Leiterplatten-Ringringe: Konstruktionsrichtlinien

Die ringförmigen Kupferflächen um die gebohrten Löcher auf Leiterplatten sind unerlässlich für durchkontaktierte Löcher, Vias und Bauteilanschlüsse, da sie die elektrische Kontaktfläche gewährleisten und übliche Fertigungstoleranzen beim Bohren und Ausrichten ausgleichen.

Die Auslegung des Rings sollte auf der fertigen Bohrung, der Geometrie der Auflagefläche, der Lagenregistrierung und den für den Auftrag vereinbarten Fertigungsmöglichkeiten basieren.

Inhaltsverzeichnis

• Was ist ein Leiterplatten-Ring?
• Wie berechnet man einen Ring
• Warum ringförmige Ringe wichtig sind
• Häufige Probleme mit Jahresringen
• IPC und Fertigungstoleranzen
• Durchkontaktierungen und Bauteillöcher
• Tropfenförmige Polster und Ringringe
• DFM-Prüfungen für Ringringe
• Inspektion und Test
• Ringdesign-Überprüfung mit Highleap

Was ist ein Leiterplatten-Ring?

Bei einer durchkontaktierten Bohrung bildet der ringförmige Kupferrand die radiale Kupferfläche um die fertige Bohrung. Er gewährleistet die Kontinuität der Durchkontaktierung und bietet eine lötbare bzw. verbindungsfähige Fläche. Auch auf den inneren Lagen ist eine ausreichende Haftung erforderlich, um nach dem Bohren eine zuverlässige Verbindung im Bohrungskanal sicherzustellen.

Der erforderliche Ring variiert je nach Leiterplattenklasse, Lagentyp, Strukturdichte und ob es sich bei dem Loch um eine Durchkontaktierung, einen Bauteilanschluss, ein Werkzeugmerkmal oder eine spezielle Struktur handelt.

Wie berechnet man einen Ring

Eine einfache Nennberechnung lautet: Ringdurchmesser = (Pad-Durchmesser – fertiger Bohrungsdurchmesser) / 2. Der Auslegungswert muss außerdem Bohrverlauf, Passertoleranz, Beschichtung und etwaige Kundenanforderungen berücksichtigen.

Verwenden Sie den Wert für das fertige Loch in der Berechnung, wenn dies der Sollwert der Zeichnung ist. Klären Sie, ob der Verarbeiter nach dem Beschichten einen größeren Bohrer benötigt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Warum ringförmige Ringe wichtig sind

Ein zu kleiner Ring erhöht das Risiko von Durchbrüchen, verringerter Beschichtungskapazität, schwachen Lötstellen und Ertragsverlusten. Die Auswirkungen können bei dicht bestückten Multilayer-Leiterplatten gravierender sein, da die Toleranzen der inneren Lagen einen größeren Teil der verfügbaren Fläche beanspruchen.

Die Wahl einer etwas größeren Auflagefläche, sofern dies die Frästechnik zulässt, kann den Fertigungsspielraum verbessern und unnötige Risiken reduzieren.

Häufige Probleme mit Jahresringen

Typische Probleme sind Fehlausrichtungen der Bohrungen auf den Pads, unzureichende Erfassung der inneren Lagen, durch Routing oder thermische Entlastungsgeometrie verkleinerte Pads sowie aus einem inkompatiblen Regelwerk übernommene Landflächengrößen. Selbst eine nominell korrekte CAD-Regel kann für den tatsächlichen Lagenaufbau und die Leiterplattenklasse ungeeignet sein.

Ausnahmebereiche wie Steckverbinder, Presspassungslöcher, Bereiche mit hohem Kupferanteil und Feinraster-Ausbrechzonen sollten gesondert geprüft werden.

IPC und Fertigungstoleranzen

Die IPC-Dokumente und Kundenspezifikationen definieren die Abnahmekriterien, die Zielklasse und die vertraglichen Anforderungen müssen jedoch für jedes Produkt individuell festgelegt werden. Fertigungsmöglichkeiten, Bohrlochgröße, Leiterplattendicke, Lagenanzahl und Passgenauigkeit beeinflussen den tatsächlichen Platzbedarf.

Verwenden Sie die vom Hersteller vorgegebenen Konstruktionsregeln für den vorgesehenen Prozess und behandeln Sie diese als Teil des freigegebenen Fertigungspakets.

Durchkontaktierungen und Bauteillöcher

Durchkontaktierungen können kleinere Lötpads verwenden, um die Leiterbahndichte zu erhöhen, während Bauteilbohrungen größere Lötflächen für die Lötung und die mechanische Festigkeit benötigen. Verbindungen mit hohen Strömen oder hoher mechanischer Belastung erfordern besondere Berücksichtigung hinsichtlich Padgröße, Bohrungsgröße, Beschichtung und Zugentlastung.

Wenden Sie nicht blindlings einen einheitlichen Ringwert auf alle Lochtypen an.

Tropfenförmige Polster und Ringringe

Tropfenförmige Vertiefungen vergrößern die Verbindung zwischen Leiterbahn und Kontaktfläche. Sie können die Kupferhaftung in der Nähe eines Bohrlochs verbessern und in bestimmten Bereichen zusätzlichen Spielraum schaffen, ersetzen aber weder einen korrekt dimensionierten Ring noch eine geeignete Bohrtoleranz.

Setzen Sie sie dort ein, wo sie zur Routing- und Fertigungsstrategie passen, und überprüfen Sie anschließend, ob die resultierende Geometrie sauber ist und keine Abstandsverletzungen verursacht.

DFM-Prüfungen für Ringringe

Eine DFM-Prüfung sollte die fertigen Lochgrößen, Pad-Stacks, Bohrdateien, die Lagenausrichtung, Ausnahmen bei Ringbohrungen und den Freiraum um jeden Lochtyp untersuchen. Die Prüfung ist besonders wertvoll nach einer Änderung der Footprint-Bibliothek, einer Überarbeitung des Lagenaufbaus oder einer Aktualisierung der Panelisierung.

Durch die Korrektur von Randpolstern vor der Werkzeugerstellung lassen sich kostspielige Nacharbeiten vermeiden und die Ausbeute beim ersten Durchgang verbessern.

Inspektion und Test

Die Fertigungsprüfung kann gegebenenfalls automatisierte optische Inspektion, Röntgen- oder Mikrostrukturanalyse sowie elektrische Prüfungen auf Durchgang und Isolation umfassen. Die Methode sollte anhand der Risiko- und Akzeptanzkriterien ausgewählt werden und nicht als Ersatz für bewährte Konstruktionsregeln dienen.

Dokumentieren Sie alle kritischen Lücken oder Gutscheine, die einer zusätzlichen Überprüfung bedürfen.

Ringdesign-Überprüfung mit Highleap

Highleap Electronics kann vor der Fertigung die Regeln für Ringbohrungen, Bohrdaten, den Bohrlochaufbau und Anforderungen an Sonderbohrungen prüfen. Klare Informationen zur Produktklasse und zu kritischen Merkmalen helfen, die Prüfung auf die tatsächlichen Fertigungsrisiken zu konzentrieren.

Für eine Machbarkeitsprüfung fordern Sie bitte ein Angebot für eine Leiterplatte inklusive Gerber-Dateien, Bohrdateien, Zeichnungen und Fertigungshinweisen an.