Analisi dell'affidabilità della spaziatura dei fori nella progettazione di PCB

La produzione di PCB monofacciali o bifacciali prevede in genere la foratura di fori conduttivi o non conduttivi direttamente dopo il taglio del materiale, mentre le schede multistrato vengono forate dopo il processo di laminazione. I fori sono classificati in base alla loro funzione, includendo fori per componenti, fori per utensili, fori passanti (Vias), fori ciechi e fori interrati (i fori ciechi e interrati sono un tipo di foro via). La foratura convenzionale viene eseguita utilizzando attrezzature di foratura meccanica. Nella produzione effettiva, la spaziatura tra i fori di solito influisce sia sul processo di lavorazione che sull'affidabilità del prodotto finale.

Requisiti di produzione per la spaziatura dei fori:

Fori passanti (fori conduttivi):

1. Diametro minimo del foro: Foratura meccanica 0.15 mm, foratura laser 0.075 mm.
2. Spaziatura tra il pad e il bordo della scheda: 0.2 mm.
3. Spaziatura tra fori passanti (da bordo a bordo): Non può essere inferiore a 6 mil; preferibilmente superiore a 8 mil. Questo è molto importante e deve essere considerato in fase di progettazione.
4. Il diametro minimo del foro passante non è in genere inferiore a 0.2 mm e la distanza tra i pad non deve essere inferiore a 4 mil, preferibilmente superiore a 6 mil, senza limiti superiori. Questo è molto importante e dovrebbe essere tenuto in considerazione.

Fori per cuscinetti (PTH):

1. Spaziatura tra il pad e il bordo della scheda: 0.25 mm.
2. La dimensione del foro del pad è determinata dal componente utilizzato, ma dovrebbe essere almeno 0.2 mm più grande del pin del componente. Ad esempio, un componente con un pin da 0.6 mm dovrebbe avere un foro di almeno 0.8 mm per evitare difficoltà dovute alle tolleranze di fabbricazione.
3. Spaziatura tra i fori dei pad (da bordo a bordo): Non può essere inferiore a 0.3 mm. Più è grande, meglio è. Questo è fondamentale e deve essere considerato.

Fori e fessure non placcati (NPTH):

1. Spaziatura dei fori delle fessure non placcata: La spaziatura minima deve essere di almeno 1.6 mm, altrimenti potrebbe aumentare il rischio di fori rotti e difficoltà nella fresatura dei bordi.
2. La distanza tra gli slot non placcati e il bordo della scheda non deve essere inferiore a 2.0 mm per evitare la rottura dei fori. Gli slot più lunghi devono avere una distanza maggiore dal bordo della scheda per evitare la separazione del bordo.
3. Fori stampati non placcati: Per collegare le schede tra loro, questi fori non devono essere troppo piccoli né troppo grandi per evitare di rompere la scheda. La spaziatura consigliata è in genere compresa tra 0.2 e 0.3 mm.

Impatto sull'affidabilità della spaziatura dei fori:

Spaziatura tra i fori:

Si riferisce alla distanza tra la parete interna di un foro e la parete interna di un altro, non alla distanza tra le piastre. È fondamentale distinguere tra queste misurazioni.

Se la spaziatura tra i fori è troppo piccola, quali sono i potenziali problemi?

1. Se i fori all'interno della stessa rete sono troppo vicini, possono causare rotture, sbavature e altri difetti che influiscono sull'aspetto e sull'assemblaggio.
2. Per i fori in reti diverse, una spaziatura insufficiente potrebbe causare fori rotti, sbavature o persino cortocircuiti a causa del effetto capillare.

Effetto capillare (effetto di aspirazione dei trucioli): L'effetto capillare si verifica a causa della rotazione ad alta velocità della punta del trapano e della pressione che esercita sul materiale PCB circostante. Questo può allentare la fibra di vetro all'interno della scheda, causando problemi come una scarsa formazione dei fori e cortocircuiti quando la placcatura in rame penetra in queste aree allentate.

Secondo Modello IPC-A-600G linee guida:

Per l'effetto capillare, B non dovrebbe ridurre la spaziatura delle tracce al di sotto del minimo richiesto dalle specifiche di approvvigionamento e A non deve superare gli 80 mm (3.150 pollici). Lo stesso vale per la spaziatura dei fori.

Un altro effetto negativo causato dalla spaziatura stretta dei fori è l' CAF (filamentazione anodica conduttiva) effetto:

1. Effetto CAF:Si riferisce alla migrazione degli ioni di rame lungo le microfessure nella resina o nella fibra di vetro tra i conduttori in condizioni di alta tensione e temperatura, causando correnti di dispersione.
2. Ciò si verifica quando il PCB/PCBA opera in ambienti ad alta temperatura e umidità, con conseguente scarso isolamento tra i conduttori e possibili cortocircuiti. La CAF si verifica in genere tra le vie, o tra le vie e le tracce, o tra le tracce esterne, riducendo l'isolamento e causando guasti.

Controlli di producibilità della spaziatura dei fori:

1. Stesse vie di rete: Se due fori sono troppo vicini durante la foratura, l'efficienza di foratura del PCB potrebbe essere compromessa. Dopo aver praticato il primo foro, il materiale tra i fori potrebbe diventare troppo sottile, con conseguenti forze non uniformi sulla punta del trapano, raffreddamento incoerente e rottura della punta. Ciò porta a una scarsa formazione del foro o a fori non collegati.

2. Diversi canali di reteOgni strato di un PCB richiede un via pad con specifiche condizioni ambientali circostanti, incluso se le tracce sono adiacenti o meno. Se la spaziatura non è sufficiente, alcuni via pad potrebbero perdere la connessione in rame, causando potenzialmente cortocircuiti. Per evitare ciò, è essenziale mantenere una distanza di sicurezza di 3 mil tra i diversi via di rete.

3. Diversi buchi nei componenti di rete: Lievi scostamenti di allineamento durante la produzione possono influire sulla spaziatura tra i fori dei componenti di reti diverse. In questi casi, la distanza di sicurezza viene garantita rifilando il pad. Questa rifilatura può dare origine a forme irregolari o, nel peggiore dei casi, causare la rottura del foro o un cortocircuito durante la saldatura.

4. Vias ciechi e sepolti:

1. Vias cieco: Si tratta di vie che collegano gli strati interni a quelli esterni ma non attraversano l'intero PCB.
2. Sepolto Vias: Collegano solo gli strati interni e sono invisibili dalla superficie del PCB.

Quando la spaziatura tra i fori ciechi e quelli interrati è troppo piccola o inesistente, si verifica un "foro impilato". Il progetto può presentare difficoltà di fabbricazione, soprattutto quando la posizione dei fori non consente una connessione corretta. In questi casi, è necessario un processo speciale per garantire che i fori siano elettricamente connessi dopo la foratura. Questo comporta il completamento della foratura del foro interrato prima della placcatura e la successiva foratura dei fori ciechi.