: Muchas placas antiguas se diseñaron con vías sobredimensionadas. Reducirlas a los mínimos actuales (manteniendo la fiabilidad) libera espacio para el enrutamiento y reduce la capacitancia parásita.

Vias may look simple, but their electrical and physical characteristics directly affect signal integrity, power delivery, and thermal management. Here is why they matter:

Signal Integrity: Every via introduces a small impedance discontinuity. At high frequencies (e.g., in DDR memory or RF circuits), this can cause signal reflections, ringing, and data errors. Poorly placed vias also create stub effects – unused portions of a via that act like antennas, radiating noise.
Power Distribution: Vias carry current between power planes and components. A via with too high resistance or inductance can cause voltage droop under load, leading to logic errors or system resets.
Thermal Management: Vias can conduct heat away from hot components. Insufficient or poorly designed thermal vias cause hotspots, reducing component lifespan.
Manufacturing Reliability: Badly designed vias (e.g., too small annular rings or inadequate copper plating) can crack during thermal cycling, leading to intermittent opens.

In short, a stable electronic device requires vias that are electrically transparent and mechanically robust.

3. How to Design Good Vias on a PCB

При обратном проектировании существующей печатной платы — например, для ремонта, улучшения или восстановления устаревших продуктов — часто обнаруживается неоптимальное размещение переходных отверстий. Вот как систематически улучшить компоновку переходных отверстий:
Извлеките список соединений и структуру слоев: Во-первых, задокументируйте все соединения, расположение компонентов и структуру слоев. Определите, какие цепи являются критически важными: тактовые сигналы, высокоскоростные данные, питание и чувствительные аналоговые сигналы.
Ищите излишне длинные заглушки — например, переходное отверстие, проходящее через все слои, когда нужны только два смежных слоя. Замените их глухими переходными отверстиями, если позволяет количество слоев, или укажите обратное сверление.
Проверьте плотность переходных отверстий — слишком много переходных отверстий, расположенных близко друг к другу, может ослабить плату и вызвать растрескивание медной фольги. Распределите их или объедините.
Выявите силовые соединения с одним переходным отверстием — замените их несколькими параллельными переходными отверстиями, чтобы уменьшить индуктивность и концентрацию тока.
Найдите переходные отверстия, расположенные под крупными компонентами — небольшое их перемещение может улучшить паяемость и контроль качества.
Для дифференциальных пар (USB, Ethernet) убедитесь, что переходные отверстия симметричны и расположены близко друг к другу для поддержания связи.
По возможности удалите переходные отверстия из высокоскоростных трасс — каждое переходное отверстие представляет собой пик импеданса. Вместо этого, разводку критически важных цепей следует проводить на одном слое.
Добавьте теплоотводящие переходные отверстия под любой нагревающийся силовой компонент — даже если на оригинальной плате их не было. Это дешевое и эффективное улучшение.
Обновите правила производства: многие старые платы были спроектированы с переходными отверстиями увеличенного размера. Уменьшение их до современных минимальных размеров (при сохранении надежности) освобождает место для трассировки и уменьшает паразитные емкости.

Designing good vias is a mix of electrical, thermal, and manufacturing rules. Here are key guidelines:

Choose the Right Size: Via diameter and pad size must follow your manufacturer’s capabilities. As a rule, use the largest via that fits your routing density – tiny vias are more expensive and less reliable. For typical digital designs, a 0.3 mm drill with a 0.6 mm pad works well.
Minimize Stub Length: For high‑speed signals ( >1 Gbps ), use back‑drilling to remove the unused portion of a through‑hole via, or use blind/buried vias to eliminate stubs entirely.
Place Decoupling Vias Correctly: When connecting a decoupling capacitor to a power plane, place two vias per capacitor pad – one for the power connection and one for the ground return. This reduces loop inductance.
Use Thermal Vias Under Hot Components: For power ICs or voltage regulators, place an array of small vias (e.g., 0.2 mm drill, 0.4 mm pad) directly under the thermal pad to conduct heat to an internal ground plane.
Follow Impedance Control: If the via is part of a controlled‑impedance trace (e.g., 50Ω), use via‑modeling tools to adjust its dimensions and keep the impedance change minimal.

4. Reverse Engineering a Board – How to Improve Via Layout Design

Podczas inżynierii wstecznej istniejącej płytki PCB – na przykład w celu naprawy, ulepszenia lub odzyskania starszego produktu – często odkrywa się nieoptymalne rozmieszczenie przelotek. Oto jak systematycznie ulepszyć układ przelotek:
Wyodrębnij listę połączeń i stos warstw: Najpierw udokumentuj wszystkie połączenia, lokalizacje komponentów i strukturę warstw. Zidentyfikuj, które sieci są krytyczne: zegary, szybkie przesyłanie danych, zasilanie i wrażliwe sygnały analogowe.
Szukaj niepotrzebnie długich odcinków – np. przelotek przechodzących przez wszystkie warstwy, gdy potrzebne są tylko dwie sąsiednie. Zastąp je przelotkami ślepymi, jeśli pozwala na to liczba warstw, lub określ wiercenie wsteczne.
Sprawdź gęstość przelotek – zbyt wiele przelotek blisko siebie może osłabić płytkę i spowodować pęknięcia folii miedzianej. Rozłóż je lub skonsoliduj.
Zidentyfikuj połączenia zasilania z pojedynczymi przelotkami – zastąp je wieloma równoległymi przelotkami, aby zmniejszyć indukcyjność i natężenie prądu.
Znajdź przelotki umieszczone pod dużymi komponentami – ich nieznaczne odsunięcie może poprawić lutowalność i inspekcję.
W przypadku par różnicowych (USB, Ethernet) należy upewnić się, że przelotki w parze są symetryczne i umieszczone blisko siebie, aby zachować sprzężenie.
W miarę możliwości należy usuwać przelotki ze ścieżek o dużej szybkości – każda przelotka zwiększa impedancję. Zamiast tego, w przypadku sieci krytycznych, należy prowadzić przewody na jednej warstwie.
Dodaj przelotki termiczne pod każdym nagrzewającym się elementem zasilania – nawet jeśli oryginalna płytka ich nie miała. To tanie i skuteczne rozwiązanie.
Zaktualizuj zasady produkcji: Wiele starych płytek zostało zaprojektowanych z przewymiarowanymi przelotkami. Zmniejszenie ich do współczesnych minimów (przy jednoczesnym zachowaniu niezawodności) zwalnia miejsce na ścieżki i zmniejsza pojemność pasożytniczą.

When you reverse engineer an existing PCB – perhaps for repair, improvement, or legacy product recovery – you often find suboptimal via placement. Here is how to systematically improve the via layout:

Extract the Netlist and Layer Stack: First, document all connections, component locations, and layer structure. Identify which nets are critical: clocks, high‑speed data, power, and sensitive analog signals.
Audit Existing Vias:
- Look for unnecessarily long stubs – e.g., a via that goes through all layers when only two adjacent layers are needed. Replace with blind vias if layer count allows, or specify back‑drilling.
- Check via density – too many vias close together can weaken the board and cause copper foil fractures. Spread them out or consolidate.
- Identify single‑via power connections – replace them with multiple parallel vias to reduce inductance and current crowding.
- Find vias placed under large components – moving them slightly away can improve solderability and inspection.
Optimize for Signal Integrity:
- For differential pairs (USB, Ethernet), ensure that vias for the pair are symmetrical and placed close together to maintain coupling.
- Remove vias from high‑speed trace paths where possible – each via is an impedance bump. Instead, route on a single layer for critical nets.
Enhance Thermal Performance:
- Add thermal vias under any power component that runs warm – even if the original board had none. This is a cheap and effective improvement.
Update Manufacturing Rules: Many old boards were designed with oversized vias. Shrinking them to modern minimums (while staying reliable) frees up routing space and reduces parasitic capacitance.

After making these changes, you can produce a revised PCB layout that is electrically quieter, runs cooler, and is more robust than the original. In many cases, simply adding a few parallel vias on power nets or removing stubs on clock lines can transform a marginal design into a highly stable one.

Conclusion

Khi bạn phân tích ngược một bo mạch in (PCB) hiện có – có thể để sửa chữa, cải tiến hoặc khôi phục sản phẩm cũ – bạn thường thấy vị trí đặt via không tối ưu. Dưới đây là cách cải thiện bố cục via một cách có hệ thống:
Trích xuất Netlist và Layer Stack: Trước tiên, hãy ghi lại tất cả các kết nối, vị trí linh kiện và cấu trúc lớp. Xác định các net nào là quan trọng: xung nhịp, dữ liệu tốc độ cao, nguồn và tín hiệu analog nhạy cảm.
Tìm kiếm các đoạn via quá dài không cần thiết – ví dụ: một via đi xuyên qua tất cả các lớp trong khi chỉ cần hai lớp liền kề. Thay thế bằng via mù nếu số lớp cho phép, hoặc chỉ định khoan ngược.
Kiểm tra mật độ via – quá nhiều via gần nhau có thể làm yếu bo mạch và gây nứt lớp đồng. Hãy trải rộng chúng ra hoặc hợp nhất.
Xác định các kết nối nguồn via đơn – thay thế chúng bằng nhiều via song song để giảm độ tự cảm và sự tập trung dòng điện.
Tìm các via được đặt dưới các linh kiện lớn – di chuyển chúng ra xa một chút có thể cải thiện khả năng hàn và kiểm tra.
Đối với các cặp vi sai (USB, Ethernet), hãy đảm bảo rằng các via cho cặp đó đối xứng và được đặt gần nhau để duy trì sự ghép nối.
Loại bỏ các lỗ xuyên mạch (via) khỏi các đường dẫn tốc độ cao nếu có thể – mỗi lỗ xuyên mạch là một điểm tăng trở kháng. Thay vào đó, hãy định tuyến trên một lớp duy nhất cho các mạng quan trọng.
Thêm các lỗ xuyên mạch tản nhiệt bên dưới bất kỳ linh kiện nguồn nào hoạt động ở nhiệt độ cao – ngay cả khi bo mạch gốc không có. Đây là một cải tiến hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Cập nhật quy tắc sản xuất: Nhiều bo mạch cũ được thiết kế với các lỗ xuyên mạch quá khổ. Thu nhỏ chúng xuống kích thước tối thiểu hiện đại (trong khi vẫn đảm bảo độ tin cậy) sẽ giải phóng không gian định tuyến và giảm điện dung ký sinh.

Vias are much more than holes; they are essential building blocks of multi‑layer PCB design. Understanding what they are, why they affect performance, how to design them correctly, and how to improve them during reverse engineering will make you a better circuit designer or repair specialist. The next time you look at a circuit board, remember – those tiny holes are quietly working to keep your electronics stable and reliable.

Since the 1990s, more and more chips have been packaged in BGA (ball array) packages, and as technology continues to evolve, the Pitch (the center distance between solder balls and solder balls) of the package has become smaller and smaller. In this case, the solder balls located in the inner layer of the chip are not likely to be routed from the “aisle” between the solder balls PAD on the surface of the PCB. Therefore, the Printed Circuit Board Vias must be used to connect the solder balls to other conductive layers of the PCB. There are 3 types of holes, which are through holes, blind holes and buried holes, as show in below picture:

Among them, the through hole is the simplest through hole, which runs through all the layers of the PCB; it is widely used because of its easy process and low production cost. A blind hole is a through-hole that extends only through the surface of the PCB to the inner conductive layer, just like the elevator access from the top floor (or the ground floor) to the middle floor in the same building.

A buried via is a via that has both an origin and an end point in the inner conductive layer. The use of blind vias and buried vias can greatly optimize PCB layout and reduce PCB area. Because they are not like through-holes, once this position of all layers can no longer be wired or placed (except for the same network), the space that can be routed or placed is reserved for the layers that are not penetrated.