Анализ типичных ошибок и технологических ограничений при проектировании сквозных отверстий в многослойных печатных платах

Для успешного производства печатных плат по индивидуальному заказу требуется не только применение инновационных концепций проектирования, но и глубокое понимание производителем различных технологических процессов изготовления многослойных печатных плат. Проектирование переходных отверстий, как ключевой элемент Проектирование печатных плат, имеет решающее значение для рабочих характеристик печатных плат и эффективности производства. Ниже приведен наш анализ типичных ошибок при проектировании сквозных отверстий в печатных платах, а также ограничений производственного процесса.

Основные понятия, связанные с переходными отверстиями в многослойные печатные платы

При проектировании печатных плат (PCB) сквозные отверстия являются важнейшим элементом. Проще говоря, сквозные отверстия на печатной плате — это небольшие металлизированные отверстия в многослойная печатная плата используются для соединения проводников между различными слоями. Эти отверстия не только обеспечивают электрические соединения, но и служат в качестве крепежных или позиционирующих отверстий для компонентов. В зависимости от технологического процесса сквозные отверстия в основном подразделяются на три типа: глухие сквозные отверстия, погруженные сквозные отверстия и сквозные отверстия.

Роль переходных отверстий в многослойные печатные платы

Электрическое подключение	В многослойных печатных платах цепи между разными слоями необходимо соединять с помощью переходных отверстий. Такой способ соединения обеспечивает стабильную передачу сигнала и снижает его затухание и помехи.
Крепление и позиционирование компонентов	Помимо электрических соединений, переходные отверстия также используются для фиксации и позиционирования компонентов. Просверлив отверстия в печатной плате и вставив в них выводы компонентов, можно обеспечить их прочное крепление.

в соответствии с проектной документацией на многослойные печатные платы

На печатных платах сквозные переходные отверстия обычно используются для соединения цепей, расположенных на разных уровнях. Если при компоновке и проектировании печатной платы не соблюдать технические требования к сквозным переходным отверстиям, они могут стать «узким местом» в производственном процессе. Соблюдение этих требований позволяет избежать проблем на производстве и обеспечить качество и надежность платы.

Избегайте глухих отверстий	Глухие отверстия соединяют только один слой. Если требуется проход через несколько других слоев, внутренние детали необходимо просверлить или прорезать лазером. Ввиду высокой стоимости изготовления и сложности процесса следует по возможности избегать использования глухих отверстий.
Установите правильные настройки мезонина и кроссовера	При проектировании печатных плат для предотвращения коротких замыканий между различными слоями необходимо установить надлежащие правила размещения промежуточных слоев и сквозных отверстий. Правила размещения сквозных отверстий определяют минимальное расстояние между ними, а также некоторые моменты, которые следует учитывать при трассировке строк, прокладке проводов и расстановке промежуточных слоев.
Выберите подходящий тип переходного отверстия	При выборе переходных отверстий необходимо найти оптимальный баланс между стоимостью и надежностью для потребителя. Для самых простых плат, требующих соединений с обоих концов, подходят сквозные переходные отверстия. Для плат с высокой плотностью размещения компонентов можно рассмотреть использование сквозных, глухих и встроенных переходных отверстий.
Отверстие для зажимного хомута заземления	Благодаря включению в схему таких решений по заземлению, как отверстия для заземляющих зажимов, можно эффективно повысить электромагнитную совместимость и снизить накопление статического электричества.

многослойные печатные платы может быть изготовлен любого размера?

Давайте сначала рассмотрим, как просверливаются отверстия в печатной плате. На этапе подготовки материала производители печатных плат с помощью автоматических режущих станков разрезают большие листы ламината с медным покрытием на заготовки определённых размеров в соответствии с производственными потребностями. Затем сверлильные станки с ЧПУ точно просверливают отверстия в заданных местах на ламинатах с медным покрытием. Поскольку сверло сверлильного станка имеет круглую форму, оно может просверливать только круглые отверстия и не способно создавать квадратные отверстия.

Принятие Geyuan Electronics Например, сверла, используемые для обработки печатных плат, относятся к механическим сверлам, причем размеры сверл увеличиваются или уменьшаются с шагом 0,05 мм. Диаметр их сверл для круглых отверстий варьируется от 0,15 мм до 6,30 мм, диаметр самого маленького сверла для пазов составляет 0,65 мм (подходит для металлизированных пазов), а диаметр самой маленькой фрезы для пазов — 1,0 мм (подходит для неметаллизированных пазов). Поэтому при проектировании печатной платы размеры переходных отверстий не могут быть произвольными.

Проектирование многослойных печатных плат с переходными отверстиями и изготовление сердечников анализ предельных значений технологического процесса

Механическое сверление и лазерное сверление	Минимальный диаметр механического сверла обычно составляет 0,3 мм; при лазерном сверлении можно достичь диаметра 0,15 мм или даже меньше, однако это значительно увеличивает затраты на обработку.
Предельное значение соотношения сторон (отношение глубины к диаметру)	Когда соотношение толщины платы к диаметру отверстия (соотношение глубины к диаметру) слишком велико, чем меньше отверстие, тем более неравномерным становится нанесение медного покрытия на стенки отверстия. Если глубина отверстия превышает диаметр отверстия в 6 раз или соотношение глубины к диаметру превышает 10:1, очень легко может случиться так, что на стенках отверстия не будет меди, сверло сломается или произойдет сбой в процессе гальванического покрытия. .
Расстояние между отверстиями и защитное расстояние	Если два отверстия расположены слишком близко друг к другу, во время сверления толщина материала окажется недостаточной, и сверло сломается из-за неравномерного распределения нагрузки. Между краем отверстия и проводкой внутреннего слоя или соседними отверстиями следует соблюдать безопасное расстояние (как правило, расстояние между контуром и линией должно составлять от 3 до 6 мил).

Распространенные ошибки при проектировании и полезные советы

Слепое стремление к использованию чрезвычайно малых диафрагм	Для нескоростных схем или обычных многослойных плат не требуется обязательное использование микропереходных отверстий или погруженных слепых переходных отверстий высокого порядка, иначе это приведет к снижению выхода готовой продукции и экспоненциальному росту затрат.
Переходные отверстия и контактные площадки можно использовать взаимозаменяемо (переходные отверстия можно наносить непосредственно на контактные площадки).	Размещение переходных отверстий непосредственно на контактных площадках компонентов может привести к тому, что во время пайки методом рефлоу паяльная паста будет стекать вдоль этих отверстий, что в свою очередь может вызвать недостаток припоя или даже привести к появлению эффекта “надгробного камня” у компонентов.
Кольцевое кольцо слишком мало	Если ширина медного кольца вокруг паяльной площадки недостаточна, это может легко привести к разрыву отверстия (разрыву меди в отверстии) или отрыву паяльной площадки при даже незначительном отклонении при сверлении.
Отклонение при центрировании многослойных глухих отверстий	Если точность позиционирования недостаточна или тепловое расширение и сжатие происходят неравномерно во время ламинирования и сверления многослойных плат, это может привести к смещению центров многослойных переходных отверстий, резким изменениям импеданса или обрыву сигнала.

Рекомендации по проектированию отверстий небольшого диаметра при проектировании переходных отверстий на печатной плате

Какой размер отверстия считается мелким? Обычно в качестве ориентира принимается значение 0,3 мм: отверстия размером менее 0,3 мм считаются мелкими. Чем меньше размер переходного отверстия, тем сложнее его обработать, особенно когда размер переходного отверстия близок к пределу технологических возможностей. Здесь речь идет об отраслевом понятии “коэффициент формы”. Что такое соотношение сторон? Проще говоря, это отношение толщины платы к диаметру переходного отверстия. Чем больше соотношение сторон, тем выше сложность обработки. Другими словами, чем меньше переходное отверстие, тем сложнее его обработать.

Трудно поддается гальваническому покрытию	По мере уменьшения размеров переходных отверстий сужение прохода затрудняет равномерное осаждение слоя меди в процессе гальваники, что легко приводит к таким проблемам, как отсутствие меди в переходном отверстии или дефекты переходных отверстий. Одним словом, чем меньше переходное отверстие, тем ниже коэффициент прохождения медного покрытия.
Низкая эффективность обработки	Чем короче эффективная длина сверла для просверливания микроотверстий, тем меньше печатных плат можно просверлить за одну партию, что напрямую сказывается на эффективности производства. Чтобы предотвратить поломку сверла, при сверлении микроотверстий необходимо уменьшить скорость подачи и увеличить частоту вращения шпинделя. Этот процесс не только увеличивает время обработки, но и ускоряет износ сверла. Поэтому при проектировании печатных плат размеры сквозных отверстий в идеале должны превышать 0,3 мм, чтобы обеспечить эффективность обработки и снизить затраты. Использование сверл для просверливания мелких отверстий следует рассматривать только в случае ограниченного пространства.
Проблема с внешним диаметром	При проектировании переходных отверстий или отверстий для пайки необходимо учитывать требования к размерам внутреннего и внешнего диаметров. Эти параметры напрямую влияют на Процесс изготовления печатных плат. На примере компании «Гэюань Электроникс» можно отметить, что минимальные технологические параметры для двухсторонних и многослойных печатных плат составляют: внутренний диаметр — 0,15 мм, а внешний диаметр — 0,25 мм.
Проблема сварочное кольцо имеет слишком малый размер	Если размер паяльного кольца слишком мал, в процессе производства на печатной плате может возникнуть несовпадение между просверленным отверстием и центром паяльной площадки на пленке из-за отклонений сверлильного оборудования и допусков на центрирование, что приведет к появлению смещенных отверстий. Такое несовпадение уменьшает эффективную площадь паяльных площадок, увеличивает риск возникновения производственных дефектов и может даже привести к сбоям в электрическом соединении. Поэтому правильный расчет размера паяльного кольца и учет производственных допусков имеют решающее значение для обеспечения качества и надежности печатной платы.

Многослойный Методы проектирования сквозных отверстий на печатных платах

Ниже приведены рекомендации по проектированию переходных отверстий для многослойных печатных плат, подготовленные инженерной командой компании Geyuan Electronics. .

• При создании стандартных сквозных отверстий с помощью механического сверла важно помнить, что минимальный допустимый размер сверла зависит от толщины печатной платы. Например, производители печатных плат обычно требуют, чтобы соотношение сторон просветов не превышало 10:1. Это означает, что для печатной платы толщиной 62 мил минимальный размер механического сверла, который следует использовать, составляет 6 мил или 0,006 дюйма. Если вам нужны отверстия меньшего размера, следует рассмотреть возможность использования микровиа с соотношением сторон 1:1.

• Несмотря на то что переходные отверстия имеют небольшую длину, они всё же представляют собой измеримую длину проводника, что может вызвать проблемы при соблюдении строгих требований к целостности сигнала. Например, переходное отверстие, соединяющее два верхних слоя десятислойной печатной платы, будет иметь восемь слоёв лишнего металла, которые могут стать источником помех.

• Размер контактных площадок переходных отверстий имеет большое значение; необходимо убедиться, что после сверления останется достаточно широкое кольцевое кольцо. Механические сверла во время сверления слегка колеблются, и без достаточного кольцевого кольца переходное отверстие может быть повреждено в результате поломки сверла.

• В зонах печатной платы с высокой плотностью размещения компонентов разработчики должны следить за тем, чтобы переходные отверстия не перекрывали трассы прокладки или пути возврата на плоскости заземления. Именно поэтому при планировании путей отвода для BGA крайне важно использовать слепые и микропереходные отверстия, что позволяет проложить трассу к каждому выводу, не перекрывая важные трассы прокладки и плоскости, расположенные под компонентом. Предпочтительнее использовать ступенчатые переходные отверстия, а не многослойные, поскольку многослойные требуют заполнения и планаризации — трудоемкого и дорогостоящего процесса.

• Установить контролируемую глубину для глухих и погруженных отверстий.

• Сведение к минимуму соотношения сторон высокоскоростных переходных отверстий позволяет избежать отражения сигнала. Это обеспечивает лучшие электрические характеристики и целостность сигнала, снижает уровень шума и перекрестных помех, а также уменьшает электромагнитные и радиочастотные помехи (EMI/RFI).

• Используйте переходные отверстия меньшего размера, особенно на платах HDI, чтобы свести к минимуму паразитную ёмкость и индуктивность.

• Переходные отверстия в контактных площадках должны быть заполнены, за исключением тех случаев, когда они расположены внутри тепловых площадок.

• Монтажные площадки BGA можно размещать с использованием глухих переходных отверстий и сквозных отверстий при условии, что эти отверстия заполнены и выровнены. Если они не выровнены, это может негативно повлиять на качество паяных соединений.

• В теплопроводящую прокладку под корпусом QFN добавлены сквозные отверстия, чтобы облегчить стекание припоя к проводящей плоскости. Эти сквозные отверстия обеспечивают надежное соединение припоем теплопроводящих прокладок, тем самым предотвращая растекание припоя по корпусу во время сборки. Это может повлиять на качество паяных соединений контактов QFN.

• На сборочных линиях отсутствие сквозных отверстий в теплопроводящих контактных площадках можно компенсировать, добавив в трафарет для паяльной пасты над площадками отверстие в форме окошка, что позволяет уменьшить накопление припоя и обеспечить вентиляцию.

• Проверьте минимальное расстояние между дорожками и переходными отверстиями, а также краями трассировки/разметки.

• В случае корпуса типа BGA необходимо проверить расположение переходных отверстий.

• Каждая переходная отверстие отделено от своей контактной площадки с помощью заранее заданной короткой дорожки. Убедитесь, что для переходных отверстий под корпусом BGA предусмотрен зазор в маске.

Контроль качества сквозных отверстий в многослойные печатные платы

Для обеспечения качества сквозных отверстий на печатных платах необходимо контролировать следующие аспекты:

Выбор материала	Для обеспечения проводимости и механической прочности сквозных отверстий используются высококачественные листовые материалы и медная фольга.
Технология обработки	Для повышения точности и надёжности сквозных отверстий применяются передовые технологии сверления и медного покрытия.
Обнаружение и тестирование	После обработки переходные отверстия проходят тщательный контроль и испытания, включая проверку электрических характеристик и испытания на механическую прочность, чтобы гарантировать их соответствие проектным требованиям и эксплуатационным потребностям.

Geyuan Electronics является профессиональным производителем многослойных печатных плат.

Компания «Гэюань Электроникс» теперь может производить многослойные печатные платы с количеством слоев от 6 до 32. Благодаря использованию разработанной нами технологии сверхвысокослойных печатных плат и технологии сквозных отверстий в контактных площадках наши печатные платы могут иметь до 32 слоев с минимальным диаметром отверстия 0,15 мм и минимальной шириной и расстоянием между дорожками 0,0762 мм, что позволяет создавать сотни различных структур ламинирования. В частности, наша технология сквозных отверстий в контактных площадках использует заделку смолой + гальваническое покрытие для всех многослойных печатных плат с 6 и более слоями, что позволяет размещать сквозные отверстия непосредственно на контактных площадках, обеспечивая более гладкую поверхность площадок и больше пространства для трассировки. Для обеспечения качества печатных плат мы используем четырехпроводной тест на низкое сопротивление для проверки медного покрытия на стенках сквозных отверстий. По сравнению с традиционными методами тестирования четырехпроводной тест на низкое сопротивление обеспечивает более высокую точность и позволяет лучше выявлять дефектные сквозные отверстия, тем самым гарантируя надежность и качество продукции. Если вам нужен профессиональный производитель многослойных печатных плат для серийного производства и изготовления на заказ, обращайтесь к нам за услугами.

Обобщить

В данной статье не только обобщены технические требования к проектированию сквозных отверстий для многослойных печатных плат, но и проанализированы типичные ошибки и технологические ограничения при их проектировании. Правильное проектирование сквозных отверстий является не только обязательным условием для изготовления высококачественных многослойных печатных плат, но и имеет решающее значение для обеспечения их надежности. Для снижения производственных затрат и предотвращения проблем при изготовлении печатных плат необходимо установить правильные технические требования к проектированию переходных отверстий и производственные процессы. Выбор подходящего метода формирования переходных отверстий позволяет лучше адаптироваться к различным компоновкам и конструкциям, обеспечивая работоспособность и качество печатных плат. Если вам требуется серийное производство многослойных печатных плат, пожалуйста, свяжитесь с компанией «Geyuan Electronics» за помощью.