Gerissene Durchkontaktierungen und Trommelrisse in Leiterplatten

Rissige Durchkontaktierungen und Trommelrisse gehören zu den kritischsten latente Zuverlässigkeitsmängel in der PCB-Herstellung.

Diese Defekte bestehen oft die ersten elektrischen Tests, versagen aber später bei thermischer oder mechanischer Belastung, was sie bei Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit besonders gefährlich macht.

Dieser Artikel erklärt:

• Was sind Via-Risse und Fass-Risse?
• Warum sie auftreten
• Wie sie entdeckt werden
• Wie Hersteller ihr Auftreten reduzieren

Was sind Via Cracks und Barrel Cracks?

Über Crack

Ein Via-Riss ist ein Bruch in der Kupferbeschichtung eines Vias, typischerweise an:

• Das Knie der Via
• Die Schnittstelle zwischen Kupfer und Dielektrikum

Barrel Crack

Ein Trommelriss bezieht sich speziell auf eine umlaufender Riss in der plattierten Via-Tonne.

Beide unterbrechen mit der Zeit die elektrische Kontinuität.

Warum Risse im Via ein ernsthaftes Problem für die Zuverlässigkeit darstellen

Via-Risse sind gefährlich, weil sie:

• sind oft intermittierend
• Verschlimmert sich bei Temperaturwechsel
• sind visuell schwer zu erkennen

Häufig treten sie erst nach dem Einsatz im Feld oder bei Belastungstests auf.

Überblick über das Scheitern:
Häufige PCB-Fehler erklärt

Hauptursachen für Via- und Barrel-Risse

Fehlanpassung der Z-Achse

Beim Erhitzen dehnen sich dielektrische Materialien in der Z-Achse stärker aus als Kupfer.

Durch wiederholtes Ausdehnen und Zusammenziehen entstehen Spannungen in der Hülse.

Dünne oder ungleichmäßige Verkupferung

Eine unzureichende Schichtdicke verringert die Fähigkeit der Durchkontaktierung, mechanische Belastungen zu absorbieren.

Prozess-Detail:
Verkupferungsprozess in der PCB-Herstellung

Vias mit hohem Streckungsverhältnis

Durchkontaktierungen mit hohem Aspektverhältnis sind schwieriger gleichmäßig zu plattieren und unterliegen größeren Belastungen.

Übermäßiges thermisches Zyklieren

Wiederholte Exposition gegenüber:

• Reflow-Löten
• Power Cycling
• Änderungen der Umgebungstemperatur

Beschleunigt die Rissbildung.

Zuverlässigkeitstests:
Thermische Zuverlässigkeitstests für PCB

Konstruktionsfaktoren, die das Rissrisiko erhöhen

Bestimmte Konstruktionsentscheidungen erhöhen das Risiko erheblich.

Hochriskante Designentscheidungen

• Sehr kleine Via-Durchmesser
• Geringe Leiterplattendicke mit tiefen Durchkontaktierungen
• Große Kupferflächen ohne Relief
• Dichte Via-in-Pad-Strukturen

Die Überprüfung der Zuverlässigkeit der Konstruktion ist entscheidend.

Herstellungsfaktoren, die zu Via-Rissen beitragen

Qualität der Bohrungen

Bohrspuren, raue Lochwände oder Faserausbrüche schwächen die Kupferhaftung.

Vergleich:
PCB-Bohren vs. Laserbohren

Unzureichender Desmear-Prozess

Schlechtes Desmear verhindert eine ordnungsgemäße Kupferverbindung mit dem Dielektrikum.

Stresskontrolle bei der Beschichtung

Eine unsachgemäße Beschichtungschemie kann zu inneren Spannungen in Kupferablagerungen führen.

Wie Via Cracks erkannt werden

Durchgangsrisse werden nur selten allein durch Oberflächeninspektion entdeckt.

Gängige Nachweismethoden

• Thermische Belastungstests
• Analyse von Mikroschnitten
• Elektrische Prüfung nach dem Zyklus
• Röntgeninspektion (begrenzte Wirksamkeit)

Überblick über die Inspektion:
PCB Inspektion und Prüfung erklärt

Vorbeugung gegen gerissene Vias und Trommelrisse

Prävention auf Entwurfsebene

• Angemessener Durchgangsdurchmesser
• Kontrolliertes Seitenverhältnis
• Thermische Entlastungsmuster

Prävention auf Prozessebene

• Optimierte Bohrparameter
• Gleichmäßige Kupferschichtdicke
• Spannungsgesteuerte Beschichtungschemie

Auswahl des Materials

• Materialien mit geringer Ausdehnung in der Z-Achse
• Hoch-Tg-Laminate für thermische Stabilität

Hersteller wie TOPFAST integrieren Überlegungen zur Zuverlässigkeit frühzeitig in die Prozessplanung.

Beziehung zu anderen PCB-Fehlermodi

Via Risse koexistieren oft mit:

• Delamination
• CAF-Bildung
• Intermittierende offene Stromkreise

Verwandtes Thema:
PCB-Delamination - Ursachen und Prävention

Schlussfolgerung

Rissige Durchkontaktierungen und Trommelrisse sind keine zufälligen Defekte, sondern vorhersehbare Ergebnisse von thermische Belastung, Konstruktionsentscheidungen und Prozessgrenzen.

Durch:

• Ordnungsgemäße Entwurfspraktiken
• Kontrollierte Herstellungsprozesse
• Geeignete Materialauswahl

Ihr Auftreten kann erheblich reduziert werden.

Via-Risse in PCB FAQ