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 i 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:

Distanza 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 del chip) : l'effetto capillare si verifica a causa dell'elevata velocità di rotazione della punta del trapano e della pressione che esercita sul materiale circostante del PCB. Ciò può allentare la fibra di vetro all'interno della scheda, causando problemi come una formazione del foro non corretta e cortocircuiti quando la placcatura in rame penetra in queste aree allentate.

Secondo le linee guida IPC-A-600G :

Per l'effetto capillare, B non deve ridurre la spaziatura delle tracce al di sotto del minimo richiesto dalle specifiche di acquisto 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 ridotta spaziatura dei fori è l' effetto CAF (filamentazione anodica conduttiva) :

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. Via di collegamento sulla stessa rete : se due via sono troppo vicine durante la foratura, l'efficienza di foratura del PCB potrebbe essere compromessa. Dopo aver forato il primo foro, il materiale tra i fori potrebbe assottigliarsi eccessivamente, causando forze non uniformi sulla punta del trapano, raffreddamento irregolare e rottura della punta stessa. Ciò porta a una formazione del foro non corretta o a via di collegamento non connesse.

2. Via di rete differenti : Ogni strato di un PCB richiede un pad di via con specifiche condizioni ambientali circostanti, tra cui la vicinanza o meno delle tracce. Se la spaziatura è insufficiente, alcuni pad di via potrebbero perdere la connessione in rame, causando potenzialmente dei cortocircuiti. Per evitare ciò, è essenziale una distanza di sicurezza di 3 mil tra le diverse via di rete.

3. Fori per componenti di rete differenti : piccoli disallineamenti durante la produzione possono influire sulla spaziatura tra i fori dei componenti di reti diverse. In questi casi, la distanza di sicurezza viene garantita mediante il ritaglio del pad. Tale ritaglio può portare a forme irregolari o, nel peggiore dei casi, causare la rottura del foro o la creazione di un cortocircuito durante la saldatura.

4. Vie cieche e interrate :

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.