Analyse van veelvoorkomende fouten en procesgrenzen bij het ontwerp van via’s in meerlaagse printplaten

Voor een succesvolle productie van op maat gemaakte printplaten is niet alleen innovatief ontwerp nodig, maar moet de fabrikant ook een grondige kennis hebben van de verschillende processen voor meerlaagse printplaten. Het ontwerp van via’s, als cruciaal onderdeel van PCB-ontwerp, is van cruciaal belang voor de prestaties van printplaten en de efficiëntie van het productieproces. Hieronder volgt onze analyse van veelvoorkomende fouten bij het ontwerp van via’s in printplaten en de beperkingen van het productieproces.

Basisbegrippen van via’s in meerlaagse printplaten

Bij het ontwerpen van printplaten (PCB’s) vormen via’s een cruciaal onderdeel. Simpel gezegd zijn via’s op printplaten kleine gemetalliseerde gaten in een meerlaagse printplaat die worden gebruikt om geleiders tussen verschillende lagen met elkaar te verbinden. Deze gaten zorgen niet alleen voor elektrische verbindingen, maar dienen ook als bevestigings- of positioneringsgaten voor componenten. Afhankelijk van het fabricageproces worden via’s hoofdzakelijk in drie soorten ingedeeld: blinde via’s, verborgen via’s en doorgaande gaten.

De functie van via’s in meerlaagse printplaten

Elektrische aansluiting	Bij meerlaagse printplaten moeten de circuits tussen de verschillende lagen via's met elkaar worden verbonden. Deze verbindingsmethode zorgt voor een stabiele signaaloverdracht en vermindert signaalverlies en interferentie.
Bevestiging en positionering van onderdelen	Naast elektrische verbindingen worden via's ook gebruikt om componenten vast te zetten en te positioneren. Door gaten in de printplaat te boren en de aansluitdraden van de componenten daarin te steken, kunnen componenten stevig worden bevestigd.

via ontwerpspecificaties voor meerlaagse printplaten

Op printplaten worden via’s vaak gebruikt om circuits op verschillende niveaus met elkaar te verbinden. Als je je bij het ontwerpen en lay-outen van printplaten niet aan de specificaties voor doorgaande via’s houdt, kunnen via’s een knelpunt in het productieproces vormen. Door je aan de specificaties te houden, kun je productieproblemen voorkomen en de kwaliteit en betrouwbaarheid van de printplaat waarborgen.

Vermijd blinde gaten	Blinde gaten verbinden slechts één laag. Wanneer het nodig is om door meerdere andere lagen heen te gaan, moeten de interne onderdelen worden geboord of met een laser worden doorboord. Vanwege de hoge productiekosten en de complexiteit van het proces moeten blinde gaten zoveel mogelijk worden vermeden.
Stel de juiste mezzanine en crossover in	Bij het ontwerpen van printplaten is het, om kortsluitingen tussen verschillende lagen te voorkomen, noodzakelijk om de juiste regels voor mezzanines en via’s vast te stellen. Via-regels bepalen de minimale afstand tussen via’s, evenals een aantal aandachtspunten met betrekking tot het leggen van rijen, bedrading en de afstand tussen mezzanines.
Selecteer het juiste type via	Bij de keuze van via’s moet een evenwicht worden gevonden tussen kosten en betrouwbaarheid voor de consument. Voor de eenvoudigste printplaten, waarbij aan beide uiteinden verbindingen nodig zijn, zijn doorlopende via’s geschikt. Voor printplaten met een hoge ontwerpdichtheid kunnen doorlopende via’s, blinde via’s en ingebedde via’s worden overwogen.
Gat voor aardingsklem	Door aardingsoplossingen, zoals gaten voor aardingsklemmen, in het ontwerp op te nemen, kan de elektromagnetische compatibiliteit effectief worden verbeterd en kan de opbouw van statische elektriciteit worden verminderd.

meerlaagse printplaten in elke gewenste maat worden gemaakt?

Laten we eerst eens kijken hoe de gaten in een printplaat worden gemaakt. Allereerst gebruiken printplaatfabrikanten in de fase van de materiaalvoorbereiding automatische snijmachines om grote met koper beklede laminaten te snijden tot substraten van specifieke afmetingen, afgestemd op de productiebehoeften. Vervolgens boren CNC-boormachines nauwkeurig gaten op de aangegeven plaatsen in de met koper beklede laminaten. Omdat de boor van de boormachine rond is, kan deze alleen ronde gaten boren en geen vierkante gaten maken.

Nemen Geyuan Electronics Zo zijn de boortjes die worden gebruikt voor de bewerking van printplaten mechanische boortjes, waarbij de specificaties van de boortjes in stappen van 0,05 mm toenemen of afnemen. Hun ronde boorbits variëren van 0,15 mm tot 6,30 mm, hun kleinste sleufboor is 0,65 mm (geschikt voor gemetalliseerde sleuven) en hun kleinste sleuffrees is 1,0 mm (geschikt voor niet-gemetalliseerde sleuven). Daarom kunnen via’s bij het ontwerpen van een printplaat niet in elke gewenste maat worden ontworpen.

Ontwerp en productie van via's en kernen voor meerlaagse printplaten analyse van procesgrenzen

Mechanisch boren en laserboren	De minimale diameter van een mechanische boor bedraagt doorgaans 0,3 mm; bij laserboren kunnen diameters van 0,15 mm of zelfs kleiner worden bereikt, maar dit leidt tot aanzienlijk hogere verwerkingskosten.
Beperking van de beeldverhouding (verhouding tussen diepte en diameter)	Wanneer de verhouding tussen de dikte van de printplaat en de diameter van het gat (diepte-diameterverhouding) te groot is, geldt: hoe kleiner het gat, hoe ongelijkmatiger de koperlaag op de wand van het gat. Wanneer de diepte van het gat meer dan 6 keer de diameter van het gat bedraagt of de diepte-diameterverhouding groter is dan 10:1, is de kans zeer groot dat er geen koper op de wand van het gat zit, de boor breekt of de beplating mislukt. .
Afstand tussen gaten en veiligheidsafstand	Als twee gaten te dicht bij elkaar liggen, wordt het materiaal tijdens het boren te dun, waardoor de boor door ongelijkmatige belasting zal breken. Er moet een veilige afstand worden aangehouden tussen de rand van het gat en de bedrading in de binnenste laag of aangrenzende gaten (doorgaans moet de afstand tussen de lus en de leiding meer dan 3 mil tot 6 mil bedragen).

Veelvoorkomende ontwerpfouten en tips

Het blindelings nastreven van extreem kleine diafragmaopeningen	Bij niet-hogesnelheidscircuits of conventionele meerlaagse printplaten is het gebruik van microvia’s of verborgen blinde via’s van hoge orde niet verplicht; anders leidt dit tot een daling van het productieopbrengst en een exponentiële stijging van de kosten.
Vias en pads kunnen door elkaar worden gebruikt (vias kunnen rechtstreeks op pads worden aangebracht).	Als er via's rechtstreeks op de contactvlakken van componenten worden geplaatst, kan de soldeerpasta tijdens het reflow-solderen langs de via's wegvloeien, wat kan leiden tot onvoldoende soldeer of zelfs tot het “tombstone”-fenomeen bij de componenten.
De ring is te klein	Als de breedte van de koperen ring rond het soldeerpunt onvoldoende is, kan dit er gemakkelijk toe leiden dat het gat breekt (het koper in het gat breekt) of dat het soldeerpunt losraakt wanneer er bij het boren een kleine afwijking optreedt.
Afwijking bij het uitlijnen van meerlaagse blinde gaten	Als de positioneringsnauwkeurigheid onvoldoende is of als de thermische uitzetting en krimp ongelijkmatig zijn tijdens het lamineren en boren van printplaten met een groot aantal lagen, kan dit leiden tot een verkeerde uitlijning van de middelpunten van de gestapelde via’s, plotselinge impedantieveranderingen of signaalonderbrekingen.

Overwegingen bij het ontwerpen van kleine gaten bij het ontwerp van via's op printplaten

Welke diameter wordt als een klein gat beschouwd? Over het algemeen wordt 0,3 mm als scheidslijn gehanteerd; gaten kleiner dan 0,3 mm worden als kleine gaten beschouwd. Hoe kleiner de via, hoe moeilijker deze te bewerken is, vooral wanneer de afmeting van de via dicht bij de proceslimiet ligt. Hierbij speelt het industriële begrip “aspectverhouding” een rol. Wat is de aspectverhouding? Simpel gezegd is dit de verhouding tussen de dikte van de printplaat en de diameter van de via. Hoe groter de aspectverhouding, hoe moeilijker de bewerking. Met andere woorden: hoe kleiner de via, hoe moeilijker deze te bewerken is.

Moeilijk te galvaniseren	Naarmate de via’s kleiner worden, zorgt de kleinere opening ervoor dat de koplaag zich tijdens het galvaniseren moeilijker gelijkmatig kan afzetten, wat al snel leidt tot problemen zoals het ontbreken van koper in de via of defecte via’s. Kortom: hoe kleiner de via, hoe lager de doorlaatsnelheid van de koperlaag.
Lage verwerkingsefficiëntie	Hoe korter de effectieve lengte van een boor voor kleine gaten is, hoe minder printplaten er in één batch kunnen worden geboord, wat een directe invloed heeft op de productie-efficiëntie. Om te voorkomen dat de boor breekt, moet bij het boren van kleine gaten de voedingssnelheid worden verlaagd en het toerental van de spil worden verhoogd. Dit proces verlengt niet alleen de verwerkingstijd, maar versnelt ook de slijtage van de boor. Daarom moeten via-afmetingen bij het ontwerpen van printplaten idealiter groter zijn dan 0,3 mm om de verwerkingsefficiëntie te waarborgen en de kosten te verlagen. Pinholes moeten alleen worden overwogen wanneer de ruimte beperkt is.
probleem met de buitendiameter	Bij het ontwerpen van via’s of soldeergaten moet rekening worden gehouden met de maatvoeringseisen voor de binnen- en buitendiameters. Deze parameters hebben een directe invloed op de Productieproces van printplaten. Als we Geyuan Electronics als voorbeeld nemen, zijn de minimale bewerkingsparameters voor dubbelzijdige en meerlaagse printplaten een binnendiameter van 0,15 mm en een buitendiameter van 0,25 mm.
Probleem van de lasring is te klein	Als de soldeerring te klein is, kan er tijdens de productie een afwijking ontstaan tussen het geboorde gat en het midden van het soldeerpad op de folie als gevolg van afwijkingen in de boorapparatuur en uitlijningstoleranties, wat leidt tot gaten die niet in het midden zitten. Deze afwijking vermindert het effectieve oppervlak van de soldeerpunten, verhoogt het risico op fabricagefouten en kan zelfs leiden tot storingen in de elektrische verbindingen. Daarom is het cruciaal om de afmetingen van de soldeerring correct te ontwerpen en rekening te houden met fabricagetoleranties om de kwaliteit en betrouwbaarheid van de printplaat te waarborgen.

Meerlagig Ontwerptechnieken voor via's op printplaten

Hieronder volgen enkele tips voor het ontwerp van via’s voor meerlaagse printplaten, samengevat door het engineeringteam van Geyuan Electronics. .

• Bij het maken van standaard doorgaande gaten met een mechanische boor is het belangrijk om te onthouden dat de minimaal toegestane boordiameter afhangt van de dikte van de printplaat. Zo eisen fabrikanten van printplaten doorgaans dat de aspectverhouding van hun boorgaten niet groter is dan 10:1. Dit betekent dat u voor een printplaat met een dikte van 62 mil een mechanische boor met een minimale diameter van 6 mil of 0,006 inch moet gebruiken. Als u gaten nodig hebt die kleiner zijn dan dit, kunt u het beste microvia's gebruiken met een aspectverhouding van 1:1.

• Hoewel via’s kort zijn, vertegenwoordigen ze toch een meetbare geleiderlengte, wat problemen kan opleveren bij strenge eisen op het gebied van signaalintegriteit. Zo zou een via die de bovenste twee lagen van een printplaat met tien lagen met elkaar verbindt, acht lagen overbodig metaal bevatten die storing kunnen veroorzaken.

• De afmetingen van de via-pads zijn belangrijk; je moet ervoor zorgen dat er na het boren een voldoende grote ring overblijft. Mechanische boren slingeren enigszins tijdens het boren, en zonder een voldoende grote ring kan de via beschadigd raken doordat de boor breekt.

• In dichtbevolkte delen van een printplaat moeten ontwerpers ervoor zorgen dat ze de routingspaden of retourpaden van het aardvlak niet blokkeren met via’s. Daarom is het gebruik van blinde via’s en microvia’s van cruciaal belang bij het plannen van BGA-vluchtroutes, zodat elke pin kan worden gerouteerd zonder belangrijke routingspaden en vlakken onder de component te blokkeren. Kies voor verspringende via's in plaats van gestapelde via's, aangezien gestapelde via's moeten worden opgevuld en geëgaliseerd, een tijdrovend en kostbaar proces.

• Pas gecontroleerde dieptes toe voor blinde gaten en verzonken gaten.

• Door de verhouding tussen de afmetingen van high-speed via’s zo klein mogelijk te houden, wordt signaalreflectie voorkomen. Dit zorgt voor betere elektrische prestaties en signaalintegriteit, minder ruis en overspraak, en vermindert EMI/RFI.

• Gebruik kleinere via's, met name op HDI-printplaten, om de parasitaire capaciteit en inductie tot een minimum te beperken.

• De via's in de pads moeten worden opgevuld, tenzij ze zich binnen de thermische pads bevinden.

• BGA-montagepunten kunnen worden aangebracht met behulp van blinde via’s en doorgaande gaten, mits deze via’s zijn opgevuld en geëgaliseerd. Als ze niet zijn geëgaliseerd, kan dit gevolgen hebben voor de soldeerverbindingen.

• Er worden doorgaande gaten aangebracht in het warmtegeleidingsvlak onder de QFN om de soldeerstroom naar het geleidende vlak te vergemakkelijken. Deze doorgaande gaten zorgen voor een stevige soldeerverbinding voor de warmtegeleidingsvlakken, waardoor wordt voorkomen dat het soldeer tijdens de assemblage over de behuizing verspreidt. Dit kan van invloed zijn op de kwaliteit van de soldeerverbindingen van de QFN-contacten.

• Assemblagebedrijven kunnen het ontbreken van doorgaande gaten in thermische pads compenseren door een venstervormige opening aan te brengen in de soldeerpastasjabloon boven de pads, waardoor de ophoping van soldeer en het ontsnappen van gas worden verminderd.

• Controleer de minimale afstand tussen de sporen en via's en de randen van de bedrading/markering.

• Controleer bij een BGA-behuizing de plaats van de via’s.

• Elke via is van zijn pad gescheiden door middel van een vooraf gedefinieerd kort spoor. Controleer of er een maskeropening is voorzien voor de via’s onder de BGA.

Kwaliteitscontrole van doorvoergaten in meerlaagse printplaten

Om de kwaliteit van de via’s op printplaten te waarborgen, moeten de volgende aspecten worden gecontroleerd:

Materiaalkeuze	Er wordt gekozen voor hoogwaardige plaat- en koperfoliematerialen om de geleidbaarheid en mechanische sterkte van de via’s te waarborgen.
Verwerkingstechnologie	Er wordt gebruikgemaakt van geavanceerde boor- en verkoperingprocessen om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van via’s te verbeteren.
Opsporing en testen	Na de bewerking worden de via’s onderworpen aan strenge inspecties en tests, waaronder tests van de elektrische prestaties en de mechanische sterkte, om te garanderen dat ze voldoen aan de ontwerpvereisten en de gebruiksbehoeften.

Geyuan Electronics is een professionele fabrikant van meerlaagse printplaten.

Geyuan Electronics kan nu printplaten met een groot aantal lagen produceren, variërend van 6 tot 32 lagen. Dankzij onze zelfontwikkelde technologie voor ultrahoge-laag-printplaten en in-pad via-technologie kunnen onze printplaten tot 32 lagen hebben, met een minimale gatdiameter van 0,15 mm en een minimale spoorbreedte en -afstand van 0,0762 mm, waardoor honderden lamineerstructuren worden ondersteund. Met name onze ‘in-pad via’-technologie maakt gebruik van harsafdichting en elektrolytische afdekking voor alle printplaten met 6 of meer lagen, waardoor via’s direct op de pads kunnen worden geplaatst. Dit resulteert in een gladder padoppervlak en meer ruimte voor de routing. Om de kwaliteit van de printplaten te waarborgen, gebruiken we een vierdraads lage-weerstandstest om de koperlaag op de wanden van de via’s te inspecteren. In vergelijking met traditionele testmethoden biedt de vierdraads lage-weerstandstest een hogere nauwkeurigheid en kan deze defecte via’s beter opsporen, waardoor de betrouwbaarheid en kwaliteit van het product worden gewaarborgd. Als u een professionele fabrikant van meerlaagse printplaten nodig heeft voor massaproductie en maatwerk, neem dan contact met ons op voor onze diensten.

Samenvatten

Dit artikel geeft niet alleen een overzicht van de ontwerpspecificaties voor via’s in meerlaagse printplaten, maar analyseert ook veelvoorkomende fouten en procesbeperkingen bij het ontwerpen van via’s voor meerlaagse printplaten. Een correct via-ontwerp is niet alleen een voorwaarde voor de productie van hoogwaardige meerlaagse printplaten, maar ook cruciaal voor het waarborgen van de betrouwbaarheid van de printplaat. Om de productiekosten te verlagen en problemen tijdens de productie van printplaten te voorkomen, is het noodzakelijk om de juiste specificaties voor het ontwerp van via's en productieprocessen vast te stellen. Door de juiste via-methode te kiezen, kan beter worden ingespeeld op verschillende lay-outs en ontwerpen, waardoor de prestaties en kwaliteit van de printplaat worden gewaarborgd. Als u massaproductie van meerlaagse printplaten nodig heeft, Neem contact op met Geyuan Electronics voor hulp.