Analisi degli errori più comuni e dei limiti di processo nella progettazione dei fori passanti dei circuiti stampati multistrato

La produzione di successo di circuiti stampati personalizzati richiede non solo concetti di progettazione innovativi, ma anche una profonda conoscenza dei vari processi di produzione dei circuiti stampati multistrato da parte del produttore. La progettazione dei fori passanti, in quanto elemento cruciale di Progettazione di circuiti stampati, è fondamentale per le prestazioni dei circuiti stampati e per l'efficienza produttiva. Di seguito è riportata la nostra analisi degli errori più comuni nella progettazione dei fori passanti dei circuiti stampati e dei limiti del processo di produzione.

Nozioni di base sui fori passanti in circuiti stampati multistrato

Nella progettazione dei circuiti stampati (PCB), i via sono un elemento fondamentale. In parole povere, i via dei PCB sono piccoli fori metallizzati presenti in un PCB multistrato utilizzati per collegare i conduttori tra diversi strati. Questi fori non solo garantiscono i collegamenti elettrici, ma fungono anche da fori di montaggio o di posizionamento per i componenti. A seconda del processo di produzione, i via si classificano principalmente in tre tipologie: via ciechi, via sepolti e fori passanti.

La funzione dei fori di collegamento in circuiti stampati multistrato

Collegamento elettrico	Nei circuiti stampati multistrato, i circuiti tra i diversi strati devono essere collegati tramite vie. Questo metodo di collegamento garantisce una trasmissione stabile del segnale e riduce l'attenuazione del segnale e le interferenze.
Fissaggio e posizionamento dei componenti	Oltre che per i collegamenti elettrici, i fori di passaggio vengono utilizzati anche per fissare e posizionare i componenti. Praticando dei fori nel circuito stampato e inserendovi i terminali dei componenti, è possibile montarli in modo saldo.

in base alle specifiche di progettazione per circuiti stampati multistrato

Nei circuiti stampati, i fori passanti vengono comunemente utilizzati per collegare circuiti a livelli diversi. Se durante la progettazione e il layout del circuito stampato non si rispettano le specifiche relative ai fori passanti, questi ultimi possono diventare un collo di bottiglia nel processo di produzione. Il rispetto delle specifiche consente di prevenire problemi di produzione e di garantire la qualità e l'affidabilità della scheda.

Evitare i fori ciechi	I fori ciechi collegano un solo strato. Quando è necessario attraversare diversi altri strati, le parti interne devono essere forate con trapano o al laser. A causa degli elevati costi di produzione e della complessità del processo, i fori ciechi dovrebbero essere evitati il più possibile.
Imposta correttamente il mezzanine e il crossover	Nella progettazione dei circuiti stampati, per evitare cortocircuiti tra i diversi strati, è necessario definire regole adeguate relative ai mezzanini e ai via. Le regole relative ai via definiscono la distanza minima tra i via, oltre ad alcuni aspetti da considerare in merito al tracciato delle file, al cablaggio e alla distanza tra i mezzanini.
Selezionare il tipo di via corretto	Nella scelta dei via è necessario trovare un equilibrio tra costo e affidabilità per il consumatore. Per le schede più semplici che richiedono collegamenti su entrambe le estremità, sono indicati i via a foro passante. Per le schede con un layout ad alta densità, è possibile valutare l'utilizzo di via a foro passante, via cieca e via incorporata.
Foro per morsetto di messa a terra	Incorporando nel progetto soluzioni di messa a terra, quali fori per morsetti di messa a terra, è possibile migliorare efficacemente la compatibilità elettromagnetica e ridurre l’accumulo di elettricità statica.

circuiti stampati multistrato può essere progettato in qualsiasi dimensione?

Vediamo innanzitutto come vengono realizzati i fori su un PCB. Innanzitutto, nella fase di preparazione del materiale, i produttori di PCB utilizzano macchine da taglio automatiche per tagliare grandi laminati rivestiti di rame in substrati di dimensioni specifiche, in modo da soddisfare le esigenze di produzione. Successivamente, le foratrici CNC praticano con precisione fori in punti prestabiliti sui laminati rivestiti di rame. Poiché la punta della foratrice è rotonda, è in grado di praticare solo fori rotondi e non può realizzare fori quadrati.

Prendere Geyuan Electronics Ad esempio, le punte da trapano utilizzate per la lavorazione dei circuiti stampati sono punte meccaniche, con specifiche che aumentano o diminuiscono con incrementi di 0,05 mm. Le loro punte per fori rotondi vanno da 0,15 mm a 6,30 mm, la punta per scanalature più piccola è di 0,65 mm (adatta per scanalature metallizzate) e la fresa per scanalature più piccola è di 1,0 mm (adatta per scanalature non metallizzate). Pertanto, durante la progettazione di un PCB, i via non possono essere progettati con dimensioni arbitrarie.

Progettazione di fori passanti per circuiti stampati multistrato e produzione dei nuclei analisi dei limiti di processo

Foratura meccanica e foratura laser	Il diametro minimo di una punta da trapano meccanica è in genere di 0,3 mm; la foratura laser consente di ottenere diametri di 0,15 mm o anche inferiori, ma ciò comporta un aumento significativo dei costi di lavorazione.
Limite del rapporto di aspetto (rapporto profondità/diametro)	Quando il rapporto tra lo spessore del circuito stampato e il diametro del foro (rapporto profondità-diametro) è troppo elevato, più piccolo è il foro, più irregolare risulterà la placcatura in rame sulle pareti del foro. Quando la profondità del foro supera di 6 volte il diametro del foro o il rapporto profondità-diametro supera 10:1, è molto facile che non vi sia rame sulle pareti del foro, che la punta si rompa o che si verifichi un difetto di placcatura. .
Distanza tra i fori e spazio di sicurezza	Se due fori sono troppo vicini tra loro, durante la foratura il materiale risulterà troppo sottile e la punta si romperà a causa di una sollecitazione non uniforme. È necessario mantenere una distanza di sicurezza tra il bordo del foro e il cablaggio dello strato interno o i fori adiacenti (di norma, la distanza tra l’anello e la linea dovrebbe essere compresa tra 3 mil e 6 mil).

Errori comuni nella progettazione e consigli utili

La ricerca cieca di aperture estremamente ridotte	I circuiti non ad alta velocità o le schede multistrato convenzionali non richiedono l'uso obbligatorio di microvie o vie cieche sepolte di ordine elevato, poiché ciò comporterebbe una diminuzione della resa produttiva e un aumento esponenziale dei costi.
I via e i pad possono essere utilizzati in modo intercambiabile (i via possono essere applicati direttamente sui pad).	Il posizionamento dei fori di collegamento direttamente sui pad dei componenti può causare la fuoriuscita della pasta saldante lungo i fori stessi durante la saldatura a riflusso, con conseguente saldatura insufficiente o addirittura il verificarsi del fenomeno del “tombstone” nei componenti.
Anello troppo piccolo	Se la larghezza dell'anello di rame attorno al punto di saldatura è insufficiente, è facile che il foro si rompa (il rame all'interno del foro si spezza) o che il punto di saldatura si stacchi in caso di una minima imprecisione nella foratura.
Deviazione nell'allineamento dei fori ciechi multistrato	Se la precisione di posizionamento è insufficiente o se l'espansione e la contrazione termica non sono uniformi durante la laminazione e la foratura di schede con un numero elevato di strati, ciò può causare un disallineamento dei centri dei via impilati, variazioni improvvise dell'impedenza o l'interruzione del segnale.

Aspetti da considerare nella progettazione di fori di piccole dimensioni nella progettazione dei fori passanti dei circuiti stampati

Qual è la dimensione di un foro considerato piccolo? Generalmente, si utilizza 0,3 mm come valore di riferimento; i fori inferiori a 0,3 mm sono considerati piccoli. Più piccolo è il via, maggiore è la difficoltà di lavorazione, specialmente quando la dimensione del via si avvicina al limite di processo. Ciò riguarda il concetto industriale di “rapporto di aspetto”. Che cos’è il rapporto di aspetto? In parole semplici, è il rapporto tra lo spessore della scheda e il diametro del via. Maggiore è il rapporto di aspetto, maggiore è la difficoltà di lavorazione. In altre parole, più piccolo è il via, più difficile è lavorarlo.

Difficile da galvanizzare	Man mano che i fori di interconnessione diventano più piccoli, l'apertura ridotta rende difficile il deposito uniforme dello strato di rame durante la galvanizzazione, causando facilmente problemi quali l'assenza di rame nel foro o la presenza di fori difettosi. In breve, più piccolo è il foro, minore è la velocità di passaggio del rivestimento in rame.
Bassa efficienza di elaborazione	Minore è la lunghezza effettiva di una punta per fori minuscoli, minore è il numero di schede che è possibile forare nello stesso lotto, con un impatto diretto sull’efficienza produttiva. Per evitare la rottura della punta, durante la foratura di fori minuscoli è necessario ridurre la velocità di avanzamento e aumentare la velocità del mandrino. Questo processo non solo aumenta i tempi di lavorazione, ma accelera anche l’usura della punta. Pertanto, nella progettazione dei PCB, le dimensioni dei fori passanti dovrebbero idealmente essere superiori a 0,3 mm per garantire l’efficienza di lavorazione e ridurre i costi. I fori minuscoli dovrebbero essere presi in considerazione solo quando lo spazio è limitato.
problema relativo al diametro esterno	Nella progettazione di vie o fori di saldatura, occorre tenere conto dei requisiti dimensionali relativi ai diametri interno ed esterno. Questi parametri influenzano direttamente il Processo di produzione dei circuiti stampati. Prendendo come esempio la Geyuan Electronics, i parametri minimi di lavorazione per le schede a doppia faccia e multistrato sono un diametro interno di 0,15 mm e un diametro esterno di 0,25 mm.
Problema di anello di saldatura troppo piccolo	Se l'anello di saldatura è troppo piccolo, durante la produzione il PCB potrebbe presentare un disallineamento tra il foro praticato e il centro del pad di saldatura sulla pellicola, a causa delle deviazioni delle attrezzature di foratura e delle tolleranze di allineamento, con conseguente realizzazione di fori decentrati. Questo disallineamento riduce l’area effettiva dei pad di saldatura, aumenta il rischio di difetti di produzione e può persino causare guasti nei collegamenti elettrici. Pertanto, progettare correttamente le dimensioni dell’anello di saldatura e tenere conto delle tolleranze di produzione è fondamentale per garantire la qualità e l’affidabilità del PCB.

Multistrato Tecniche di progettazione dei via nei circuiti stampati

Di seguito sono riportati alcuni consigli sulla progettazione dei fori passanti per circuiti stampati multistrato, riassunti dal team di ingegneri di Geyuan Electronics. .

• Quando si realizzano fori passanti standard utilizzando una punta meccanica, è importante ricordare che la dimensione minima accettabile della punta dipende dallo spessore del circuito stampato. Ad esempio, i produttori di PCB richiedono in genere che il rapporto di aspetto dei fori non superi 10:1. Ciò significa che, per un circuito stampato dello spessore di 62 mil, la dimensione minima della punta da trapano meccanica da utilizzare è di 6 mil, ovvero 0,006 pollici. Se sono necessari fori più piccoli di questa misura, è opportuno prendere in considerazione l’uso di microvia con un rapporto di aspetto pari a 1:1.

• Sebbene i fori di collegamento siano corti, rappresentano comunque una lunghezza conduttiva misurabile, il che può causare problemi in presenza di requisiti rigorosi in materia di integrità del segnale. Ad esempio, un foro di collegamento che unisce i due strati superiori di un circuito stampato a dieci strati presenterebbe otto strati di metallo superfluo che potrebbero causare interferenze.

• Le dimensioni dei pad dei via sono importanti; è necessario assicurarsi che, dopo la foratura, rimanga un anello sufficientemente ampio. Le punte meccaniche oscillano leggermente durante la foratura e, in assenza di un anello sufficientemente ampio, il via potrebbe essere danneggiato dalla rottura della punta.

• Nelle aree densamente popolate di un PCB, i progettisti devono prestare attenzione a non ostruire i percorsi di instradamento o i percorsi di ritorno del piano di massa con i via. Ecco perché l’uso di via ciechi e microvia è fondamentale quando si pianificano le vie di fuga dei BGA, per garantire che ogni pin possa essere instradato senza ostruire percorsi di instradamento e piani importanti situati sotto il componente. È preferibile scegliere vie sfalsate anziché vie sovrapposte, poiché queste ultime richiedono il riempimento e la planarizzazione, un processo dispendioso in termini di tempo e costi.

• Prevedere profondità controllate per i fori ciechi e i fori nascosti.

• Mantenere al minimo il rapporto di aspetto dei fori di collegamento ad alta velocità evita la riflessione del segnale. Ciò garantisce migliori prestazioni elettriche e integrità del segnale, minori livelli di rumore e di diafonia, oltre a ridurre le interferenze EMI/RFI.

• Utilizzare vie più piccole, soprattutto sulle schede HDI, per ridurre al minimo la capacità e l'induttanza parassite.

• I fori di collegamento nei pad devono essere riempiti, a meno che non si trovino all’interno dei pad termici.

• I pad di montaggio dei BGA possono essere disposti utilizzando vie cieche e fori passanti, a condizione che tali vie siano riempite e planarizzate. Se non vengono planarizzate, i giunti di saldatura potrebbero risentirne.

• Nel cuscinetto termico posto sotto il QFN vengono praticati dei fori passanti per facilitare il flusso della saldatura verso il piano conduttivo. Questi fori passanti garantiscono un giunto di saldatura sicuro per i cuscinetti termici, impedendo così che la saldatura si sposti sul pacchetto durante l'assemblaggio. Ciò potrebbe influire sulla qualità dei giunti di saldatura dei contatti del QFN.

• Gli stabilimenti di assemblaggio possono ovviare alla mancanza di fori passanti nei pad termici aggiungendo un'apertura a forma di finestra allo stencil per la pasta saldante sopra i pad, il che riduce l'accumulo di saldatura e la fuoriuscita di gas.

• Verificare la distanza minima tra le piste e i fori di collegamento e i bordi del cablaggio/delle incisioni.

• Nel caso di un contenitore BGA, verificare la posizione dei fori di collegamento.

• Ogni via è separata dal proprio pad tramite una traccia corta predefinita. Verificare se è previsto uno spazio nella maschera per le vie situate sotto il BGA.

Controllo di qualità dei fori passanti in circuiti stampati multistrato

Per garantire la qualità dei fori passanti dei circuiti stampati, è necessario controllare i seguenti aspetti:

Scelta dei materiali	Vengono selezionati materiali di alta qualità, quali lamiere e fogli di rame, per garantire la conduttività e la resistenza meccanica dei fori di collegamento.
Tecnologia di lavorazione	Per migliorare la precisione e l'affidabilità dei fori passanti vengono impiegati processi avanzati di foratura e placcatura in rame.
Rilevamento e analisi	Dopo la lavorazione, i fori di collegamento vengono sottoposti a rigorosi controlli e collaudi, tra cui prove di prestazione elettrica e di resistenza meccanica, per garantire che soddisfino i requisiti di progettazione e le esigenze d’uso.

Geyuan Electronics è un’azienda specializzata nella produzione di circuiti stampati multistrato.

Geyuan Electronics è ora in grado di produrre circuiti stampati multistrato con un numero di strati compreso tra 6 e 32. Grazie alla nostra tecnologia a numero ultraelevato di strati sviluppata internamente e alla tecnologia dei via in-pad, i nostri PCB possono arrivare fino a 32 strati, con un diametro minimo dei fori di 0,15 mm e una larghezza e una spaziatura minime delle piste di 0,0762 mm, supportando centinaia di strutture di laminazione. In particolare, la nostra tecnologia dei via in-pad utilizza il riempimento con resina + rivestimento elettrolitico per tutti i PCB ad alto numero di strati con 6 o più strati, consentendo di posizionare i via direttamente sui pad, con conseguente superficie dei pad più liscia e maggiore spazio di instradamento. Per garantire la qualità dei PCB, utilizziamo un test a bassa resistenza a quattro fili per ispezionare la placcatura in rame sulle pareti dei via. Rispetto ai metodi di collaudo tradizionali, il test a bassa resistenza a quattro fili offre una maggiore precisione ed è in grado di rilevare meglio i via difettosi, garantendo così l’affidabilità e la qualità del prodotto. Se avete bisogno di un produttore professionale di PCB multistrato per la produzione in serie e la personalizzazione, contattateci per richiedere i nostri servizi.

Riassumi

Questo articolo non solo riassume le specifiche di progettazione dei via per i PCB multistrato, ma analizza anche gli errori più comuni e i limiti di processo nella progettazione dei via per i PCB multistrato. Una corretta progettazione dei via non è solo un prerequisito per la produzione di PCB multistrato di alta qualità, ma è anche fondamentale per garantire l'affidabilità dei PCB. Per ridurre i costi di produzione e prevenire problemi durante la produzione dei PCB, è necessario stabilire specifiche di progettazione dei fori di collegamento e processi di produzione corretti. La scelta del metodo di foratura più adatto consente di adattarsi meglio ai diversi layout e progetti, garantendo le prestazioni e la qualità dei PCB. Se avete bisogno di una produzione in serie di PCB multistrato, Si prega di contattare Geyuan Electronics per ricevere assistenza.