Zuverlässigkeitsanalyse des Lochabstands im PCB-Design

Bei der Herstellung einseitiger oder doppelseitiger Leiterplatten werden üblicherweise nichtleitende oder leitende Löcher direkt nach dem Schneiden des Materials gebohrt, während bei mehrlagigen Leiterplatten die Bohrungen nach dem Laminierungsprozess erfolgen. Löcher werden nach ihrer Funktion kategorisiert und umfassen Bauteillöcher, Werkzeuglöcher, Durchgangslöcher (Vias), Sacklöcher und vergrabene Löcher (Sacklöcher und vergrabene Löcher sind eine Art von Durchgangslöchern). Konventionelles Bohren erfolgt mit mechanischen Bohrgeräten. In der Praxis beeinflusst der Lochabstand in der Regel sowohl den Bearbeitungsprozess als auch die Zuverlässigkeit des Endprodukts.

Anforderungen an die Herstellung von Lochabständen:

Durchkontaktierungen (leitfähige Löcher) :

1. Mindestlochdurchmesser: Mechanisches Bohren 0.15 mm, Laserbohren 0.075 mm.
2. Abstand zwischen Pad und Platinenkante: 0.2 mm.
3. Abstand zwischen den Via-Hole (Kante zu Kante): Darf nicht kleiner als 6 mil sein; vorzugsweise größer als 8 mil. Dies ist sehr wichtig und muss beim Entwurf berücksichtigt werden.
4. Der minimale Durchmesser der Durchkontaktierung beträgt typischerweise nicht weniger als 0.2 mm, und der Pad-Abstand sollte einseitig mindestens 4 mil, vorzugsweise mehr als 6 mil betragen. Nach oben gibt es keine Grenze. Dies ist sehr wichtig und sollte berücksichtigt werden.

Lochreihen (PTH) :

1. Abstand zwischen Pad und Platinenkante: 0.25 mm.
2. Die Größe des Pad-Lochs richtet sich nach dem verwendeten Bauteil, sollte aber mindestens 0.2 mm größer sein als der Bauteil-Pin. Beispielsweise sollte ein Bauteil mit einem 0.6 mm großen Pin ein Loch von mindestens 0.8 mm haben, um Schwierigkeiten aufgrund von Fertigungstoleranzen zu vermeiden.
3. Abstand zwischen den Pad-Löchern (Kante zu Kante): Kann nicht kleiner als 0.3 mm sein. Je größer, desto besser. Dies ist entscheidend und muss berücksichtigt werden.

Nicht beschichtete Löcher und Schlitze (NPTH) :

1. Nicht plattierter Schlitzlochabstand: Der Mindestabstand sollte mindestens 1.6 mm betragen, da sonst das Risiko von Lochbrüchen und Schwierigkeiten beim Kantenfräsen steigen kann.
2. Der Abstand von nicht plattierten Schlitzen zur Platinenkante sollte nicht weniger als 2.0 mm betragen, um Lochbrüche zu vermeiden. Längere Schlitze sollten einen größeren Abstand zur Platinenkante haben, um eine Trennung an der Kante zu verhindern.
3. Nicht plattierte gestanzte Löcher: Beim Verbinden von Platinen sollten die Abstände zwischen diesen Löchern nicht zu klein oder zu groß sein, um ein Brechen der Platine zu vermeiden. Der empfohlene Abstand liegt typischerweise zwischen 0.2 und 0.3 mm.

Einfluss des Lochabstands auf die Zuverlässigkeit:

Lochabstand :

Damit ist der Abstand von der Innenwand eines Lochs zur Innenwand eines anderen Lochs gemeint, nicht der Abstand zwischen den Pads. Es ist wichtig, zwischen diesen Messungen zu unterscheiden.

Welche Probleme können auftreten, wenn der Abstand zwischen den Löchern zu gering ist?

1. Wenn Löcher innerhalb desselben Netzwerks zu nahe beieinander liegen, können sie zu Löchern, Graten und anderen Defekten führen, die das Aussehen und die Montage beeinträchtigen.
2. Bei Löchern in verschiedenen Netzwerken kann ein unzureichender Abstand zu Löchern, Graten oder sogar Kurzschlüssen führen. Kapillarwirkung.

Kapillareffekt (Spanansaugung) : Der Kapillareffekt entsteht durch die hohe Drehzahl des Bohrers und den dadurch entstehenden Druck auf das umgebende Leiterplattenmaterial. Dies kann die Glasfasern im Inneren der Platine lockern, was zu Problemen wie ungenauen Bohrungen und Kurzschlüssen führen kann, wenn die Kupferbeschichtung in diese lockeren Bereiche eindringt.

Gemäß den IPC-A-600G- Richtlinien:

Um den Kapillareffekt zu vermeiden, darf B den Leiterbahnabstand nicht unter das in den Beschaffungsspezifikationen festgelegte Minimum reduzieren, und A darf 80 mm (3.150 Zoll) nicht überschreiten. Gleiches gilt für den Lochabstand.

Ein weiterer negativer Effekt, der durch geringe Lochabstände verursacht wird, ist der CAF-Effekt (Conductive Anodic Filamentation) :

1. CAF-Effekt: Es handelt sich um Kupferionen, die unter Hochspannungs- und Temperaturbedingungen entlang von Mikrorissen im Harz oder Fiberglas zwischen den Leitern wandern und zu Kriechströmen führen.
2. Dies tritt auf, wenn die Leiterplatte/PCBA in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit betrieben wird. Dies führt zu einer schlechten Isolierung zwischen den Leitern und schließlich zu Kurzschlüssen. CAF tritt typischerweise zwischen Durchkontaktierungen, zwischen Durchkontaktierungen und Leiterbahnen oder zwischen äußeren Leiterbahnen auf, wodurch die Isolierung verringert wird und es zu Ausfällen kommt.

Überprüfung der Herstellbarkeit von Lochabständen:

1. Gleiche Netzwerk-Vias : Liegen zwei Vias beim Bohren zu nah beieinander, kann die Bohreffizienz der Leiterplatte beeinträchtigt werden. Nach dem ersten Bohrloch kann das Material zwischen den Löchern zu dünn werden, was zu ungleichmäßigen Kräften auf den Bohrer, ungleichmäßiger Kühlung und Bohrerbruch führen kann. Dies hat eine schlechte Lochbildung oder nicht verbundene Vias zur Folge.

2. Unterschiedliche Netzwerk-Vias : Jede Lage einer Leiterplatte benötigt eine Via-Pad mit spezifischen Umgebungsbedingungen, unter anderem hinsichtlich der Lage benachbarter Leiterbahnen. Ist der Abstand unzureichend, können Via-Pads den Kupferkontakt verlieren und Kurzschlüsse verursachen. Um dies zu vermeiden, ist ein Sicherheitsabstand von 3 mil zwischen verschiedenen Netzwerk-Vias unerlässlich.

3. Unterschiedliche Bauteilbohrungen in verschiedenen Netzwerken : Geringfügige Ausrichtungsabweichungen während der Produktion können den Abstand zwischen Bauteilbohrungen unterschiedlicher Netzwerke beeinflussen. In diesen Fällen wird der Sicherheitsabstand durch Abschneiden der Lötpads sichergestellt. Dieses Abschneiden kann zu unregelmäßigen Formen führen oder im schlimmsten Fall dazu, dass die Bohrung beim Löten bricht oder einen Kurzschluss verursacht.

4. Blinde und verdeckte Vias :

1. Blinde Durchkontaktierungen: Dies sind Durchkontaktierungen, die die inneren Schichten mit den äußeren Schichten verbinden, aber nicht durch die gesamte Leiterplatte verlaufen.
2. Begrabene Durchkontaktierungen: Diese verbinden nur interne Schichten und sind von der Oberfläche der Leiterplatte aus unsichtbar.

Ist der Abstand zwischen blinden und vergrabenen Vias zu gering oder gar nicht vorhanden, entsteht ein „gestapeltes Loch“. Das Design kann Fertigungsschwierigkeiten aufweisen, insbesondere wenn die Vias aufgrund ihrer Lage keine ordnungsgemäße Verbindung ermöglichen. In solchen Fällen ist ein spezielles Verfahren erforderlich, um die elektrische Verbindung der Vias nach dem Bohren sicherzustellen. Dabei wird das vergrabene Via vor dem Galvanisieren gebohrt und anschließend die blinden Vias gebohrt.