Анализ надежности расстояния между отверстиями в конструкции печатной платы

Производство односторонних или двухсторонних печатных плат обычно включает сверление непроводящих или проводящих отверстий непосредственно после резки материала, в то время как многослойные платы сверлятся после процесса ламинирования. Отверстия классифицируются в зависимости от их функции, включая отверстия для компонентов, инструментальные отверстия, сквозные отверстия (Vias), глухие отверстия и скрытые отверстия (слепые и скрытые отверстия являются типом сквозных отверстий). Обычное сверление выполняется с использованием механического сверлильного оборудования. В реальном производстве расстояние между отверстиями обычно влияет как на процесс обработки, так и на надежность конечного продукта.

Требования к производству расстояний между отверстиями:

Сквозные отверстия (проводящие отверстия):

1. Минимальный диаметр отверстия: Механическое сверление 0.15 мм, лазерное сверление 0.075 мм.
2. Расстояние от края платы до площадки: 0.2 мм.
3. Расстояние между отверстиями (от края до края): Не может быть меньше 6 мил; желательно больше 8 мил. Это очень важно и должно учитываться при проектировании.
4. Минимальный диаметр сквозного отверстия обычно не менее 0.2 мм, а расстояние между контактными площадками не должно быть менее 4 мил, желательно более 6 мил, без верхнего предела. Это очень важно и должно учитываться.

Отверстия под прокладку (PTH):

1. Расстояние от края платы до площадки: 0.25 мм.
2. Размер отверстия под колодку определяется используемым компонентом, но он должен быть как минимум на 0.2 мм больше штифта компонента. Например, компонент со штифтом 0.6 мм должен иметь отверстие не менее 0.8 мм, чтобы избежать трудностей из-за производственных допусков.
3. Расстояние между отверстиями накладки (от края до края): Не может быть меньше 0.3 мм. Чем больше, тем лучше. Это критично и должно учитываться.

Неметаллизированные отверстия и пазы (NPTH):

1. Расстояние между неметаллизированными щелевыми отверстиями: Минимальное расстояние должно быть не менее 1.6 мм, в противном случае это может привести к повышенному риску поломки отверстий и затруднению фрезерования кромок.
2. Расстояние от неметаллизированных слотов до края платы не должно быть меньше 2.0 мм, чтобы избежать сломанных отверстий. Более длинные слоты должны иметь большее расстояние от края платы, чтобы предотвратить разделение по краю.
3. Неметаллизированные штампованные отверстия: Для соединения плат между собой эти отверстия не должны быть слишком маленькими или слишком большими, чтобы избежать поломки платы. Рекомендуемый интервал обычно составляет 0.2-0.3 мм.

Влияние расстояния между отверстиями на надежность:

Расстояние между отверстиями:

Это относится к расстоянию от внутренней стенки одного отверстия до внутренней стенки другого, а не к расстоянию между контактными площадками. Важно различать эти измерения.

Если расстояние между отверстиями слишком мало, какие могут возникнуть проблемы?

1. Если отверстия в одной сетке расположены слишком близко, это может привести к появлению сломанных отверстий, заусенцев и других дефектов, влияющих на внешний вид и сборку.
2. Для отверстий в разных сетях недостаточное расстояние может привести к поломке отверстий, появлению заусенцев или даже коротким замыканиям из-за капиллярный эффект.

Капиллярный эффект (эффект всасывания стружки): Капиллярный эффект возникает из-за высокоскоростного вращения сверла и давления, которое оно оказывает на окружающий материал печатной платы. Это может ослабить стекловолокно внутри платы, что приведет к таким проблемам, как плохое формирование отверстий и короткие замыкания, когда медное покрытие проникает в эти свободные области.

По оценкам IPC-A-600G принципы:

Для капиллярного эффекта, B не следует уменьшать расстояние между проводниками ниже минимального значения, требуемого спецификациями закупок, и A не должно превышать 80 мм (3.150 дюйма). То же самое относится к расстоянию между отверстиями.

Другим негативным эффектом, вызванным узким расстоянием между отверстиями, является CAF (проводящая анодная филаментация) эффект:

1. Эффект CAF: Это относится к ионам меди, которые мигрируют по микротрещинам в смоле или стекловолокне между проводниками в условиях высокого напряжения и температуры, что приводит к токам утечки.
2. Это происходит, когда печатная плата/печатная плата работает в условиях высокой температуры и влажности, что приводит к плохой изоляции между проводниками и возможным коротким замыканиям. CAF обычно происходит между переходными отверстиями, или между переходными отверстиями и дорожками, или между внешними дорожками, что ухудшает изоляцию и приводит к отказу.

Проверка технологичности расстояния между отверстиями:

1. Те же сетевые переходы: Если два отверстия расположены слишком близко друг к другу во время сверления, эффективность сверления печатной платы может быть снижена. После сверления первого отверстия материал между отверстиями может стать слишком тонким, что приведет к неравномерному усилию на сверле, неравномерному охлаждению и поломке сверла. Это приводит к плохому формированию отверстий или несоединенным отверстиям.

2. Различные сетевые переходы: Каждый слой в печатной плате требует площадку переходного отверстия с определенными условиями окружающей среды, включая то, являются ли дорожки смежными или нет. Если расстояние недостаточно, некоторые площадки переходного отверстия могут потерять медное соединение, что может привести к короткому замыканию. Чтобы избежать этого, необходимо безопасное расстояние в 3 мила между различными сетевыми переходными отверстиями.

3. Различные дыры в сетевых компонентах: Незначительные смещения выравнивания во время производства могут повлиять на расстояние между отверстиями компонентов из разных сетей. В этих случаях безопасное расстояние обеспечивается путем обрезки площадки. Такая обрезка может привести к неровным формам или, в худшем случае, к поломке отверстия или короткому замыканию во время пайки.

4. Слепые и погребенные Виас:

1. Слепой виас: Это переходные отверстия, которые соединяют внутренние слои с внешними слоями, но не проходят через всю печатную плату.
2. Похоронен Vias: Они соединяют только внутренние слои и не видны с поверхности печатной платы.

Если расстояние между глухими и скрытыми переходными отверстиями слишком мало или отсутствует, это приводит к «сложенным отверстиям». Конструкция может столкнуться с производственными трудностями, особенно когда расположение переходных отверстий не позволяет обеспечить надлежащее соединение. В таких случаях требуется специальный процесс, чтобы гарантировать электрическое соединение переходных отверстий после сверления. Это включает завершение сверления скрытых переходных отверстий перед металлизацией, а затем сверление глухих переходных отверстий.