Wie sollte die Größe, die Position und die Lötmaske von Wie lassen sich Durchkontaktierungen innerhalb von Leiterplatten-Pads steuern?

In Leiterplattenentwurf, Durchkontaktierungen (Vias), Blind-Vias (Halbdurchkontaktierungen) und vergrabene Durchkontaktierungen (Vias in inneren Schichten) sind zentrale Strukturen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den Schichten. Ihre konstruktive Auslegung wirkt sich unmittelbar auf die Signalintegrität, die mechanische Festigkeit und die Herstellbarkeit der Leiterplatte aus. Die Spezifikationen müssen unter drei Gesichtspunkten festgelegt werden: Größenanpassung, Layout-Regeln und Impedanzsteuerung. Die Parameter sollten entsprechend dem Anwendungsszenario optimiert werden, um Probleme wie Signalübersprechen und den Bruch von Durchkontaktierungswänden zu vermeiden. Dieser Artikel, der vom Leiterplatten-Entwicklungsteam von Geyuan Electronics zusammengestellt wurde, behandelt die Steuerung von Größe, Position und Lötmaske von Durchkontaktierungen innerhalb von Leiterplatten-Pads. Hier erfahren Sie mehr über die relevanten Designkonzepte und Grundprinzipien.

Zusammenhang zwischen Pads und Durchkontaktierungen auf Leiterplatten

Ein Pad ist ein grundlegendes Konstruktionselement. Pads dienen dazu, Bauteile auf einer Leiterplatte zu befestigen und Verbindungspunkte zwischen den Anschlüssen der Bauteile und den Leiterbahnen auf der Leiterplatte herzustellen. Pads können auf einer einzigen Schicht liegen, wie beispielsweise Pads für oberflächenmontierte Bauelemente, oder es kann sich um dreidimensionale Durchsteck-Pads handeln, die einen zylindrischen Körper in der Z-Ebene (vertikale Richtung) und flache Bereiche auf jeder (horizontalen) Kupferschicht aufweisen. Der zylindrische Körper des Pads entsteht während des Leiterplattenfertigung Vorgang beim Bohren von Löchern und beim Beschichten der Lochwände auf der Leiterplatte. In der X- und Y-Ebene können Pads kreisförmig, rechteckig, achteckig, als abgerundete Rechtecke, als abgeschrägte Rechtecke oder in benutzerdefinierten Formen vorliegen. Pads können in einem Entwurf unabhängig als Freiform-Pads verwendet werden, werden jedoch häufiger in einem PCB-Bibliothekseditor zusammen mit anderen Grundobjekten zur Bildung von Bauteilgehäusen eingesetzt.

Eine Durchkontaktierung ist ein grundlegendes Konstruktionselement. Durchkontaktierungen dienen dazu, vertikale elektrische Verbindungen zwischen zwei oder mehr elektrischen Schichten auf einer Leiterplatte herzustellen. Eine Durchkontaktierung ist ein dreidimensionales Objekt mit einem zylindrischen Körper in der Z-Ebene (vertikale Richtung) und einem flachen, ringförmigen Bereich auf jeder (horizontalen) Kupferschicht. Der zylindrische Körper einer Durchkontaktierung entsteht während des Herstellungsprozesses beim Bohren und Galvanisieren der Lochwände. Durchkontaktierungen sind in der X- und Y-Ebene kreisförmig, ähnlich wie kreisförmige Pads. Der Hauptunterschied zwischen Durchkontaktierungen und Pads besteht darin, dass Durchkontaktierungen alle Schichten einer Leiterplatte (von oben nach unten) durchsetzen können und zudem eine Verbindung von einer Oberflächenschicht zu einer Innenschicht oder zwischen zwei Innenschichten herstellen können.

Warum ist das Design der Durchkontaktierungen in Leiterplatten-Pads wichtig?

Wenn Sie mit BGA- oder Fine-Pitch-Gehäusen arbeiten, haben Sie sicher schon von Durchsteck-Leiterplatten gehört. Anstatt Durchkontaktierungen neben den Kontaktflächen anzubringen, platzieren Ingenieure diese direkt innerhalb der Kontaktflächen. Warum? Weil dies Platz spart und die Induktivität in Hochgeschwindigkeits-Designs verringert. Es gibt jedoch ein Problem: Diese Durchkontaktierungen müssen gefüllt und plattiert werden; andernfalls fließt beim Bestücken Lötzinn in die Durchkontaktierungen und führt zu schlechten Verbindungen. Aus diesem Grund kommt bei Durchkontaktierungs-Leiterplatten immer die Fill-In-Technologie zum Einsatz.

Definition von Pads auf der Leiterplatte

Die äußere Form von Durchsteck-Lötpads ist in der Regel kreisförmig, quadratisch oder oval. Die genauen Maßangaben sind im Folgenden aufgeführt.

Blendengröße	Wenn der tatsächliche Stift rund ist: Lochdurchmesser = tatsächlicher Stiftdurchmesser + 0,20–0,30 mm (ca. 8,0–12,0 MIL); Wenn der tatsächliche Stift quadratisch oder rechteckig ist: Lochdurchmesser = tatsächliche Diagonale des Stifts + 0,10–0,20 mm (ca. 4,0–8,0 MIL).
Pad-Größe	Die Standardgröße der Kontaktfläche entspricht in etwa dem Lochdurchmesser zuzüglich 0,50 mm (20,0 MIL).

Spezifikationen für das Design von Leiterplatten-Pads

Beim Leiterplattenentwurf sollten die Pads ebenfalls gemäß dem Standard IPC-7351 entworfen werden. IPC-7351 legt Richtlinien für die Gestaltung von Anschlussflächen hinsichtlich Bauteiltypen, Größen und Gehäuseformen fest, was den Einsatz einer größeren Anzahl von Bauteilen ermöglicht und dazu beiträgt, den Materialverbrauch zu senken. Auch wenn einige elektronische Bauteile nicht diesem Standard entsprechen, kann IPC-7351 bei der präzisen Positionierung helfen und Abweichungen reduzieren.

Daher sollte der Mindestdurchmesser jedes Pads nicht weniger als 0,25 mm betragen, und der maximale Durchmesser des gesamten Pads sollte das Dreifache des Lochdurchmessers des Bauteils nicht überschreiten. Im Allgemeinen werden bei Durchsteckbauteilen runde Pads verwendet, deren Durchmesser mindestens das 1,8-Fache des Lochdurchmessers beträgt; der Pad-Durchmesser bei einseitigen Leiterplatten sollte nicht kleiner als 2 mm sein; das optimale Verhältnis von Pad-Größe zu Durchstecklochdurchmesser bei doppelseitigen Leiterplatten beträgt 2,5. Bei Bauteilen, die für automatische Bestückungsmaschinen geeignet sind, sollte die Pad-Größe bei doppelseitigen Leiterplatten dem Standard-Lochdurchmesser + 0,5 bis + 0,6 mm entsprechen.

Der Abstand zwischen den Kanten zweier Pads sollte größer als 0,4 mm sein, und der Abstand zwischen den Kanten zweier Pads in einer Reihe, die senkrecht zur Richtung der Wellenkrone verläuft, sollte größer als 0,5 mm sein (in diesem Fall kann diese Pad-Reihe als Leitergruppe oder Buchse betrachtet werden, und der Abstand zwischen ihnen ist zu gering, was leicht zu einer Brückenbildung führen kann) .

Für eine dichte Verdrahtung werden ovale und längliche Anschlusspads empfohlen. Der Durchmesser oder die Mindestbreite von Pads auf einseitigen Leiterplatten sollte 1,6 mm betragen, oder es sollte eine einseitige Leiterplatte mit einer Dicke von 0,3 mm und einem 0,2 mm breiten Lötkranz auf einer Seite verwendet werden; übermäßig große Pads können leicht zu unnötigen Brückenbildungen führen. Für eine sehr dichte Verdrahtung werden runde und längliche Pads empfohlen. Der Durchmesser dieser Pads beträgt typischerweise 1,4 mm oder ist sogar noch kleiner.

Pads mit Öffnungen von mehr als 1,2 mm oder einem Durchmesser von mehr als 3,0 mm sollten als Stern- oder Kleeblatt-Pads ausgeführt werden. Bei Durchsteckbauteilen sollten die Lötstellen einseitiger Leiterplatten vollständig mit Kupferfolie bedeckt sein, um einen Bruch der Kupferfolie während des Lötvorgangs zu vermeiden; bei doppelseitigen Leiterplatten sollten die Pads hingegen mindestens tropfenförmig gestaltet sein.

Bei allen Steckverbindern und anderen tragenden oder schweren Bauteilen sollte die Kupferfolie, die die Anschlussdrähte im Umkreis von 2 mm bedeckt, so groß wie möglich sein, und es sollten keine leeren Pads vorhanden sein, um eine ausreichende Lötmittelaufnahme zu gewährleisten. Dadurch wird verhindert, dass sich die Kupferfolie leicht ablöst, wenn die Buchse einer äußeren Krafteinwirkung ausgesetzt ist. Bei großen Bauteilen (wie Transformatoren, Elektrolytkondensatoren mit einem Durchmesser von 15,0 mm oder mehr, Hochstrombuchsen usw.) sollten Sie die Kupferfolie und die Lötfläche wie in der folgenden Abbildung dargestellt vergrößern; der schraffierte Bereich sollte mindestens der Pad-Fläche entsprechen. Alternativ können sie als quincunx- oder sternförmige Pads ausgelegt werden.

Alle maschinell isolierten Bauteile müssen mit Tropfschutzplatten entlang der Biegerichtung ausgestattet sein, um vollständige Lötstellen an der Biegestelle zu gewährleisten. Bei horizontal angeordneten Bauteilen sollten der linke und der rechte Anschluss nach innen gebogen sein; bei vertikal angeordneten Bauteilen sollte der linke Anschluss nach außen gebogen sein, während der rechte Anschluss um 15° nach unten und der linke Anschluss um 15° nach oben geneigt sein sollte. Stellen Sie sicher, dass der Randabstand zwischen dem Bauteil und den umgebenden Pads mindestens 0,4 beträgt.

Befinden sich auf der Leiterplatte große Masse- und Stromleitungen (Fläche über 500 mm²), sollten lokal Aussparungen vorgesehen oder der Bereich als Gitterfüllung ausgelegt werden.

Grundlegende Gestaltungsrichtlinien für die Abmessungen und Positionen von Durchkontaktierungen sowie für die Lötmaske bei Leiterplatten-Pads

Die Auslegung von Durchkontaktierungen innerhalb von Leiterplatten-Pads bestimmt unmittelbar die Lötzuverlässigkeit und die Signalintegrität. Überdimensionierte Durchkontaktierungen können zu einer unzureichenden Kupferfolie auf den Pads führen (was die Fixierung der Pins beim Löten erschwert), und ein Positionsversatz von mehr als 0,05 mm kann dazu führen, dass die Kante der Durchkontaktierung über das Pad hinausragt (was zu Lötverlust führt). Im Gegensatz zur Gefahr des “Entwerfens nach Erfahrung” muss sich wissenschaftliches Design an vier zentrale Vorgaben halten: Größenanpassung, präzise Positionierung, Kompatibilität mit der Lötmaske und ausreichende Kupferfolie. Jede Vorgabe verfügt über klare Parameterstandards und quantitative Anforderungen, um Designfehler zu vermeiden, die zu späteren Fertigungsproblemen führen. Heute analysieren wir die zentralen Designvorgaben für Durchkontaktierungen innerhalb von Pads und kombinieren dabei spezifische Parameter mit Fallstudien, um Ihnen zu helfen, die wichtigsten Designaspekte – von der Größe bis zur Lötmaske – zu beherrschen.

Maßangaben Steuerung in Via und Pad Design

Das Größenverhältnis von Durchkontaktierungen zu Lötpads ist der Kern des Designs. Es muss sichergestellt werden, dass “die Durchkontaktierungen nicht über die Grenzen der Lötpads hinausragen und auf den Lötpads genügend Kupferfolie zum Löten verbleibt”. Die wichtigsten Parameter und Standards lauten wie folgt:

1. Steuerung das Verhältnis von Durchkontaktierungsdurchmesser (Dv) zu Padgröße (Dp)

Runde Polster	Der Durchmesser der Durchkontaktierung Dv muss ≤ 1/2 des Pad-Durchmessers Dp betragen, und die verbleibende Kupferfolienbreite am Pad-Rand muss ≥ 0,1 mm betragen (Mindestanforderung an die Lötfläche).
Beispiel	Das kreisförmige Pad des Bauteils hat einen Durchmesser Dp = 0,3 mm, und der maximale Abstand Dv beträgt 0,15 mm (0,3 × 1/2). Die verbleibende Kupferfolienbreite beträgt (0,3 – 0,15) / 2 = 0,075 mm (nahe an 0,1 mm, daher ist eine sorgfältige Auswahl erforderlich; empfohlen wird Dv = 0,12 mm bei einer verbleibenden Breite von 0,09 mm).Das kreisförmige Pad des Bauteils hat einen Durchmesser Dp = 0,4 mm, Dv beträgt höchstens 0,2 mm und die verbleibende Kupferfolienbreite beträgt = (0,4 – 0,2) / 2 = 0,1 mm (erfüllt die Anforderungen).
quadratische Polster	Der Durchmesser der Durchkontaktierung Dv muss ≤ 1/2 der Seitenlänge des Pads betragen, und die verbleibende Kupferfolienbreite auf jeder Seite des Pads muss ≥ 0,1 mm betragen;
Beispiel	Das quadratische Pad hat eine Seitenlänge von 0,3 mm × 0,3 mm, einen maximalen Dv-Wert von 0,15 mm und eine verbleibende Breite von 0,075 mm auf jeder Seite (der Dv-Wert muss auf 0,12 mm reduziert werden, sodass 0,09 mm verbleiben).
Verbotsgrundsatz	Dv darf die Pad-Grenze niemals überschreiten (d. h. Dv > Dp), da sonst die Durchkontaktierung außerhalb des Pads freiliegt und das Lot beim Löten in die Durchkontaktierung fließt, was zu einer unzureichenden Lotmenge auf dem Pad und einer Kaltlötstellenrate von über 10% führt.

2. Durch Anpassung des Durchmessers an die Pins der Bauteile

Der Durchmesser der Durchkontaktierung muss mit der Größe des Bauteilanschlusses kompatibel sein, um zu vermeiden, dass der Anschluss nicht eingesteckt werden kann (bei Durchsteckbauteilen) oder dass die Lötfüllung unzureichend ist (bei oberflächenmontierten Bauteilen).

Oberflächenmontierte Bauteile	Der Durchmesser Dv der Durchkontaktierung sollte 0,05–0,1 mm kleiner sein als die Breite des Bauteilanschlusses (z. B. bei einem 0402-Widerstand mit einer Anschlussbreite von 0,15 mm, Dv = 0,1–0,12 mm), um sicherzustellen, dass das Lot den Anschluss und die Durchkontaktierung bedecken kann.
Plug-in-Komponenten	Der Durchmesser Dv der Durchkontaktierung ist 0,05–0,1 mm größer als der Durchmesser des Bauteilanschlusses (z. B. bei einem Anschlussdurchmesser von 0,2 mm beträgt Dv 0,25–0,3 mm), um das Einführen des Anschlusses zu erleichtern und die Lötfüllung der Durchkontaktierung sicherzustellen.
Beispiele aus der Praxis	Bei der Auslegung der Durchkontaktierungen innerhalb der Pads des 0402-Bauteils mit Dp = 0,3 mm und Dv = 0,2 mm (im Maßstab 1:2) betrug die verbleibende Kupferfolienbreite nur 0,05 mm. Beim Löten konnte das Lot die Pins nicht vollständig bedecken, was zu einer Kaltlötstellenrate von 15% führte. Nach Anpassung von Dv auf 0,12 mm betrug die verbleibende Breite 0,09 mm, und die Kaltlötstellenrate sank auf 1,2%.

Die Platzierung von Pads und Durchkontaktierungen im Entwurf sollten Stellen Sie sicher, dass die Durchkontaktierungen zentriert sind, und vermeiden Sie Versätze.

Eine Fehlausrichtung kann zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Kupferfolie auf den Pads führen, wobei auf einer Seite die Kupferfolienschicht zu schmal ist (<0,05 mm). Dies kann beim Löten zu Abweichungen im Lötfluss führen. Die Kernspezifikationen lauten wie folgt:

1. Versatz zwischen der Mitte der Durchkontaktierung und der Mitte des Pads

Versatz ≤ 0,05 mm (etwa 1/3 des Durchmessers der Durchkontaktierung), wobei sicherzustellen ist, dass der Unterschied in der Breite der verbleibenden Kupferfolie auf jeder Seite des Pads ≤ 0,03 mm beträgt;

Beispiel: Dv = 0,15 mm, Pad Dp = 0,4 mm. Beträgt der Versatz 0,05 mm, so beträgt die verbleibende Breite auf der einen Seite = (0,4 – 0,15) / 2 – 0,05 = 0,125 – 0,05 = 0,075 mm, und die Breite auf der anderen Seite beträgt 0,125 + 0,05 = 0,175 mm, was eine Differenz von 0,1 mm ergibt (zulässig). Beträgt der Versatz 0,08 mm, so beträgt die verbleibende Breite auf einer Seite 0,045 mm, was außerhalb der Toleranz liegt.

Für Anwendungen, bei denen hohe Präzision gefragt ist (z. B. HF-Signalschichten): Versatz ≤ 0,03 mm, um abrupte Impedanzänderungen aufgrund einer Asymmetrie des Signalwegs zu vermeiden (ein Versatz von 0,05 mm kann zu einer Impedanzabweichung von mehr als 51 TP3T führen).

2. Mindestabstand zwischen Via und Pad-Rand

Der Mindestabstand zwischen der Kante der Durchkontaktierung und der Kante des Pads sollte ≥ 0,08 mm betragen, um zu verhindern, dass die Kupferfolie reißt, weil die Durchkontaktierung zu nahe an der Padkante liegt (beim Bohren während der Fertigung kann das Pad leicht beschädigt werden).

Berechnungsmethode: Mindestabstand = (Pad-Größe – Via-Größe) / 2 – Versatz;

Beispiel: Dp = 0,4 mm, Dv = 0,2 mm, Versatz 0,03 mm, Mindestabstand = (0,4 – 0,2) / 2 – 0,03 = 0,1 – 0,03 = 0,07 mm (nahe bei 0,08 mm, der Versatz muss auf 0,02 mm angepasst werden, Mindestabstand 0,08 mm).

Lötpads, Durchkontaktierungen und Lötmaske sollte Vermeiden Sie, dass die Lötmaske den Lötvorgang beeinträchtigt.

Eine unsachgemäße Gestaltung der Lötmaske kann dazu führen, dass “die Lötmaske die Pads bedeckt” oder “die Lötmaske in die Durchkontaktierungen eindringt”, was die Benetzbarkeit des Lötzinns beeinträchtigt. Die wichtigsten Spezifikationen lauten wie folgt:

1. Größe des Schweißwiderstandsfensers

Die Öffnungsgröße der Lötmaske für Durchkontaktierungen innerhalb der Pads muss 0,1–0,2 mm größer sein als die Pad-Größe (jeweils 0,05–0,1 mm größer auf jeder Seite), um sicherzustellen, dass die Lötmaske die Pads nicht bedeckt.

Beispiel	Der Durchmesser des kreisförmigen Pads Dp beträgt 0,4 mm, und der Durchmesser der Lötmaskenöffnung beträgt 0,4 + 0,2 = 0,6 mm (auf jeder Seite 0,1 mm größer).
verbieten	Die Fenstergröße sollte kleiner oder gleich der Padgröße sein; andernfalls bedeckt der Lötstopplack den Rand des Pads (0,05 mm breit), und das Lot kann beim Löten nicht haften, was zu dem Fehler “unzureichende Kupferfreilegung auf dem Pad” führt.

2. Behandlung der Lötmaske bei Durchkontaktierungen

Bei Durchkontaktierungen, die eine Lötfüllung erfordern: Im Inneren der Durchkontaktierung darf kein Lötstopplack aufgetragen werden (d. h., die Öffnungen im Lötstopplack decken die Durchkontaktierung ab), um sicherzustellen, dass das Lot die Durchkontaktierung ausfüllen kann (Füllrate ≥ 80%).

Durchkontaktierungen, die keine Lötfüllung erfordern: Im Inneren der Durchkontaktierung kann ein Lötstopplack aufgetragen werden (Via-Plugging), um zu verhindern, dass Lötzinn in die Durchkontaktierung fließt und zu einer unzureichenden Lötzinnmenge auf den Lötpads führt. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Lötstopplackfüllung eben ist (Überstand ≤ 0,03 mm) und die Bestückung der Bauteile nicht beeinträchtigt.

Beim Pad- und Via-Design, Spezifikationen für Kupferfolienverbindungen muss die Leitfähigkeit und die Wärmeableitung sicherstellen.

Die Kupferfolienverbindung von Durchkontaktierungen innerhalb von Pads muss die Anforderungen “niedrige Impedanz und hohe Wärmeableitung” erfüllen. Die wichtigsten Spezifikationen lauten wie folgt:

Dicke der Kupferfolie

Die Kupferfoliendicke der Pads sollte ≥ 35 μm (1 oz) betragen. Die Kupferfolie um die Durchkontaktierungen herum sollte vollständig bedeckt sein, ohne Unterbrechungen oder Lücken (Lückenbreite ≤ 0,03 mm), um eine Erhöhung des Durchlasswiderstands zu vermeiden (eine Lücke von 0,05 mm kann den Widerstand um 20% erhöhen).

Kupferfolie zur Wärmeableitung

Bei Durchkontaktierungen in den Kontaktflächen von Hochleistungskomponenten (wie LEDs und Leistungswiderständen) muss um die Kontaktflächen herum eine Kupferfolie zur Wärmeableitung (mit einer Fläche, die mindestens doppelt so groß ist wie die Fläche der Kontaktfläche) vorgesehen werden. Die Wärme wird über die Durchkontaktierungen an die innere Wärmeableitungsschicht geleitet, um eine Überhitzung der Bauteile zu verhindern (z. B. steigt bei einem 1-W-0603-Leistungswiderstand die Temperatur auf über 120 °C, wenn die Wärmeableitungs-Kupferfolie unzureichend ist, und sinkt auf 85 °C, nachdem diese vergrößert wurde).

Die Auslegung von Durchkontaktierungen innerhalb von Leiterplattenpads erfordert eine “Parameterquantifizierung und strenge Anpassung”. Im Mittelpunkt steht dabei die Steuerung des Größenverhältnisses, des Positionsversatzes und der Lötmaskenöffnungen zwischen den Durchkontaktierungen und den Pads, um Konstruktionsfehler zu vermeiden, die zu späteren Löt- und Signalproblemen führen könnten.

Parameterabgleich Referenz für Pad und via Design

Pad-Vias durchdringen die gesamte Leiterplattenlage und eignen sich für Anwendungen, bei denen eine durchgehende Leitfähigkeit erforderlich ist (z. B. Stromleitungen und allgemeine Signalleitungen). Bei der Auslegung sollten insbesondere der Durchmesser der Vias, die Größe der Pads und der Abstand zwischen den Vias berücksichtigt werden.

Auf die Größe des Pads abgestimmter Lochdurchmesser	Der Durchmesser der Durchkontaktierung sollte anhand der Anforderungen an die Strombelastbarkeit festgelegt werden. Für herkömmliche Signal-Durchkontaktierungen wird ein Durchmesser von 0,3–0,6 mm empfohlen, und der entsprechende Pad-Durchmesser sollte das 2- bis 2,5-fache des Via-Durchmessers betragen (z. B. sollte ein Via-Durchmesser von 0,4 mm mit einem Pad von 0,8–1,0 mm kombiniert werden), um sicherzustellen, dass das Lot das Pad beim Löten vollständig bedeckt und kalte Lötstellen vermieden werden. Bei Hochstrom-Vias (mit Strömen über 5 A) sollte der Durchmesser der Via ≥ 1,0 mm und der Durchmesser des Pads ≥ 2,0 mm betragen. Gleichzeitig sollte ein “Kleeblatt”-Pad-Design (4–6 kleine Pads, die um die Durchkontaktierung angeordnet sind) verwendet werden, um die Wärmeableitung und die mechanische Festigkeit zu verbessern.
Layout-Regeln	Der Abstand zwischen Durchkontaktierungen und Bauteilpads sollte ≥ 0,5 mm betragen, um zu verhindern, dass Lötzinn in die Durchkontaktierungen fließt und beim Löten Kurzschlüsse verursacht; der Abstand zwischen Durchkontaktierungen und Leiterplattenkanten sollte ≥ 1,0 mm betragen, um Risse an den Leiterplattenkanten zu vermeiden; der Abstand zwischen den Durchkontaktierungen in Bereichen mit hoher Dichte sollte ≥ 0,8 mm (Mittelabstand) betragen. Bei Verwendung einer “versetzten Anordnung” (die Position benachbarter Durchkontaktierungen ist um mehr als 0,4 mm versetzt) kann der Abstand auf 0,6 mm verringert werden, um die Verdrahtungsdichte zu erhöhen.
Parameter zur Impedanzregelung	Bei Durchkontaktierungen für Hochfrequenzsignale (Frequenz ≥ 1 GHz) muss die Impedanzanpassung kontrolliert werden. Dies wird durch die Anpassung der Plattierungsdicke der Durchkontaktierungswand (typischerweise 20–30 μm, 30–40 μm bei Hochfrequenzanwendungen) sowie der Größe von Pad und Anti-Pad (der Durchmesser des Anti-Pads ist 0,2–0,4 mm größer als der des Pads) erreicht. Beispielsweise muss bei einer Durchkontaktierung mit einer Impedanz von 50 Ω auf einem FR-4-Substrat (Dielektrizitätskonstante 4,4) ein Durchkontaktierungsdurchmesser von 0,4 mm mit einem Pad von 0,8 mm und einem Anti-Pad von 1,2 mm kombiniert werden, um einen Signalreflexionsverlust von ≤ -15 dB sicherzustellen.

Optimierung der Konnektivität innerhalb der inneren Schicht Verweis in Pad und Durch das Design verborgen

Vergrabene Durchkontaktierungen kommen ausschließlich in den inneren Schichten einer Leiterplatte vor (ohne die Oberflächenschicht zu durchdringen). Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen eine Leitfähigkeit zwischen den Schichten besteht und der Platz für die Leiterbahnführung in der Oberflächenschicht vergrößert werden muss (z. B. beim Stromverteilungsnetzwerk in den inneren Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte). Der Schwerpunkt beim Design liegt auf der Positionierung in den inneren Schichten und der Isolierung der Durchkontaktierungswände.

Positionierung und Abmessungen der inneren Schicht	Vergrabene Durchkontaktierungen müssen präzise an den Schnittpunkten der Leiterbahnen der inneren Schichten positioniert werden. Der empfohlene Durchmesser der Durchkontaktierung beträgt 0,2–0,5 mm, und die Größe des Pads in der inneren Schicht sollte das 1,8- bis 2-fache des Durchmessers der Durchkontaktierung betragen (z. B. sollte ein Durchmesser der Durchkontaktierung von 0,3 mm mit einem Pad in der inneren Schicht von 0,54–0,6 mm kombiniert werden). Der Abstand zwischen der vergrabenen Durchkontaktierung und den Leiterbahnen der inneren Schichten sollte ≥ 0,2 mm betragen, um eine Beschädigung der Leiterbahnen der inneren Schichten während des Bohrvorgangs zu vermeiden.
Maßnahmen zur Wanddämmung bei Löchern	Nachdem die vergrabene Durchkontaktierung gebohrt wurde, muss sie “isoliert” werden, indem sie mit Epoxidharz verfüllt wird (Fülltiefe ≥ 95% der Lochtiefe). Nach dem Aushärten sollte es vor der Herstellung der Schaltkreise auf den inneren Schichten glatt geschliffen werden, um Kurzschlüsse zwischen der vergrabenen Durchkontaktierung und benachbarten Schaltkreisen auf den inneren Schichten zu verhindern. Das zum Füllen verwendete Epoxidharz sollte hochtemperaturbeständig sein (Tg ≥ 150 ℃), um ein Erweichen und Überlaufen während des anschließenden Lötvorgangs zu vermeiden.
Anpassung der Schichtstruktur	Die vergrabenen Durchkontaktierungen müssen mit dem Schichtaufbau der Leiterplatte kompatibel sein. Wenn beispielsweise bei einer 8-lagigen Leiterplatte eine Leitfähigkeit zwischen der 2. und 3. Lage hergestellt werden soll, müssen die vergrabenen Durchkontaktierungen vor dem Laminieren der 2. und 3. Lage gebohrt und gefertigt werden. Wenn eine Leitfähigkeit zwischen der 4. und 5. Schicht hergestellt werden soll, müssen die Durchkontaktierungen zunächst separat zwischen der 4. und 5. Schicht laminiert und anschließend mit den anderen Schichten laminiert werden, um sicherzustellen, dass die vergrabenen Durchkontaktierungen nur die gewünschte innere Schicht durchdringen und andere Schichten nicht beeinträchtigen.

Tiefensteuerung Verweis in Pad und Design von Blind-Vias

Blind-Vias durchdringen nur die Oberflächen- und Innenlagen der Leiterplatte (ohne die unterste Lage zu durchdringen). Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen die Oberflächen- und Innenlagen miteinander verbunden sind und der Platzbedarf auf der Oberfläche minimiert werden muss (z. B. bei Signalverbindungen auf der Unterseite von BGA-Gehäusen). Die wichtigsten Aspekte bei der Auslegung sind die Tiefengenauigkeit und die Ausrichtung zwischen den Lagen.

Verhältnis von Schärfentiefe zu Blende	Das Verhältnis von der Tiefe des Sacklochs (Abstand von der Oberfläche zur inneren Zielschicht) zum Lochdurchmesser muss ≤ 1:1,5 betragen. Bei einem Sackloch mit einem Durchmesser von 0,3 mm beträgt die maximale Tiefe beispielsweise 0,45 mm. Eine Überschreitung dieses Verhältnisses führt zu Bohrschwierigkeiten und einer übermäßigen Rauheit der Lochwände (Ra > 1,0 μm). Wird ein tieferes Sackloch benötigt (z. B. 0,6 mm Tiefe), muss eine “abgestufte Sacklochausführung” gewählt werden (Bohren in zwei Schritten: zunächst 0,3 mm tief bis zur mittleren Schicht, dann weitere 0,3 mm tief bis zur inneren Zielschicht), um die Qualität der Lochwände zu gewährleisten.
Genauigkeit der Ausrichtung der Zwischenschichten	Die Ausrichtungsabweichung zwischen der oberen und unteren Schicht von Blind-Vias muss ≤ 0,02 mm betragen. In der Entwurfsphase müssen auf der Leiterplatte “Ausrichtungsmarkierungen” (z. B. kreisförmige Referenzpunkte mit einem Durchmesser von 1,0 mm) festgelegt werden. Während der Fertigung wird die Ausrichtung mithilfe eines Röntgen-Positionierungssystems kalibriert. Gleichzeitig muss der Abstand zwischen blinden Durchkontaktierungen und benachbarten blinden Durchkontaktierungen ≥ 0,3 mm betragen, um eine Fehlausrichtung des Bohrers während des Bohrvorgangs zu verhindern, die zu einer Verbindung der Lochwände führen könnte.
Anpassung der Oberflächenbehandlung	Die Oberflächenöffnung von Blind-Vias muss auf den Oberflächenbehandlungsprozess abgestimmt sein. Bei der Immersionsvergoldung muss die Dicke der Immersionsvergoldung im Inneren des Blind-Vias ≥ 0,8 μm betragen (unter Verwendung des “Pulse-Immersionsvergoldungs”-Verfahrens, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtung im Inneren des Vias zu verbessern). Bei der OSP-Verarbeitung muss im Inneren der Blinddurchkontaktierung eine OSP-Beschichtung (0,2–0,5 μm dick) aufgebracht werden, um eine Oxidation der Kupferfolie im Inneren der Durchkontaktierung zu verhindern, die die Zuverlässigkeit der Lötverbindung beeinträchtigen würde.

Anwendungsbereiche verschiedener Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Allgemeine Elektronik	Standard-Vias und Durchkontaktierungen eignen sich für die alltägliche mehrschichtige Verdrahtung, die Verbindung von Leiterbahnen und die kostengünstige Fertigung.
Mobile Geräte und Wearables	Blind-Via-Strukturen auf der Leiterplatte tragen dazu bei, den Einsatz von BGAs mit engem Raster zu vermeiden, ohne dass Schichten durchbrennen, wodurch die Leiterplatte dünn bleibt und gleichzeitig Platz für große Akkus bietet.
Luft- und Raumfahrt/Medizin	Eingebettete Leiterplattenverbindungen sorgen für saubere Außenlagen, erleichtern das Aufbringen von Bauteilen und Schutzbeschichtungen und schützen die Verbindungen in den inneren Lagen.
5G und Hochleistungsrechnen	Der Aufbau von Leiterplatten mit Microvias (versetzt oder gestapelt) verkürzt den vertikalen Übergang und unterdrückt parasitäre Effekte in dichten HDI-Leiterplatten.
Stromversorgung und Beleuchtung	Eine Reihe von thermischen Durchkontaktierungen unterhalb des Reglers, des MOSFETs und der LED leitet die Wärme an die Kühlfläche weiter, sodass der Kühlkörper seine Funktion voll entfalten kann.

Zusammenfassen

Die in Leiterplatten-Pads integrierten Durchkontaktierungen sind mehr als nur Löcher; sie bilden die robuste Architektur, die moderne Hardware erst möglich macht. Von gewöhnlichen Durchkontaktierungen über Blind-Vias und vergrabene Vias bis hin zu Mikrovias – eine Vielzahl von Leiterplatten-Schichtstrukturen ermöglicht es Ihnen, mehr Funktionalität auf kleinerem Raum zu integrieren, ohne dabei Abstriche bei der Zuverlässigkeit zu machen. Wenn eine extrem hohe Packungsdichte erforderlich ist, wie beispielsweise bei BGA-Gehäusen mit einer Größe von weniger als 0,8 mm, können Durchkontaktierungen innerhalb von Pads in Kombination mit In-Fill-Via-Leiterplattenverfahren hervorragende Ergebnisse erzielen und sorgen so für eine starke Lötverbindung sowie ein ebenes Pad. Selbst die Standardgrößen von Pad-Vias auf Leiterplatten müssen in der Stückliste (BOM) aufgeführt werden: Kleinere Öffnungen verbessern die Signalintegrität und das Routing, erhöhen jedoch auch die Kosten und verkürzen die Produktionszyklen. Wenn Sie extreme Kompaktheit benötigen, ermöglichen Blind-Vias und vergrabene Vias echte HDI-Layouts für Mobiltelefone, Wearables und IoT-Geräte mit hoher Dichte. Kurz gesagt: Die Wahl der richtigen Strategie für Pad-Vias hängt zur Hälfte vom Design und zur Hälfte von der Fertigung ab. Wenn Sie unerwartete Probleme reduzieren und die Ausbeute verbessern möchten oder wenn Sie einen Hersteller benötigen, der Leiterplatten in großen Stückzahlen produzieren kann, wenden Sie sich bitte an unser Team.