Durchkontaktierungen sind wesentliche Strukturen in mehrlagigen PCB-Designs. Sie ermöglichen elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Kupferschichten und eine kompakte Leiterbahnführung in modernen elektronischen Systemen.
Schlecht gestaltete Durchkontaktierungen können jedoch ernsthafte Fertigungs- und Zuverlässigkeitsprobleme verursachen, u. a:
- schwacher Kupferüberzug
- unzuverlässige elektrische Verbindungen
- Reduzierte PCB-Ausbeute
- erhöhte Herstellungskosten
Um diese Probleme zu vermeiden, müssen Ingenieure Folgendes beachten PCB über Designregeln, die sich an den tatsächlichen Fertigungsmöglichkeiten orientieren.
Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Designüberlegungen und deren Optimierung für eine zuverlässige Leiterplattenfertigung.
Inhaltsübersicht
Was ist ein PCB-Via?
A PCB über ist ein plattiertes Loch, das Kupferschichten in einer Leiterplatte miteinander verbindet.
Vias werden in der Regel durch die folgenden Schritte erstellt:
- Bohren des Lochs
- Aufbringen einer Kupferschicht im Inneren des Lochs
- Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen Schichten
Dieser Prozess ist Teil des Standardarbeitsablaufs bei der Leiterplattenherstellung, der in beschrieben wird: PCB-Herstellungsprozess erklärt
Da Durchkontaktierungen präzise Bohrungen und Beschichtungen erfordern, müssen ihre Abmessungen innerhalb der herstellbaren Grenzen bleiben.
Arten von PCB-Durchkontaktierungen
Je nach Komplexität der Leiterplatte werden unterschiedliche Via-Strukturen verwendet.
Durchgangsbohrung über
Der häufigste Typ.
Merkmale:
- durch die gesamte Leiterplatte gebohrt
- verbindet alle Ebenen
- niedrigste Herstellungskosten
- höchste Zuverlässigkeit
Diese Durchkontaktierungen werden häufig in Standard-Multilayer-Platten verwendet.
Blind Via
Blind Vias verbinden eine äußere Lage mit einer oder mehreren inneren Lagen, führen aber nicht durch die gesamte Leiterplatte.
Vorteile:
- spart Platz beim Routing
- unterstützt High-Density-Layouts
Beschränkungen:
- komplexere Herstellung
- Höhere Herstellungskosten
Begraben über
Vergrabene Durchkontaktierungen verbinden innere Schichten, sind aber von der Oberfläche aus nicht sichtbar.
Merkmale:
- verwendet in komplexen mehrlagigen Leiterplatten
- erfordert sequenzielle Laminierung
- erhöht die Komplexität der Fertigung
Microvia
Microvias sind extrem kleine Durchkontaktierungen, die in HDI-Platinen.
Typische Merkmale:
- Durchmesser < 150 µm
- lasergebohrt
- gestapelte oder gestaffelte Strukturen
Mikrovias erfordern spezielle Herstellungsverfahren.
Die bei der Erstellung von Vias verwendeten Bohrtechnologien werden in erörtert: PCB-Bohren vs. Laserbohren
Wichtige PCB-Via-Designregeln
Die Einhaltung der richtigen Designregeln trägt dazu bei, dass Durchkontaktierungen zuverlässig hergestellt werden können.
1. Größe des Durchgangslochs
Der fertige Lochdurchmesser ist einer der wichtigsten Parameter.
Typische Standardwerte:
| Über Typ | Typische Größe |
|---|---|
| Standard über | 0,2-0,4 mm |
| Klein über | 0,15-0,2 mm |
| Microvia | <0,15 mm |
Kleinere Löcher erhöhen die Schwierigkeit des Bohrens und die Komplexität der Beschichtung.
2. Über das Seitenverhältnis
Das Seitenverhältnis ist definiert als:
Plattendicke ÷ Bohrlochdurchmesser
Beispiel:
1,6 mm Platte / 0,3 mm Loch = 5,3 Seitenverhältnis
Typische Herstellungsgrenzen:
| Technologie | Bildseitenverhältnis |
|---|---|
| Standard PCB | 8:1 - 10:1 |
| Erweiterte PCB | bis zu 12:1 |
Hohe Aspektverhältnisse erschweren die gleichmäßige Kupferbeschichtung im Inneren des Via Barrels.
Die Zuverlässigkeit der Verkupferung wird in erläutert: Verkupferungsprozess in der PCB-Herstellung
3. Größe des Ringes
Der Ring ist der Kupferbereich, der das gebohrte Loch umgibt.
Ein minimaler Ring gewährleistet eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung.
Typischer Leitfaden:
Minimaler ringförmiger Ring: 4-5 mil
Wenn der Ring zu klein wird, kann die Bohrtoleranz zu Ausbrüchen führen.
4. Via-zu-Via-Abstand
Eng beieinander liegende Durchkontaktierungen können Bohr- und Beschichtungsprobleme verursachen.
Typische Abstandsrichtlinien:
Abstand von Durchgang zu Durchgang ≥ 8 mil
Ein ausreichender Abstand verhindert auch Kurzschlüsse zwischen den Pads.
5. Via Pad Größe
Die Zwischenlagen müssen groß genug sein, um die Bohrtoleranzen auszugleichen.
Typische Beziehung:
Pad-Durchmesser = Bohrdurchmesser + 10-12 mil
Beispiel:
0,3 mm Bohrer → 0,55 mm Pad
Wie man zuverlässige PCB-Durchkontaktierungen entwirft (Praktischer Arbeitsablauf)
Ingenieure folgen bei der Definition von Via-Strukturen in der Regel einem einfachen Prozess.
- Schritt 1 - Bestimmung der Routingdichte
Designs mit hoher Packungsdichte können Microvias oder Blind Vias erfordern.
- Schritt 2 - Auswahl einer herstellbaren Bohrergröße
Vermeiden Sie extrem kleine Durchkontaktierungen, es sei denn, sie sind für HDI-Designs erforderlich.
Standardbohrergrößen verbessern die Ausbeute bei der Herstellung. - Schritt 3 - Überprüfung des Seitenverhältnisses
Stellen Sie sicher, dass der Durchmesser der Durchkontaktierung eine zuverlässige Verkupferung ermöglicht.
- Schritt 4 - Beibehaltung des richtigen Ringes
Prüfen Sie die Pad-Größen anhand der Bohrtoleranzen.
- Schritt 5 - DFM-Prüfungen durchführen
Die DFM-Analyse stellt sicher, dass das Via-Design den Fertigungsmöglichkeiten entspricht.
Der DFM-Verifizierungsprozess wird in beschrieben:
→ PCB DFM-Checkliste vor dem Versenden von Gerber-Dateien
Häufige Fehler beim PCB-Via-Design
Mehrere häufige Konstruktionsfehler können zu Fertigungsproblemen führen.
Unnötige Verwendung extrem kleiner Durchkontaktierungen
Kleine Durchkontaktierungen erschweren das Bohren und Beschichten.
Nichtbeachtung der Grenzen des Seitenverhältnisses
Hohe Aspektverhältnisse können zu einer schlechten Kupferabscheidung führen.
Unzureichende ringförmige Ringe
Kleine Ringe erhöhen das Ausbruchsrisiko beim Bohren.
Überhöhte Durchgangsdichte
Zu viele Durchkontaktierungen können die Verkleidung und den Fertigungsertrag erschweren.
Strategien zur Verkleidung werden in erörtert: PCB-Panelization-Design-Richtlinien
Fertigungsüberlegungen für Via-Zuverlässigkeit
Professionelle Leiterplattenhersteller überprüfen in der Regel Via-Strukturen während der CAM-Analyse.
Sie bewerten:
- über Größen und Bohrtabellen
- Seitenverhältnisse
- Ringringtoleranzen
- Beschichtungsanforderungen
Bei Herstellern wie TOPFASTVor Beginn der Fertigung führen die Entwicklungsteams eine DFM-Verifizierung durch, um sicherzustellen, dass die Via-Strukturen den Anforderungen an Produktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit entsprechen.
Schlussfolgerung
Durchkontaktierungen sind grundlegende Elemente beim Design von mehrlagigen Leiterplatten, aber ihre Zuverlässigkeit hängt stark von den richtigen Designparametern ab.
Durch die Einhaltung praktischer Designregeln - einschließlich geeigneter Lochgrößen, Seitenverhältnisse, Ringringe und Abstände - können Ingenieure die Herstellbarkeit von Leiterplatten und die langfristige Zuverlässigkeit erheblich verbessern.
Eine gute Koordination zwischen den Designteams und den Leiterplattenherstellern trägt auch dazu bei, dass die Via-Strukturen sowohl den elektrischen als auch den Fertigungsanforderungen entsprechen.
PCB über FAQ
A: Typische Standardgrößen für Durchgangslöcher reichen von 0,2 mm bis 0,4 mmje nach Komplexität der Leiterplatte und Fertigungsmöglichkeiten.
A: Das Seitenverhältnis ist das Verhältnis von Plattendicke zu Durchgangslochdurchmesser. Die meisten Standard-PCBs halten Verhältnisse unter 10:1 um eine zuverlässige Beschichtung zu gewährleisten.
A: Bei einem hohen Aspektverhältnis ist es schwierig, das Kupfer gleichmäßig in der Bohrung zu verteilen, was zu Problemen mit der elektrischen Zuverlässigkeit führen kann.
A: Microvias sind bei korrektem Design zuverlässig, erfordern aber spezielle HDI-Fertigungsprozesse und sind teurer als Standard-Vias.