Jak należy rozmiar, położenie i maska lutownicza z Czy można kontrolować przelotki w obrębie pól stykowych płytki drukowanej?

W Projektowanie płytek drukowanych, przelotki (otwory przelotowe), przelotki ślepe (otwory półprzelotowe) oraz przelotki ukryte (przelotki w warstwach wewnętrznych) stanowią podstawowe elementy konstrukcyjne służące do tworzenia połączeń elektrycznych między warstwami. Racjonalność ich projektowania ma bezpośredni wpływ na integralność sygnału, wytrzymałość mechaniczną oraz wykonalność produkcyjną płytki drukowanej. Specyfikacje należy ustalić w oparciu o trzy aspekty: dopasowanie rozmiarów, zasady rozmieszczenia oraz kontrolę impedancji. Parametry należy zoptymalizować w oparciu o scenariusz zastosowania, aby uniknąć problemów, takich jak przesłuchy sygnałów i pękanie ścianek przelotek. Niniejszy artykuł, opracowany przez zespół inżynierów PCB w firmie Geyuan Electronics, omawia sposoby kontrolowania rozmiaru, położenia i maski lutowniczej przelotek w obrębie pól lutowniczych płytki PCB. Można w nim zapoznać się z odpowiednimi koncepcjami projektowymi i podstawowymi zasadami.

Związek między podkładkami a przelotkami w płytce drukowanej

Podkładka jest podstawowym elementem konstrukcyjnym. Podkładki służą do mocowania elementów do płytki drukowanej oraz do tworzenia punktów połączeń między wyprowadzeniami elementów a ścieżkami na płytce. Podkładki mogą występować w wersji jednowarstwowej, np. podkładki do elementów montowanych powierzchniowo, lub mogą być trójwymiarowymi podkładkami przelotowymi, posiadającymi cylindryczny korpus w płaszczyźnie Z (kierunek pionowy) oraz płaskie powierzchnie na każdej (poziomej) warstwie miedzi. Cylindryczny korpus podkładki powstaje podczas produkcja płytek drukowanych proces podczas wiercenia otworów i powlekania ścianek otworów na płytce drukowanej. W płaszczyznach X i Y pady mogą mieć kształt okrągły, prostokątny, ośmiokątny, zaokrąglony prostokąt, prostokąt ze skosem lub dowolny inny kształt. Pady mogą być wykorzystywane niezależnie jako pady o dowolnym kształcie w projekcie, ale częściej są one używane w edytorze biblioteki PCB wraz z innymi podstawowymi obiektami do tworzenia obudów elementów.

Przelotka jest podstawowym elementem projektu. Przelotki służą do tworzenia pionowych połączeń elektrycznych między dwiema lub więcej warstwami elektrycznymi na płytce drukowanej. Przelotka jest obiektem trójwymiarowym o cylindrycznym korpusie w płaszczyźnie Z (kierunek pionowy) oraz płaskim, pierścieniowym obszarze na każdej (poziomej) warstwie miedzianej. Cylindryczny korpus przelotki powstaje podczas procesu produkcyjnego w trakcie wiercenia i galwanizacji ścianek otworu. Przelotki mają kształt okrągły w płaszczyznach X i Y, podobnie jak okrągłe pola lutownicze. Główną różnicą między przelotkami a padami jest to, że przelotki mogą przebiegać przez wszystkie warstwy płytki drukowanej (od góry do dołu), a także mogą łączyć warstwę powierzchniową z warstwą wewnętrzną lub dwie warstwy wewnętrzne.

Dlaczego projekt połączeń przelotowych w polach stykowych płytek drukowanych jest tak ważny?

Jeśli pracujesz z układami w obudowach BGA lub o małym rozstawie, na pewno słyszałeś o płytkach drukowanych z otworami przelotowymi. Zamiast umieszczać przelotki obok pól lutowniczych, inżynierowie umieszczają je bezpośrednio wewnątrz tych pól. Dlaczego? Ponieważ pozwala to zaoszczędzić miejsce i zmniejszyć indukcyjność w projektach wymagających wysokiej prędkości. Istnieje jednak problem: przelotki te muszą być wypełnione i pokryte warstwą galwaniczną; w przeciwnym razie podczas montażu lut przedostanie się do przelotek, powodując słabe połączenia. Dlatego w projektach płytek drukowanych z otworami przelotowymi zawsze stosuje się technologię wypełniania płytek.

Definicja podkładek w płytce drukowanej

Zewnętrzny kształt pól lutowniczych otworów przelotowych ma zazwyczaj kształt okrągły, kwadratowy lub owalny. Szczegółowe definicje wymiarów przedstawiono poniżej.

Wielkość przysłony	Jeśli rzeczywisty trzpień jest okrągły: średnica otworu = rzeczywista średnica trzpienia + 0,20–0,30 mm (około 8,0–12,0 MIL); Jeśli rzeczywisty trzpień jest kwadratowy lub prostokątny: średnica otworu = rzeczywista przekątna trzpienia + 0,10–0,20 mm (około 4,0–8,0 MIL).
Rozmiar podkładki	Standardowy rozmiar podkładki jest w przybliżeniu równy średnicy otworu powiększonej o 0,50 mm (20,0 MIL).

Specyfikacje dotyczące projektowania pól lutowniczych na płytkach drukowanych

W procesie projektowania płytek drukowanych (PCB) należy również projektować pola lutownicze zgodnie z normą IPC-7351. Norma IPC-7351 określa wytyczne dotyczące projektowania pól lutowniczych pod kątem typów, rozmiarów i obudów elementów, co zapewnia możliwość zastosowania większej liczby elementów i pomaga ograniczyć zużycie materiałów. Chociaż niektóre elementy elektroniczne nie są zgodne z tą normą, IPC-7351 może pomóc w precyzyjnym pozycjonowaniu i ograniczeniu odchyleń.

W związku z tym minimalna średnica każdego pola nie powinna być mniejsza niż 0,25 mm, a maksymalna średnica całego pola nie powinna przekraczać trzykrotności średnicy otworu pod element. Zasadniczo w przypadku elementów przewlekanych stosuje się okrągłe pady o średnicy co najmniej 1,8 razy większej od średnicy otworu; średnica padu w przypadku płytek jednostronnych nie powinna być mniejsza niż 2 mm; optymalny stosunek wielkości padu do średnicy otworu przewlekającego w przypadku płytek dwustronnych wynosi 2,5. W przypadku elementów przystosowanych do automatów do montażu wielopunktowego rozmiar pady na płytkach dwustronnych powinien wynosić od standardowej średnicy otworu + 0,5 do + 0,6 mm.

Odległość między krawędziami dwóch pól stykowych powinna wynosić więcej niż 0,4 mm, a odległość między krawędziami dwóch pól stykowych w rzędzie prostopadłym do kierunku grzbietu fali powinna wynosić więcej niż 0,5 mm (w tym przypadku ten rząd pól drukowanych można traktować jako grupę przewodów lub gniazdo, a odległość między nimi jest zbyt mała, co może łatwo prowadzić do powstania mostków) .

W przypadku gęstego okablowania zaleca się stosowanie owalnych i podłużnych pól lutowniczych. Średnica lub minimalna szerokość pól lutowniczych na płytkach jednostronnych powinna wynosić 1,6 mm lub należy zapewnić, aby płytka jednostronna miała grubość 0,3 mm z pierścieniem lutowniczym o szerokości 0,2 mm po jednej stronie; zbyt duże pola lutownicze mogą łatwo powodować niepotrzebne mostkowanie. W przypadku bardzo gęstego okablowania zaleca się stosowanie okrągłych i podłużnych pól lutowniczych. Średnica tych pól wynosi zazwyczaj 1,4 mm lub jest nawet mniejsza.

Pady z otworami większymi niż 1,2 mm lub o średnicy przekraczającej 3,0 mm należy projektować jako pady gwiaździste lub koniczynowe. W przypadku elementów przewlekanych, aby uniknąć pęknięcia folii miedzianej podczas lutowania, połączenia na płytkach jednostronnych powinny być całkowicie pokryte folią miedzianą, natomiast płytki dwustronne powinny mieć co najmniej pady w kształcie łezki.

W przypadku wszystkich złączy oraz innych elementów nośnych lub ciężkich należy maksymalnie zwiększyć powierzchnię folii miedzianej pokrywającej przewody w promieniu 2 mm oraz uniknąć pozostawiania pustych pól lutowniczych, aby zapewnić wystarczające wchłanianie lutu. Zapobiega to łatwemu odrywaniu się folii miedzianej, gdy gniazdo jest poddawane działaniu sił zewnętrznych. W przypadku dużych elementów (takich jak transformatory, kondensatory elektrolityczne o średnicy 15,0 mm lub większej, gniazda wysokoprądowe itp.) należy zwiększyć powierzchnię pokrycia folią miedzianą i lutem, jak pokazano na poniższym rysunku; zacieniony obszar powinien być co najmniej równy powierzchni pola lutowniczego. Alternatywnie można zaprojektować je jako pola w układzie kwinkunksowym lub w kształcie gwiazdy.

Wszystkie elementy izolowane maszynowo muszą być zaprojektowane z podkładkami ociekowymi wzdłuż kierunku zagięcia, aby zapewnić pełne połączenia lutowane w miejscu zagięcia. W przypadku elementów poziomych lewe i prawe odnóża powinny być wygięte do wewnątrz, a w przypadku elementów pionowych lewe odnóże powinno być wygięte na zewnątrz, przy czym prawe odnóże powinno być nachylone w dół pod kątem 15°, a lewe odnóże nachylone w górę pod kątem 15°. Należy upewnić się, że odstęp między krawędzią elementu a otaczającymi go podkładkami wynosi co najmniej 0,4.

Jeśli na płytce drukowanej znajdują się duże ścieżki uziemienia i zasilania (o powierzchni przekraczającej 500 mm²), należy lokalnie utworzyć okna lub zaprojektować ten obszar jako wypełnienie siatkowe.

Podstawowe wytyczne projektowe dotyczące wymiarów przelotek, ich rozmieszczenia oraz maski lutowniczej w polach lutowniczych płytek drukowanych

Projekt przelotek w obrębie pól lutowniczych płytki drukowanej ma bezpośredni wpływ na niezawodność lutowania i integralność sygnału. Zbyt duże przelotki mogą powodować niedobór folii miedzianej na polach lutowniczych (utrudniając prawidłowe osadzenie wyprowadzeń podczas lutowania), a przesunięcie pozycyjne przekraczające 0,05 mm może spowodować, że krawędź przelotki wystanie poza pole lutownicze (co prowadzi do utraty lutu). W przeciwieństwie do pułapki “projektowania opartego na doświadczeniu”, projektowanie naukowe musi uwzględniać cztery kluczowe specyfikacje: dopasowanie rozmiarów, precyzyjne pozycjonowanie, zgodność z maską lutowniczą oraz wystarczającą ilość folii miedzianej. Każda specyfikacja ma jasno określone standardy parametrów i wymagania ilościowe, pozwalające uniknąć błędów projektowych prowadzących do późniejszych problemów produkcyjnych. Dzisiaj analizujemy podstawowe specyfikacje projektowe dotyczące przelotek wewnątrz pól lutowniczych, łącząc konkretne parametry i studia przypadków, aby pomóc Państwu opanować kluczowe aspekty projektowania – od rozmiaru po maskę lutowniczą.

Wymiary odniesienia Sterowanie w trybach Via i Pad Projekt

Stosunek rozmiarów przelotek do pól lutowniczych stanowi podstawę projektu. Należy zadbać o to, aby “przelotki nie wykraczały poza granice pól lutowniczych, a na polach lutowniczych pozostała wystarczająca ilość folii miedzianej do lutowania”. Podstawowe parametry i normy są następujące:

1. Sterowanie stosunek średnicy przelotki (Dv) do rozmiaru pola lutowniczego (Dp)

Podkładki okrągłe	Średnica przelotki Dv musi być mniejsza lub równa połowie średnicy pola lutowniczego Dp, a szerokość pozostałej folii miedzianej na krawędzi pola lutowniczego musi wynosić co najmniej 0,1 mm (minimalny wymagany obszar lutowania).
Przykład	Okrągła powierzchnia styku elementu wynosi Dp = 0,3 mm, a maksymalna wartość Dv wynosi 0,15 mm (0,3 × 1/2). Pozostała szerokość folii miedzianej wynosi (0,3 – 0,15) / 2 = 0,075 mm (wartość bliska 0,1 mm, dlatego należy dokonać starannego wyboru; zaleca się, aby Dv wynosiło 0,12 mm, co daje pozostałą szerokość 0,09 mm).Okrągła podkładka elementu Dp = 0,4 mm, Dv wynosi maksymalnie 0,2 mm, a pozostała szerokość folii miedzianej wynosi = (0,4 – 0,2) / 2 = 0,1 mm (spełnia wymagania).
kwadratowe podkładki	Średnica przelotki Dv ≤ 1/2 długości boku pola lutowniczego, a pozostała szerokość folii miedzianej po każdej stronie pola lutowniczego ≥ 0,1 mm;
Przykład	Kwadratowa podkładka ma długość boku 0,3 mm × 0,3 mm, maksymalną wartość Dv wynoszącą 0,15 mm oraz pozostałą szerokość 0,075 mm z każdej strony (wartość Dv należy zmniejszyć do 0,12 mm, pozostawiając 0,09 mm).
Zasada zakazu	Wartość Dv nie może nigdy przekraczać granicy pola lutowniczego (tj. Dv > Dp), w przeciwnym razie przelotka zostanie odsłonięta poza polem lutowniczym, a podczas lutowania lut wpłynie do przelotki, co spowoduje niedobór lutu na polu lutowniczym i wskaźnik zimnych połączeń lutowanych powyżej 10%.

2. Poprzez dopasowanie średnicy do wyprowadzeń elementów

Średnica przelotki musi być dostosowana do rozmiaru wyprowadzenia elementu, aby uniknąć sytuacji, w której nie da się włożyć wyprowadzenia (w przypadku elementów przewlekanych) lub w której wypełnienie lutem będzie niewystarczające (w przypadku elementów do montażu powierzchniowego).

Elementy do montażu powierzchniowego	Średnica przelotki Dv powinna być o 0,05–0,1 mm mniejsza od szerokości wyprowadzenia elementu (np. w przypadku rezystora 0402 o szerokości wyprowadzenia 0,15 mm, Dv = 0,1–0,12 mm), aby zapewnić, że lut pokryje zarówno wyprowadzenie, jak i przelotkę.
Komponenty wtyczek	Średnica przelotki Dv jest o 0,05–0,1 mm większa od średnicy wyprowadzenia elementu (np. jeśli średnica wyprowadzenia wynosi 0,2 mm, to Dv = 0,25–0,3 mm), co ułatwia włożenie wyprowadzenia i zapewnia wypełnienie przelotki lutem.
Przykłady z życia wzięte	Podczas projektowania przelotek w obrębie pól stykowych elementu 0402, przy wartościach Dp = 0,3 mm i Dv = 0,2 mm (w skali 1/2), pozostała szerokość folii miedzianej wynosiła zaledwie 0,05 mm. Podczas lutowania lut nie był w stanie całkowicie pokryć wyprowadzeń, co spowodowało, że wskaźnik zimnych połączeń lutowanych wyniósł 15%. Po dostosowaniu wartości Dv do 0,12 mm pozostała szerokość wyniosła 0,09 mm, a wskaźnik zimnych połączeń lutowanych spadł do 1,2%.

Umiejscowienie pady i przelotki w projekcie powinny należy upewnić się, że przelotki są wyśrodkowane i unikać ich przesunięcia.

Nieprawidłowe ustawienie może prowadzić do nierównomiernego rozłożenia folii miedzianej na podkładkach, co powoduje, że po jednej stronie warstwa folii miedzianej jest zbyt wąska (<0,05 mm). Może to powodować odchylenia w przepływie lutu podczas lutowania. Podstawowe parametry techniczne są następujące:

1. Przesunięcie między środkiem przelotki a środkiem pola lutowniczego

Przesunięcie ≤ 0,05 mm (około 1/3 średnicy przelotki), przy czym różnica w szerokości pozostałej folii miedzianej po obu stronach pola stykowego nie może przekraczać 0,03 mm;

Przykład: Dv = 0,15 mm, podkładka Dp = 0,4 mm. Jeśli przesunięcie wynosi 0,05 mm, pozostała szerokość po jednej stronie = (0,4 – 0,15)/2 – 0,05 = 0,125 – 0,05 = 0,075 mm, a szerokość po drugiej stronie wynosi 0,125 + 0,05 = 0,175 mm, co daje różnicę 0,1 mm (dopuszczalną). Jeśli przesunięcie wynosi 0,08 mm, pozostała szerokość po jednej stronie wynosi 0,045 mm, co wykracza poza tolerancję.

W zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji (takich jak warstwy sygnałów RF): przesunięcie ≤ 0,03 mm, aby uniknąć gwałtownych zmian impedancji spowodowanych asymetrią ścieżki sygnałowej (przesunięcie rzędu 0,05 mm może spowodować odchylenie impedancji przekraczające 5%).

2. Minimalna odległość między przelotką a krawędzią pola lutowniczego

Minimalna odległość między krawędzią przelotki a krawędzią pola lutowniczego powinna wynosić ≥0,08 mm, aby zapobiec pęknięciu folii miedzianej spowodowanemu zbyt małą odległością przelotki od krawędzi pola lutowniczego (wiercenie podczas produkcji może łatwo uszkodzić pole lutownicze).

Metoda obliczeniowa: Odległość minimalna = (rozmiar podkładki – rozmiar przelotki) / 2 – przesunięcie;

Przykład: Dp = 0,4 mm, Dv = 0,2 mm, przesunięcie 0,03 mm, minimalna odległość = (0,4 – 0,2) / 2 – 0,03 = 0,1 – 0,03 = 0,07 mm (blisko 0,08 mm, należy skorygować przesunięcie do 0,02 mm, a minimalną odległość do 0,08 mm).

pola lutownicze, przelotki oraz maska lutownicza powinno należy zapobiegać wpływowi maski lutowniczej na proces lutowania.

Niewłaściwy projekt maski lutowniczej może prowadzić do “zakrycia pól lutowniczych przez maskę lutowniczą” lub “wniknięcia maski lutowniczej do przelotek”, co wpływa na zwilżalność lutu. Najważniejsze specyfikacje są następujące:

1. Rozmiar okna oporu zgrzewu

Rozmiar otworu w masce lutowniczej dla przelotek wewnątrz pól lutowniczych musi być o 0,1–0,2 mm większy od rozmiaru pola lutowniczego (o 0,05–0,1 mm większy z każdej strony), aby maska lutownicza nie zakrywała pól lutowniczych.

Przykład	Średnica okrągłej podkładki Dp wynosi 0,4 mm, a średnica otworu w masce lutowniczej wynosi 0,4 + 0,2 = 0,6 mm (o 0,1 mm większa z każdej strony).
zakazać	Rozmiar okna powinien być mniejszy lub równy rozmiarowi pola lutowniczego; w przeciwnym razie powłoka lutownicza zakryje krawędź pola lutowniczego (o szerokości 0,05 mm), a lut nie będzie mógł się przylegać podczas lutowania, co spowoduje wadę w postaci “niewystarczającej ilości odsłoniętej miedzi na polu lutowniczym”.

2. Obróbka maski lutowniczej w otworach przelotowych

W przypadku przelotek wymagających wypełnienia lutem: wewnątrz przelotki nie należy nakładać powłoki lutowniczej (tj. otwory w powłoce lutowniczej zakrywają przelotkę), co gwarantuje, że lut wypełni przelotkę (wskaźnik wypełnienia ≥ 80%).

Przelotki, które nie wymagają wypełnienia lutem: Wewnątrz przelotki można nałożyć powłokę lutowniczą (zapełnienie przelotki), aby zapobiec przedostawaniu się lutu do przelotki i niedostatecznej ilości lutu na polach lutowniczych. Należy jednak zadbać o to, aby wypełnienie powłoką lutowniczą było płaskie (wypukłość ≤ 0,03 mm) i nie utrudniało montażu elementów.

W projektowaniu padów i przelotek, Specyfikacje połączeń z folii miedzianej trzeba zapewnić przewodność i odprowadzanie ciepła.

Połączenia miedzianą folią przelotek w obrębie pól lutowniczych muszą spełniać wymagania dotyczące “niskiej impedancji i wysokiej wydajności odprowadzania ciepła”. Najważniejsze parametry techniczne są następujące:

Grubość folii miedzianej

Grubość folii miedzianej na polach stykowych powinna wynosić ≥35 μm (1 uncja). Folia miedziana wokół przelotek powinna być całkowicie pokryta, bez przerw ani szczelin (szerokość szczeliny ≤ 0,03 mm), aby uniknąć wzrostu rezystancji w stanie przewodzenia (szczelina o szerokości 0,05 mm może zwiększyć rezystancję o 20%).

folia miedziana do odprowadzania ciepła

W przypadku przelotek w polach stykowych elementów dużej mocy (takich jak diody LED i rezystory mocy) należy zaprojektować wokół tych pól stykowych folię miedzianą służącą do odprowadzania ciepła (o powierzchni co najmniej dwukrotnie większej od powierzchni pola stykowego). Ciepło jest przewodzone do wewnętrznej warstwy odprowadzającej ciepło poprzez przelotki, co zapobiega przegrzaniu elementów (np. w przypadku rezystora mocy 0603 o mocy 1 W temperatura przekracza 120 ℃, gdy folia miedziana odprowadzająca ciepło jest niewystarczająca, a po jej zwiększeniu spada do 85 ℃).

Projektowanie przelotek w obrębie pól lutowniczych na płytkach drukowanych wymaga “określenia parametrów i ścisłego dostosowania”. Najważniejsze jest kontrolowanie stosunku rozmiarów, przesunięcia położenia oraz otworów w masce lutowniczej między przelotkami a polami lutowniczymi, aby uniknąć błędów projektowych, które mogłyby prowadzić do późniejszych problemów z lutowaniem i sygnałem.

Dopasowywanie parametrów odniesienie do podkładka oraz zgodnie z projektem

Przelotki typu „pad” przebiegają przez całą grubość płytki PCB i nadają się do zastosowań wymagających przewodności na całej grubości warstwy (takich jak linie zasilające i ogólne linie sygnałowe). Przy projektowaniu należy zwrócić szczególną uwagę na średnicę przelotki, rozmiar pola stykowego oraz odstępy między przelotkami.

Dopasowanie średnicy otworu do rozmiaru podkładki	Średnicę przelotki należy dobrać w oparciu o wymagania dotyczące obciążalności prądowej. W przypadku standardowych przelotek sygnałowych zaleca się średnicę w zakresie 0,3–0,6 mm, a odpowiadająca mu średnica pola lutowniczego powinna wynosić 2–2,5 razy więcej niż średnica przelotki (np. przelotka o średnicy 0,4 mm powinna być dopasowana do pola lutowniczego o średnicy 0,8–1,0 mm), aby zapewnić pełne pokrycie pola lutowniczego lutem podczas lutowania i uniknąć zimnych połączeń lutowanych. W przypadku przelotek wysokoprądowych (przewodzących prądy powyżej 5 A) średnica przelotki powinna wynosić ≥1,0 mm, a średnica pady ≥2,0 mm. Jednocześnie należy zastosować układ padów typu “koniczyna” (4–6 małych padów rozmieszczonych wokół przelotki), aby poprawić odprowadzanie ciepła i wytrzymałość mechaniczną.
Zasady dotyczące układu	Odległość między przelotkami a padami elementów powinna wynosić ≥0,5 mm, aby zapobiec przedostawaniu się lutu do przelotek i powodowaniu zwarć podczas lutowania; odległość między przelotkami a krawędziami płytki powinna wynosić ≥1,0 mm, aby zapobiec pękaniu krawędzi płytki drukowanej; odstępy między przelotkami w obszarach o dużej gęstości powinny wynosić ≥0,8 mm (odległość między środkami). W przypadku zastosowania “układu naprzemiennego” (pozycja przelotek w sąsiednich warstwach jest przesunięta o więcej niż 0,4 mm) odstęp można zmniejszyć do 0,6 mm w celu zwiększenia gęstości okablowania.
Parametry regulacji impedancji	W przypadku przelotek sygnałów o wysokiej częstotliwości (częstotliwość ≥ 1 GHz) konieczne jest zapewnienie dopasowania impedancji. Osiąga się to poprzez dostosowanie grubości powłoki ścianek przelotki (zazwyczaj 20–30 μm, 30–40 μm w przypadku scenariuszy wysokoczęstotliwościowych) oraz rozmiaru pady i antypady (średnica antypady jest o 0,2–0,4 mm większa niż pady). Na przykład w przypadku przelotki o impedancji 50 Ω na podłożu FR-4 (stała dielektryczna 4,4) średnica przelotki wynosząca 0,4 mm musi być połączona z padem o średnicy 0,8 mm i antypadem o średnicy 1,2 mm, aby zapewnić stratę odbicia sygnału ≤ -15 dB.

Optymalizacja połączeń warstwy wewnętrznej Odwołanie w notatniku i „Buried Via Design”

Przepusty zakopane występują wyłącznie w warstwach wewnętrznych płytki drukowanej (nie przebijają warstwy powierzchniowej). Nadają się one do zastosowań, w których występuje przewodność międzywarstwowa, a konieczne jest zwiększenie przestrzeni do trasowania w warstwie powierzchniowej (np. w sieci dystrybucji zasilania w warstwach wewnętrznych wielowarstwowej płytki drukowanej). W projektowaniu kładzie się nacisk na rozmieszczenie w wewnętrznych warstwach oraz izolację ścianek przelotek.

Ułożenie i wymiary warstwy wewnętrznej	Przelotki ukryte muszą być precyzyjnie umieszczone w punktach przecięcia ścieżek warstw wewnętrznych. Zalecana średnica przelotki wynosi 0,2–0,5 mm, a rozmiar pola stykowego w warstwie wewnętrznej powinien być 1,8–2 razy większy od średnicy przelotki (np. przelotka o średnicy 0,3 mm powinna być dopasowana do pola stykowego w warstwie wewnętrznej o średnicy 0,54–0,6 mm). Odległość między przelotką ukrytą a ścieżkami warstwy wewnętrznej powinna wynosić ≥0,2 mm, aby uniknąć uszkodzenia ścieżek warstwy wewnętrznej podczas wiercenia.
Izolacja ścian z otworami	Po wywierceniu ukrytego przelotu należy go “izolować”, wypełniając go żywicą epoksydową (głębokość wypełnienia ≥ 95% głębokości otworu). Po utwardzeniu należy ją wygładzić przed wykonaniem obwodów na warstwie wewnętrznej, aby zapobiec zwarciom między przelotką zakopaną a sąsiednimi obwodami na warstwie wewnętrznej. Żywica epoksydowa używana do wypełniania powinna być odporna na wysokie temperatury (Tg ≥ 150 ℃), aby uniknąć jej zmiękczenia i wycieku podczas późniejszego lutowania.
Dostosowanie struktury warstwowej	Przelotki zakopane muszą być zgodne ze strukturą warstwową płytki PCB. Na przykład w przypadku 8-warstwowej płytki PCB, jeśli konieczne jest zapewnienie przewodności między warstwami 2 i 3, przelotki zakopane muszą zostać wywiercone i wykonane przed laminowaniem warstw 2 i 3. Jeśli konieczne jest zapewnienie przewodności między warstwami 4 i 5, przelotki muszą zostać laminowane niezależnie między warstwami 4 i 5, a następnie połączone z pozostałymi warstwami, aby zagwarantować, że przelotki zakopane przebijają wyłącznie docelową warstwę wewnętrzną i nie wpływają na pozostałe warstwy.

Regulacja głębokości Odwołanie w notatniku i Projekt ślepych przelotek

Przelotki ślepe przebiegają wyłącznie przez warstwy powierzchniowe i wewnętrzne płytki drukowanej (bez przebijania warstwy dolnej). Nadają się one do zastosowań, w których warstwy powierzchniowe i wewnętrzne są ze sobą połączone, a powierzchnię zajmowaną przez przelotki należy zminimalizować (np. w przypadku połączeń sygnałowych od spodu w obudowach BGA). Kluczowymi czynnikami projektowymi są dokładność głębokości oraz wyrównanie międzywarstwowe.

Stosunek głębokości do przysłony	Stosunek głębokości otworu ślepego (odległości od powierzchni do wewnętrznej warstwy docelowej) do średnicy otworu musi wynosić ≤1:1,5. Na przykład dla otworu ślepego o średnicy 0,3 mm maksymalna głębokość wynosi 0,45 mm. Przekroczenie tego stosunku spowoduje trudności podczas wiercenia oraz nadmierną chropowatość ścianek otworu (Ra > 1,0 μm). Jeśli wymagany jest głębszy otwór ślepy (np. o głębokości 0,6 mm), należy zastosować konstrukcję “otworu ślepego schodkowego” (wiercenie w dwóch etapach: najpierw na głębokość 0,3 mm do warstwy środkowej, a następnie na głębokość 0,3 mm do wewnętrznej warstwy docelowej), aby zapewnić odpowiednią jakość ścianek otworu.
Dokładność wyrównania warstw	Odchylenie w wyrównaniu między górną a dolną warstwą przelotek ślepych musi wynosić ≤0,02 mm. Na etapie projektowania na płytce drukowanej należy umieścić “znaki wyrównujące” (np. okrągłe punkty odniesienia o średnicy 1,0 mm). Podczas produkcji wyrównanie jest kalibrowane za pomocą systemu pozycjonowania rentgenowskiego. Jednocześnie odległość międzywarstwowa między przelotkami ślepymi a sąsiednimi przelotkami ślepymi musi wynosić ≥0,3 mm, aby zapobiec niewspółosiowości wiertła podczas wiercenia, co mogłoby doprowadzić do połączenia ścianek otworów.
Dostosowanie obróbki powierzchni	Otwór powierzchniowy przelotek ślepych musi być dostosowany do procesu obróbki powierzchniowej. W przypadku obróbki metodą złocenia immersyjnego grubość powłoki złota wewnątrz przelotki ślepej musi wynosić ≥0,8 μm (z zastosowaniem procesu “impulsowego złocenia immersyjnego” w celu zwiększenia równomierności powlekania wewnątrz przelotki). W przypadku obróbki metodą OSP wewnątrz ślepej przelotki należy nałożyć powłokę OSP (o grubości 0,2–0,5 μm), aby zapobiec utlenianiu się folii miedzianej wewnątrz przelotki, co mogłoby wpłynąć na niezawodność lutowania.

Zastosowania różnych przelotek w płytkach drukowanych

Elektronika ogólna	Standardowe przelotki i otwory przelotowe sprawdzają się w codziennym okablowaniu wielowarstwowym, łączeniu elementów oraz w niedrogich konstrukcjach.
Urządzenia mobilne i urządzenia do noszenia	Struktury ślepych przelotek na płytkach drukowanych pozwalają uniknąć stosowania układów BGA o małym rozstawie bez ryzyka przepalenia warstw, co pozwala zachować niewielką grubość płytki przy jednoczesnym zamontowaniu dużych akumulatorów.
Lotnictwo i kosmonautyka / Medycyna	Wbudowane połączenia na płytkach drukowanych pozwalają zachować czystość warstw zewnętrznych, ułatwiają montaż elementów i nakładanie powłok konformalnych oraz chronią połączenia w warstwach wewnętrznych.
5G i obliczenia o dużej szybkości	Układanie warstw płytek PCB z mikrovią (naprzemienny lub warstwowy) skraca długość połączeń pionowych i ogranicza efekty pasożytnicze w gęstych układach HDI.
Zasilanie i oświetlenie	Szereg termicznych przelotek umieszczonych pod regulatorem, tranzystorem MOSFET i diodą LED odprowadza ciepło do płaszczyzny, dzięki czemu radiator może w pełni spełniać swoją funkcję.

Podsumuj

Otwory zaprojektowane w padach płytek drukowanych to coś więcej niż tylko otwory; stanowią one solidną architekturę, która umożliwia działanie nowoczesnego sprzętu. Od popularnych przelotek przechodzących po przelotki ślepe, przelotki zakopane i mikroprzelotki – różnorodne struktury warstwowe płytek drukowanych pozwalają na zintegrowanie większej liczby funkcji na mniejszej przestrzeni bez utraty niezawodności. Gdy wymagana jest wyjątkowo wysoka gęstość upakowania, na przykład w przypadku pakietów BGA mniejszych niż 0,8 mm, przelotki w polach mogą sprawdzić się doskonale w połączeniu z procesami wypełniania płytek drukowanych przelotkami, zapewniając silną przyczepność lutu i płaskie pole. Nawet standardowe rozmiary przelotek w polach PCB muszą zostać uwzględnione w wykazie materiałów (BOM): mniejsze otwory poprawiają integralność sygnału i trasowanie, ale również zwiększają koszty i skracają cykle produkcyjne. Jeśli wymagana jest wyjątkowa kompaktowość, przelotki ślepe i zakopane umożliwiają tworzenie prawdziwych układów HDI dla telefonów komórkowych, urządzeń do noszenia oraz urządzeń IoT o wysokiej gęstości. Krótko mówiąc, wybór odpowiedniej strategii dotyczącej przelotek w padach zależy w połowie od projektu, a w połowie od produkcji. Jeśli chcesz ograniczyć nieoczekiwane problemy i poprawić wydajność produkcji lub potrzebujesz producenta zdolnego do wytwarzania płytek PCB w dużych ilościach, skontaktuj się z naszym zespołem.