Analiza typowych błędów i limitów procesowych w projektowaniu przelotek w wielowarstwowych płytkach drukowanych

Skuteczna produkcja niestandardowych płytek drukowanych wymaga od producenta nie tylko innowacyjnych koncepcji projektowych, ale także dogłębnego zrozumienia różnych procesów związanych z produkcją płytek wielowarstwowych. Projekt przelotek, jako kluczowy element Projektowanie płytek drukowanych, ma kluczowe znaczenie dla wydajności płytek drukowanych oraz efektywności produkcji. Poniżej przedstawiamy naszą analizę typowych błędów popełnianych podczas projektowania przelotek w płytkach drukowanych oraz ograniczeń procesu produkcyjnego.

Podstawowe pojęcia dotyczące przelotek w wielowarstwowe płytki drukowane

W projektowaniu płytek drukowanych (PCB) przelotki stanowią kluczowy element. Mówiąc najprościej, przelotki w płytkach drukowanych to małe, metalizowane otwory w wielowarstwowa płytka drukowana służą do łączenia przewodów między różnymi warstwami. Otwory te nie tylko zapewniają połączenia elektryczne, ale również pełnią funkcję otworów montażowych lub pozycjonujących dla elementów. W zależności od procesu produkcyjnego przelotki dzieli się głównie na trzy rodzaje: przelotki ślepe, przelotki zakopane oraz przelotki przelotowe.

Rola przelotek w wielowarstwowe płytki drukowane

Podłączenie elektryczne	W wielowarstwowych płytkach drukowanych obwody między różnymi warstwami muszą być połączone za pomocą przelotek. Ta metoda połączenia zapewnia stabilną transmisję sygnału oraz ogranicza jego tłumienie i zakłócenia.
Mocowanie i ustawianie elementów	Oprócz połączeń elektrycznych przelotki służą również do mocowania i pozycjonowania elementów. Dzięki wywierceniu otworów w płytce drukowanej i wprowadzeniu do nich wyprowadzeń elementów można je solidnie zamocować.

zgodnie ze specyfikacjami projektowymi dla wielowarstwowe płytki drukowane

W płytkach drukowanych przelotki są powszechnie stosowane do łączenia obwodów na różnych poziomach. Jeśli podczas projektowania i układania płytki drukowanej nie przestrzega się specyfikacji dotyczących przelotek międzywarstwowych, mogą one stać się wąskim gardłem w procesie produkcyjnym. Przestrzeganie specyfikacji pozwala zapobiegać problemom produkcyjnym oraz zapewnić jakość i niezawodność płytki.

Należy unikać otworów ślepych	Otwory ślepe łączą tylko jedną warstwę. Gdy konieczne jest przejście przez kilka innych warstw, elementy wewnętrzne należy wywiercić lub wyfrezować laserowo. Ze względu na wysokie koszty produkcji i złożoność procesu należy w miarę możliwości unikać stosowania otworów ślepych.
Ustaw prawidłowe parametry mezzanine i crossover	W projektowaniu płytek drukowanych, aby uniknąć zwarć między różnymi warstwami, konieczne jest ustalenie odpowiednich zasad dotyczących warstw pośrednich i przelotek. Zasady dotyczące przelotek określają minimalne odstępy między przelotkami, a także pewne kwestie, które należy uwzględnić w odniesieniu do trasowania w rzędach, okablowania oraz odstępów między warstwami pośrednimi.
Wybierz odpowiedni typ przelotki	Przy wyborze przelotek należy znaleźć odpowiedni kompromis między kosztem a niezawodnością z punktu widzenia konsumenta. W przypadku najprostszych płytek, wymagających połączeń na obu końcach, odpowiednie są przelotki otworowe. W przypadku płytek o gęstym układzie można rozważyć zastosowanie przelotek otworowych, ślepych oraz wbudowanych.
Otwór na zacisk uziemiający	Dzięki uwzględnieniu w projekcie rozwiązań uziemiających, takich jak otwory na zaciski uziemiające, można skutecznie poprawić kompatybilność elektromagnetyczną oraz ograniczyć gromadzenie się ładunków elektrostatycznych.

wielowarstwowe płytki drukowane czy można je zaprojektować w dowolnym rozmiarze?

Przyjrzyjmy się najpierw, w jaki sposób powstają otwory w płytce drukowanej. Na etapie przygotowania materiału producenci płytek drukowanych wykorzystują automatyczne maszyny tnące do cięcia dużych laminatów pokrytych miedzią na podłoża o określonych wymiarach, dostosowanych do potrzeb produkcyjnych. Następnie wiertarki CNC precyzyjnie wiercą otwory w wyznaczonych miejscach na laminatach pokrytych miedzią. Ponieważ wiertło wiertarki jest okrągłe, może ono wiercić wyłącznie otwory okrągłe i nie pozwala na wykonanie otworów kwadratowych.

Biorąc Geyuan Electronics Na przykład wiertła stosowane do obróbki płytek drukowanych to wiertła mechaniczne, których parametry techniczne zmieniają się w odstępach co 0,05 mm. Ich wiertła do otworów okrągłych mają średnice od 0,15 mm do 6,30 mm, najmniejsze wiertło do rowków ma średnicę 0,65 mm (odpowiednie do rowków metalizowanych), a najmniejsza frezarka do rowków ma średnicę 1,0 mm (odpowiednia do rowków niemetalizowanych). W związku z tym podczas projektowania płytki PCB nie można projektować przelotek o dowolnym rozmiarze.

Projektowanie wielowarstwowych przelotek w płytkach drukowanych oraz produkcja rdzeni analiza limitów procesowych

Wiercenie mechaniczne i wiercenie laserowe	Minimalna średnica wiertła mechanicznego wynosi zazwyczaj 0,3 mm; wiercenie laserowe pozwala uzyskać średnice rzędu 0,15 mm lub nawet mniejsze, ale znacznie zwiększa to koszty obróbki.
Ograniczenie dotyczące współczynnika kształtu (stosunku głębokości do średnicy)	Gdy stosunek grubości płytki do średnicy otworu (stosunek głębokości do średnicy) jest zbyt duży, im mniejszy jest otwór, tym bardziej nierównomierna jest powłoka miedziana na ściankach otworu. Gdy głębokość otworu przekracza 6-krotność średnicy otworu lub stosunek głębokości do średnicy przekracza 10:1, bardzo łatwo może dojść do braku miedzi na ściankach otworu, złamania wiertła lub niepowodzenia w procesie powlekania. .
Odległość między otworami a odstęp bezpieczeństwa	Jeśli dwa otwory znajdują się zbyt blisko siebie, podczas wiercenia grubość materiału będzie zbyt mała, a wiertło pęknie z powodu nierównomiernego rozkładu naprężeń. Należy zachować bezpieczną odległość między krawędzią otworu a okablowaniem warstwy wewnętrznej lub sąsiednimi otworami (zazwyczaj odległość między pętlą a linią powinna wynosić od ponad 3 mil do 6 mil).

Typowe błędy projektowe i wskazówki

Ślepe dążenie do stosowania wyjątkowo małych przysłon	W obwodach o niskiej prędkości lub w konwencjonalnych płytkach wielowarstwowych nie ma konieczności stosowania mikroprzelotek ani zakopanych ślepych przelotek wyższego rzędu, ponieważ w przeciwnym razie doprowadziłoby to do spadku wydajności produkcji i wykładniczego wzrostu kosztów.
Przepusty i pola lutownicze można stosować zamiennie (przepusty można nakładać bezpośrednio na pola lutownicze).	Umieszczenie przelotek bezpośrednio na podkładkach elementów może spowodować, że podczas lutowania rozpływowego pasta lutownicza spłynie wzdłuż przelotek, co doprowadzi do niedostatecznej ilości lutu, a nawet spowoduje zjawisko “tombstone” w elementach.
Pierścień jest za mały	Jeśli szerokość miedzianego pierścienia wokół pola lutowniczego jest niewystarczająca, może to łatwo doprowadzić do pęknięcia otworu (pęknięcia miedzi w otworze) lub odpadnięcia pola lutowniczego w przypadku nawet niewielkiego odchylenia podczas wiercenia.
Odchylenie w wyrównaniu wielowarstwowych otworów ślepych	Jeśli dokładność pozycjonowania jest niewystarczająca lub rozszerzalność cieplna i kurczliwość są nierównomierne podczas laminowania i wiercenia płytek wielowarstwowych, może to prowadzić do niewspółosiowości ośrodków ułożonych w stosie przelotek, nagłych zmian impedancji lub przerwania sygnału.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu małych otworów w projekcie przelotek na płytce drukowanej

Jaki rozmiar otworu uznaje się za mały? Zazwyczaj za granicę oddzielającą przyjmuje się 0,3 mm; otwory mniejsze niż 0,3 mm uznaje się za małe. Im mniejsze przelotka, tym trudniejsza jest jej obróbka, zwłaszcza gdy jej rozmiar zbliża się do granicy technologicznej. Wiąże się to z branżowym pojęciem “współczynnika kształtu”. Czym jest współczynnik kształtu? Mówiąc najprościej, jest to stosunek grubości płytki do średnicy przelotki. Im większy współczynnik kształtu, tym większa trudność obróbki. Innymi słowy, im mniejsza przelotka, tym trudniej ją obrobić.

Trudne do pokrycia galwanicznego	Wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów przelotek zmniejszona średnica otworu utrudnia równomierne osadzanie się warstwy miedzi podczas galwanizacji, co łatwo prowadzi do problemów, takich jak brak miedzi w przelotce lub wadliwe przelotki. Krótko mówiąc, im mniejsza przelotka, tym niższa wydajność osadzania miedzi.
Niska wydajność przetwarzania	Im krótsza jest długość efektywna wiertła do otworów punktowych, tym mniej płytek można wywiercić w tej samej partii, co ma bezpośredni wpływ na wydajność produkcji. Aby zapobiec pękaniu wiertła, podczas wiercenia otworów punktowych należy zmniejszyć posuw i zwiększyć prędkość obrotową wrzeciona. Proces ten nie tylko wydłuża czas obróbki, ale także przyspiesza zużycie wiertła. Dlatego podczas projektowania płytek PCB rozmiary przelotek powinny w idealnym przypadku przekraczać 0,3 mm, aby zapewnić wydajność obróbki i obniżyć koszty. Otwory typu „pinholes” należy rozważać wyłącznie w przypadku ograniczonej przestrzeni.
kwestia średnicy zewnętrznej	Podczas projektowania przelotek lub otworów lutowniczych należy uwzględnić wymagania wymiarowe dotyczące średnicy wewnętrznej i zewnętrznej. Parametry te mają bezpośredni wpływ na Proces produkcji płytek drukowanych. Na przykładzie firmy Geyuan Electronics minimalne parametry obróbki płytek dwustronnych i wielowarstwowych to średnica wewnętrzna 0,15 mm i średnica zewnętrzna 0,25 mm.
Problem dotyczący pierścień spawalniczy jest za mały	Jeśli pierścień lutowniczy jest zbyt mały, podczas produkcji może dojść do niewspółosiowości między wywierconym otworem a środkiem pola lutowniczego na folii, spowodowanej odchyleniami sprzętu wiertniczego i tolerancjami ustawienia, co skutkuje powstaniem otworów niecentrycznych. To niewspółosiowość zmniejsza efektywną powierzchnię pól lutowniczych, zwiększa ryzyko wystąpienia wad produkcyjnych, a nawet może prowadzić do awarii połączeń elektrycznych. Dlatego też właściwe zaprojektowanie rozmiaru pierścienia lutowniczego oraz uwzględnienie tolerancji produkcyjnych ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości i niezawodności płytki drukowanej.

Wielowarstwowy Techniki projektowania przelotek w płytkach drukowanych

Poniżej przedstawiono wskazówki dotyczące projektowania przelotek w wielowarstwowych płytkach drukowanych, opracowane przez zespół inżynierów firmy Geyuan Electronics. .

• Podczas wykonywania standardowych otworów przelotowych za pomocą wiertła mechanicznego należy pamiętać, że minimalny dopuszczalny rozmiar wiertła zależy od grubości płytki drukowanej. Na przykład producenci płytek drukowanych zazwyczaj wymagają, aby stosunek boków otworów nie przekraczał 10:1. Oznacza to, że w przypadku płytki drukowanej o grubości 62 mil minimalny rozmiar wiertła mechanicznego, którego należy użyć, wynosi 6 mil lub 0,006 cala. Jeśli potrzebne są otwory mniejsze niż ten rozmiar, należy rozważyć zastosowanie mikroprzelotek o współczynniku kształtu 1:1.

• Chociaż przelotki są krótkie, nadal stanowią mierzalną długość przewodnika, co może powodować problemy w przypadku rygorystycznych wymagań dotyczących integralności sygnału. Na przykład przelotka łącząca dwie górne warstwy dziesięciowarstwowej płytki drukowanej miałaby osiem warstw zbędnego metalu, które mogłyby powodować zakłócenia.

• Wielkość pól stykowych przelotek ma duże znaczenie; należy zadbać o to, aby po wywierceniu pozostał wystarczająco duży pierścień. Wiertła mechaniczne lekko drgają podczas wiercenia, a bez wystarczająco dużego pierścienia przelotka może ulec uszkodzeniu w wyniku pęknięcia wiertła.

• W gęsto zagęszczonych obszarach płytki drukowanej projektanci muszą uważać, aby przelotki nie blokowały ścieżek trasowania ani ścieżek powrotnych płaszczyzny uziemienia. Dlatego właśnie stosowanie przelotek ślepych i mikroprzelotek ma kluczowe znaczenie przy planowaniu ścieżek ewakuacyjnych dla układów BGA – zapewnia to możliwość poprowadzenia trasy dla każdego pinu bez blokowania ważnych ścieżek trasowania i płaszczyzn znajdujących się pod elementem. Należy wybierać przelotki rozmieszczone naprzemiennie zamiast przelotek ułożonych w stos, ponieważ te ostatnie wymagają wypełniania i wyrównywania powierzchni, co jest procesem czasochłonnym i kosztownym.

• Należy stosować kontrolowane głębokości dla otworów ślepych i otworów ukrytych.

• Ograniczenie do minimum stosunku długości do szerokości szybkich przelotek pozwala uniknąć odbicia sygnału. Zapewnia to lepszą wydajność elektryczną i integralność sygnału, niższy poziom szumów i przesłuchów oraz zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i radiowe (RFI).

• Należy stosować mniejsze przelotki, zwłaszcza na płytkach HDI, aby zminimalizować pojemność i indukcyjność rozproszoną.

• Otwory przelotowe w podkładkach należy wypełnić, chyba że znajdują się one wewnątrz podkładek termicznych.

• Punkty mocowania układów BGA można rozmieszczać przy użyciu przelotek ślepych i otworów przelotowych, pod warunkiem że przelotki te zostaną wypełnione i wyrównane. Jeśli nie zostaną wyrównane, może to mieć negatywny wpływ na połączenia lutowane.

• W podkładce termicznej pod pakietem QFN wykonano otwory przelotowe, aby ułatwić przepływ lutu do płaszczyzny przewodzącej. Otwory te zapewniają solidne połączenie lutowane podkładek termicznych, zapobiegając w ten sposób rozlewaniu się lutu po powierzchni pakietu podczas montażu. Może to wpłynąć na jakość połączeń lutowanych styków pakietu QFN.

• Zakłady montażowe mogą zrekompensować brak otworów przelotowych w podkładkach termicznych, dodając w szablonie pasty lutowniczej nad podkładkami otwór w kształcie okienka, co ogranicza gromadzenie się lutu i jego ulatnianie się.

• Sprawdź minimalną odległość między ścieżkami i przelotkami a krawędziami okablowania/nacięć.

• W przypadku obudowy typu BGA należy sprawdzić rozmieszczenie przelotek.

• Każda przelotka jest oddzielona od swojego pola stykowego za pomocą z góry określonej krótkiej ścieżki. Należy sprawdzić, czy przewidziano szczelinę w masce dla przelotek znajdujących się pod pakietem BGA.

Kontrola jakości przelotek w wielowarstwowe płytki drukowane

Aby zapewnić wysoką jakość przelotek w płytkach drukowanych, należy kontrolować następujące aspekty:

Wybór materiałów	Wybierane są wysokiej jakości blachy i folie miedziane, aby zapewnić przewodność i wytrzymałość mechaniczną przelotek.
Technologia przetwarzania	W celu zwiększenia dokładności i niezawodności przelotek stosuje się zaawansowane procesy wiercenia i powlekania miedzią.
Wykrywanie i badania	Po obróbce przelotki poddawane są rygorystycznej kontroli i testom, w tym badaniom parametrów elektrycznych oraz wytrzymałości mechanicznej, aby zapewnić ich zgodność z wymaganiami projektowymi i potrzebami użytkowymi.

Geyuan Electronics jest profesjonalnym producentem wielowarstwowych płytek drukowanych.

Firma Geyuan Electronics jest obecnie w stanie produkować wielowarstwowe płytki drukowane o liczbie warstw od 6 do 32. Wykorzystując opracowaną przez nas technologię ultra-wysokiej liczby warstw oraz technologię przelotek w padach, nasze płytki PCB mogą mieć do 32 warstw, przy minimalnej średnicy otworu wynoszącej 0,15 mm oraz minimalnej szerokości i odstępie ścieżek wynoszącej 0,0762 mm, obsługując setki struktur laminowanych. W szczególności nasza technologia przelotek wewnątrz pól wykorzystuje wypełnianie żywicą oraz pokrycie galwaniczne we wszystkich płytkach PCB o dużej liczbie warstw (6 lub więcej), co pozwala na umieszczenie przelotek bezpośrednio na polach, zapewniając gładszą powierzchnię pól i więcej miejsca na trasowanie. Aby zapewnić jakość płytek PCB, stosujemy czteroprzewodowy test niskiej rezystancji do kontroli powłoki miedzianej na ściankach przelotek. W porównaniu z tradycyjnymi metodami testowania czteroprzewodowy test niskiej rezystancji zapewnia wyższą dokładność i pozwala lepiej wykrywać wadliwe przelotki, gwarantując w ten sposób niezawodność i jakość produktu. Jeśli potrzebujesz profesjonalnego producenta wielowarstwowych płytek drukowanych do produkcji seryjnej i na zamówienie, skontaktuj się z nami w sprawie naszych usług.

Podsumuj

W niniejszym artykule nie tylko podsumowano specyfikacje projektowe przelotek dla wielowarstwowych płytek drukowanych, ale również przeanalizowano typowe błędy i ograniczenia procesowe występujące podczas projektowania przelotek w takich płytkach. Prawidłowe zaprojektowanie przelotek jest nie tylko warunkiem koniecznym do produkcji wysokiej jakości wielowarstwowych płytek drukowanych, ale ma również kluczowe znaczenie dla zapewnienia ich niezawodności. Aby obniżyć koszty produkcji i zapobiec problemom podczas wytwarzania płytek PCB, konieczne jest ustalenie prawidłowych specyfikacji projektowych przelotek oraz procesów produkcyjnych. Wybór odpowiedniej metody wykonania przelotek pozwala lepiej dostosować się do różnych układów i projektów, zapewniając wydajność i jakość płytek PCB. Jeśli potrzebujesz masowej produkcji wielowarstwowych płytek PCB, prosimy o kontakt z firmą Geyuan Electronics w celu uzyskania pomocy.