Umfassend Leitfaden zum FPC-Via-Design

Vias sind metallisierte Strukturen, die die dielektrischen Schichten eines FPC (flexible Leiterplatte) um eine elektrische Verbindung zwischen den Schichten herzustellen. Dazu gehören Durchkontaktierungen, Blindkontaktierungen, vergrabene Kontaktierungen und Mikrokontaktierungen. In der Technik werden sie für Signal- und Stromverbindungen zwischen den Schichten in doppelseitigen und mehrschichtigen FPCs verwendet. Der Durchmesser der Durchkontaktierung und die Größe der Anschlussfläche bestimmen die Verdrahtungsdichte. Durchkontaktierungen in Biegebereichen können zu Spannungskonzentrationen und zum Bruch der Kupferfolie führen, was ein großes Tabu bei der Auslegung der Zuverlässigkeit von FPCs darstellt.

Übersicht über das FPC-Via-Design

Vias sind ein zentrales strukturelles Element für die Verbindung zwischen den Schichten in flexiblen Leiterplatten (FPCs). Bei flexiblen Leiterplatten muss bei der Auslegung der Vias ein Gleichgewicht zwischen elektrischer Leitfähigkeit, mechanischer Zuverlässigkeit und Biegefestigkeit hergestellt werden. Eine unsachgemäße Auslegung der Vias ist eine der häufigsten Ursachen für Ausfälle von FPCs.

FPC-Via-Typ

Durchgangsbohrung	Diese Bauweise, die alle Schichten durchdringt und einen Öffnungsbereich von 0,15 bis 0,5 mm aufweist, ist die am häufigsten verwendete, ausgereifteste und kostengünstigste.
Blind-Via	Von der äußeren bis zur inneren Schicht ist das Material undurchdringlich und weist einen Lochdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm auf. Es wird häufig in HDI-Konstruktionen verwendet und erfordert eine Laserbohrung. .
Beigesetzt über	Es befindet sich vollständig in der inneren Schicht und weist eine Porengröße zwischen 0,1 und 0,2 mm auf. Es nimmt keinen Platz in der äußeren Schicht ein, ist jedoch äußerst komplex in der Herstellung.

Über Größenangaben

Parameter	Standardverfahren	Präzisionshandwerk
Kleinste Blende	0,2 mm	0,1 mm
Durchmesser der Unterlage	Blende +0,3 mm	Blende +0,2 mm
Abstand zwischen Pad und Leiterbahn	0,15 mm	0,10 mm
Abstand von Loch zu Loch	0,5 mm	0,3 mm
Abstand vom Loch bis zum Plattenrand	0,5 mm	0,3 mm

Über den Prozess

Mechanisches Bohren	Eine Öffnung von ≥ 0,2 mm eignet sich für Durchgangsbohrungen, allerdings können die Bohrungswände rau sein. Der Vorteil sind geringere Kosten.
Laserbohren	Mit einem Lochdurchmesser von ≥ 0,05 mm eignet es sich für Mikrobohrungen und Sacklöcher. Die Lochwände sind nach der Bearbeitung glatt, und der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Präzision.
Galvanischer Füllstoff	Mit Kupfer gefüllte Durchkontaktierungen bieten eine gute Wärmeableitung und Leitfähigkeit, wodurch sie sich für thermische Durchkontaktierungen und gestapelte Durchkontaktierungen eignen, allerdings sind ihre Herstellungskosten höher.

Wichtige Regeln für Durchkontaktierungen und Biegungen

• In Biegebereichen sind Durchkontaktierungen verboten: Durchkontaktierungen sind Spannungskonzentrationsstellen und können in Biegebereichen zu Rissen in der Kupferfolie führen.

• Der Abstand zwischen dem Durchgangsloch und dem Rand des Biegebereichs beträgt ≥ 1 mm.

• Durchkontaktierungen in der Nähe der dynamischen Biegezone erfordern eine besondere Bewertung.

• Vermeiden Sie es, Durchkontaktierungen in der Nähe von Biegungen in Bereichen mit hoher Bestückungsdichte anzubringen.

Heiß durch Design

Thermische Durchkontaktierungen dienen der Wärmeableitung:

• Öffnung 0,3–0,5 mm

• Lochabstand: 0,8–1,2 mm

• Kupferpaste oder Füllstoff für die Galvanisierung

• Unterhalb des Heizelements angebracht

• Durch das Verbinden von Kupferfolie wird die Wärmeableitungsfläche vergrößert

Wie wird die Blende bestimmt?

Herkömmliche Verbindung	0,2–0,3 mm
Stromversorgung über	0,3–0,5 mm
Aktuell über	0,3–0,5 mm
HDI-Mikroporen	0,1–0,2 mm
Steckverbinder-Durchgangsbohrung	Gemäß den Spezifikationen des Steckverbinders

Befindet sich die Durchkontaktierung in einer Sicherheitszone?

Abstand zwischen den Durchgangslöchern zum Biegebereich	>1 mm Sicherheitsabstand
Abstand zwischen den Durchgangslöchern zum Biegebereich	0,5–1 mm muss geprüft werden
über den Bereich der Kurve	verbieten
Der Bereich mit der hohen Dichte an Durchkontaktierungen befindet sich in der Nähe der Biegelinie.	Nicht empfohlen

Sind die Pad-Größen ausreichend?

Durchmesser der Unterlage	≥Blende + 0,3 mm ist zulässig
Abstand zwischen Pad und Leiterbahn	≥ 0,15 mm ist zulässig
Abstand von Loch zu Loch	≥ 0,5 mm ist zulässig
Abstand vom Loch bis zum Plattenrand	≥ 0,5 mm ist zulässig

Grundregeln für die Gestaltung von Halbbohrungen an Plattenkanten

1.Grundlegende Parameter

Blende	≥ 0,3 mm (bei unabhängigen Halbbohrungen werden elliptische Pads empfohlen, und die Breite der übrigen Pads auf der Leiterplatte sollte ≥ 0,3 mm betragen).
Layout	Die Lochmitte sollte mit dem Umriss der GM/GKO-Schicht ausgerichtet sein, wobei die Abweichung ≤±0,05 mm betragen darf.
„Goldfinger“-Design	Jedes Pad ist mit zwei Durchkontaktierungen (Halbloch am Rand der Leiterplatte + Durchkontaktierung im Inneren der Leiterplatte) ausgestattet, die um mindestens 0,3 mm versetzt sind, um eine Anordnung in einer Reihe zu vermeiden (und so einen Bruch der Leiterplatte zu verhindern).

2.Die wichtigsten Punkte des Prozesses

Die Kante des halben Lochs abrunden (Radius ≥ 0,1 mm), um Grate zu beseitigen; die Hauptachse des elliptischen Pads beträgt ≥ 0,6 mm und die Nebenachse ≥ 0,4 mm.

Layout mit Durchkontaktierungen – Konstruktion einer Bruchschutzplatte

Verbotene Gegenstände

• Die Durchkontaktierungen sollten in Reihen angeordnet sein (vertikal bzw. horizontal um 0,3–0,5 mm versetzt);

• Halbloch-/Fensterpolster befinden sich im Biegebereich (≥ 0,5 mm von der Mitte der Biegung entfernt);

• Das Positionierungsloch befindet sich weniger als 0,5 mm vom Rand der Platine entfernt (der Rand des Positionierungslochs ist ≥ 0,5 mm vom Plattenrahmen entfernt).

Lötpads und Lötmaske

• Der Außendurchmesser der Durchgangsbohrung muss mindestens so groß sein wie der Innendurchmesser plus 0,2 mm; der Außendurchmesser der Einsteckbohrung muss mindestens so groß sein wie der Innendurchmesser plus 0,4 mm.

• Außendurchmesser der offenen Fläche + 0,05–0,1 mm.

• Die Durchkontaktierungen müssen vollständig von der Schutzfolie bedeckt sein; eine teilweise Freilegung ist untersagt (um Oxidation und Bruch zu verhindern).

Definition der Bohrlochschichten

• Metallisiertes Loch (PTH): In der Bohrlochschicht vorgesehen, mit einer Durchmessertoleranz von ±10%.

• (Nicht metallisierte Löcher/Rillen: Diese sind auf der GM/GKO-Schicht zu entwerfen, auf derselben Schicht wie die Leiterrahmenlinie, und es dürfen keine überflüssigen Linien vorhanden sein (um Auslassungen zu vermeiden).

DFM-Checkliste

• Wurde der Via-Typ beschriftet?

• Entsprechen die Öffnung und die Pad-Größe den Spezifikationen?

• Befindet sich die Durchkontaktierung im Biegebereich?

• Beträgt der Abstand zwischen dem Durchgangsloch und dem Biegebereich ≥ 1 mm?

• Beträgt die Kupferdicke der Durchkontaktierung ≥ 20 μm?

• Wurde das Verfahren für Blind- und vergrabene Durchkontaktierungen bestätigt?

• Wurde der Entkalkungsprozess der Bohrungen bestätigt?

• Wurden die „Hot Vias“ mit Kupfer gefüllt?

• Ist eine elektrische Prüfung gemäß 100% geplant?

Häufige Fehler

Der Biegebereich liegt durch die Öffnung frei.	Durchkontaktierungen sind Stellen mit hoher Spannungskonzentration; beim Biegen reißt die Kupferfolie an der Durchkontaktierung. Durchkontaktierungen müssen im Biegebereich vermieden werden.
Unzureichende Kupferdicke in der Bohrung	Ein Bruch unter thermischer Belastung tritt auf, wenn der Durchmesser des Kupferlochs weniger als 20 μm beträgt, weshalb die Prozessfähigkeit der Galvanisierung überprüft werden muss.
Die Durchkontaktierungen sind zu klein	Eine mangelhafte Galvanisierung, bei der der Durchmesser der Leiterbahn kleiner ist als der Lochdurchmesser + 0,25 mm, führt zu Unterbrechungen zwischen den Schichten.
Es wurden keine Sacklöcher gebohrt, um Bohrrückstände zu entfernen.	Klebestoffreste an den Wänden von Laser-Sacklöchern führen, sofern sie nicht entfernt werden, zu Problemen bei der Isolierung zwischen den Schichten.
Heiße Durchkontaktierungen ohne Kupferfüllung	Löcher weisen einen hohen Wärmewiderstand und eine schlechte Wärmeableitung auf; thermische Durchkontaktierungen sollten mit Kupfer oder Kupferpaste gefüllt werden.
Via-Offset nicht erkannt	Eine Fehlausrichtung beim Bohren führte zu einem Kurzschluss zwischen der Durchkontaktierung und der Verdrahtung, was eine AOI-Prüfung erforderlich machte.

Entwurfsleitfaden für den Entwurf von FPC-Durchkontaktierungen in praktischen Anwendungen

In der Praxis erfordert die Gestaltung von Durchkontaktierungen eine umfassende Berücksichtigung zahlreicher Faktoren, darunter elektrische Leistung, thermische Eigenschaften, mechanische Zuverlässigkeit und prozesstechnische Machbarkeit. Beispielsweise müssen Durchkontaktierungen in tragbaren Geräten eine stabile Signalübertragung gewährleisten und sich gleichzeitig an mechanische Umgebungen mit häufigen Biegebelastungen anpassen; in der Automobilelektronik müssen Durchkontaktierungen größeren Temperaturschwankungen und Vibrationsbelastungen standhalten; und bei Hochfrequenzanwendungen stehen die elektromagnetischen Eigenschaften der Durchkontaktierungen im Vordergrund. Diese multiphysikalische Kopplungsanalyse macht das moderne FPC-Via-Design zu einem komplexen systemtechnischen Projekt, das zur Optimierung fortschrittliche Simulationswerkzeuge und umfangreiche ingenieurtechnische Erfahrung erfordert.

Zusammenfassen

Da sich elektronische Geräte immer weiter in Richtung Miniaturisierung und höherer Leistung entwickeln, wird auch die FPC-Via-Technologie ständig weiterentwickelt. Es entstehen neue Fertigungstechniken für Mikrovias, leitfähige Materialien und Lösungen für hochdichte Verbindungen, die zu kleineren Abmessungen, höherer Zuverlässigkeit und überlegener elektrothermischer Leistung führen. Diese technologischen Fortschritte erweitern nicht nur die Anwendungsgrenzen von FPCs, sondern bieten auch mehr Möglichkeiten für die Entwicklung elektronischer Geräte der nächsten Generation und verdeutlichen damit den immensen Wert dieser winzigen Struktur in der modernen Elektroniktechnik. Wenn Sie eine FPC-Fertigung in großen Stückzahlen benötigen, wenden Sie sich bitte an Geyuan Electronics.