Fabricação de PCBs de alta relação de aspecto para furos metalizados

A Highleap Electronics oferece serviços de fabricação de PCBs de alta relação de aspecto e orçamentos para projetos que combinam placas espessas com furos relativamente pequenos ou requisitos exigentes de furos metalizados. Se um fornecedor anterior recusou seu projeto devido à espessura da placa, diâmetro do furo ou problemas com a metalização, envie-nos a tabela de empilhamento e furação para uma análise específica da construção.

Para obter um orçamento útil para PCBs de alta relação de aspecto , a espessura da placa, o diâmetro da broca, o tamanho final do furo, o tipo de furo, a quantidade de cobre necessária e o plano de inspeção devem ser definidos em conjunto. A capacidade de relação de aspecto é específica para cada processo; um valor máximo geral não garante que todos os tamanhos de furo, laminados e requisitos de cobre sejam viáveis. A Highleap analisa a construção real antes de confirmar a rota de fabricação apropriada.

O que é a fabricação de PCBs de alta relação de aspecto?

Existem duas proporções de aspecto em jogo em uma placa multicamadas, e confundi-las é uma fonte comum de mal-entendidos com o fabricante.

Para um furo metalizado passante, a relação de aspecto nominal é calculada dividindo-se a espessura da placa pelo diâmetro final do furo. Por exemplo, uma placa de 1.6 mm de espessura com um furo final de 0.20 mm tem uma relação nominal de 8:1. Microvias utilizam uma geometria e um processo de fabricação diferentes: sua relação profundidade/diâmetro deve ser avaliada considerando a profundidade do dielétrico e o diâmetro da via, e seus limites não devem ser comparados diretamente com os limites de metalização de furos metalizados passantes.

Desafios na perfuração e revestimento de cobre em placas de circuito impresso de alta relação de aspecto

Três etapas do processo se degradam à medida que a proporção aumenta, e essa degradação ocorre por diferentes razões físicas.

• Perfuração. Um furo longo em um laminado composto permite que a broca se desvie e que a fibra de vidro se solte na saída, formando a rebarba clássica. A perfuração mecânica de furos finos em materiais espessos é limitada pela relação de aspecto que a geometria da broca e o equipamento podem suportar sem deflexão.
• Chapeamento. O banho de revestimento precisa molhar toda a parede do furo. Em um furo estreito e profundo, a troca da solução no fundo do canal é mais lenta e a distribuição do cobre é menos uniforme, de modo que a espessura do cobre no fundo do furo pode ser menor do que no topo. Esse é o defeito que posteriormente se torna uma falha de confiabilidade.
• Preenchimento, quando especificado. O preenchimento é um requisito separado da metalização de furos passantes e introduz suas próprias restrições de material, vazios e processo. O método de preenchimento adequado depende da geometria do furo e da aplicação; não presuma que todo furo passante metalizado com alta relação de aspecto deva ser preenchido.

O limite prático não é um número único, pois depende do diâmetro do furo, da espessura da placa, da composição química do revestimento e se o furo precisa ser preenchido. O fabricante informará um limite para o seu próprio processo. O número que importa para o seu projeto é o da combinação específica de tamanho e espessura do furo que você precisa, e ele deve ser confirmado por escrito, em vez de ser presumido a partir de uma lista geral de capacidades.

Qualidade e confiabilidade na metalização de vias em PCBs de alta relação de aspecto

A uniformidade do revestimento dentro de um furo metalizado é uma questão de confiabilidade, não estética. Um furo metalizado é um cilindro de cobre com um orifício no meio, e o caminho elétrico e térmico passa pela parede do cilindro. Se a parede for fina na parte inferior do cilindro, o furo terá uma capacidade de corrente menor e uma resistência maior do que o previsto no projeto, e aquecerá mais sob carga.

Seguem-se três consequências específicas, e vale a pena compará-las com seu histórico de falhas:

• Menor capacidade de corrente no meio da pilha. Uma via de alimentação que parece adequada no papel pode ter sua potência limitada termicamente no meio da placa, onde a camada de cobre é mais fina.
• Falhas nos testes de estresse de interconexões que não se correlacionam com a localização do defeito. Um conector de interconexão com revestimento inferior geralmente não é visível na superfície. Se suas placas falharem em um teste de estresse de interconexão em vias que parecem perfeitas, este é um dos primeiros suspeitos.
• Desempenho térmico deficiente em vias térmicas preenchidas. Um vazio em um furo metalizado ou uma camada de revestimento fina reduz o caminho de dissipação de calor pretendido. Isso aparece como um ponto quente na imagem térmica, em vez de uma falha na placa.

Os princípios gerais por trás da qualidade dos furos metalizados são abordados em nossas considerações sobre confiabilidade de PCBs , e o teste específico que detecta a metalização insuficiente do furo metalizado é discutido em nosso teste de estresse de interconexão (IST) . A melhoria do resultado geralmente depende das escolhas de projeto e processo abordadas em nossa seção sobre melhoria da confiabilidade de PCBs.

Projeto de empilhamento de PCB para furos passantes de alta relação de aspecto

Quando uma placa de circuito impresso é mecanicamente muito espessa para o tamanho do furo metalizado, existem quatro rotas legítimas. Cada uma tem um custo, e a escolha correta depende de qual restrição é real.

Existe uma quinta opção, geralmente a mais barata: verificar se a proporção entre os lados é realmente a restrição limitante ou se é o requisito de revestimento que a impede. Alguns projetos são limitados não pela perfuração, mas pela necessidade de preencher e revestir o furo metalizado, o que é uma limitação mais rigorosa do que apenas a perfuração. Os processos relevantes são descritos em nossa página sobre preenchimento de furos metalizados e revestimento de cobre, bem como em nossa página sobre furos metalizados cegos e enterrados.

Furos passantes de alta relação de aspecto versus microvias HDI

Em uma placa de circuito impresso, a proporção limitante geralmente é a de microvias, e não a de furos passantes. Uma microvia é perfurada de uma superfície para o interior do laminado e precisa ser metalizada e geralmente preenchida, com um diâmetro muito menor do que o que uma broca mecânica consegue suportar.

Dois fatores tornam a construção de uma pilha de microvias mais complexa do que sua proporção sugere. O primeiro é que a microvia é cega, portanto o revestimento precisa ser uniforme ao longo de uma parede que termina em material sólido, em vez de aberta em ambas as extremidades, e o fundo do cilindro é onde os vazios de revestimento são mais prováveis. O segundo é que uma pilha de microvias é construída sobre uma estrutura de acúmulo onde o peso do cobre por camada é alto em relação ao diâmetro da via.

Uma regra prática é que uma pilha de microvias de dois ou três níveis é rotineira, e cada nível adicional acrescenta um ciclo de laminação e um ciclo de metalização, com seu próprio risco de perda de rendimento. Se um projeto precisa de uma pilha profunda para economizar área de roteamento, vale a pena analisar diretamente a quantidade de camadas em relação aos requisitos de roteamento, pois os dois frequentemente se contrapõem. As compensações de projeto são definidas em nosso projeto de empilhamento HDI e a sequência de construção em nossa laminação sequencial para placas HDI.

Fabricação de PCBs espessos com furos de perfuração pequenos

Placas de circuito impresso espessas com cobre em grande quantidade representam a combinação em que os problemas de proporção e os problemas térmicos se agravam, e é onde os preços tendem a variar mais entre os fornecedores.

O motivo é que uma camada espessa de cobre precisa ser depositada no interior do cilindro, e depositar uma camada espessa de cobre em um orifício profundo é muito mais difícil do que depositá-la com uma camada padrão. O tempo de deposição é maior, a química do banho é mais agressiva e o risco de falhas na deposição ou de uma camada fina na base aumenta. Em uma placa de 3.2 mm com 4 oz de cobre, a diferença entre uma boa construção e uma mediana geralmente reside no gerenciamento do ciclo de deposição, e não em qualquer especificação do projetista.

Três medidas de projeto reduzem a dificuldade:

• Use o maior diâmetro de furo permitido pela área de contato. em vez do menor. Em uma régua de tomadas, isso geralmente é gratuito, porque a necessidade de um anel de vedação é proporcional à broca.
• Não preencha os furos de passagem de energia a menos que o caminho térmico o exija. O preenchimento adiciona uma etapa de fluxo que é difícil em altas taxas, além de impedir a inspeção visual do cano. Um furo metalizado preenchido com resina ou não preenchido conduz mais corrente do que um furo preenchido com cobre e com um vazio em seu interior.
• Mantenha a espessura do cobre uniforme em toda a peça. Em vez de misturar camadas grossas e finas em uma única aplicação, porque cada alteração na espessura do cobre representa um ciclo de revestimento separado, com uma tolerância de espessura distinta.

A perfuração reversa é a solução padrão para o resíduo deixado por uma via cega em projetos de alta velocidade, e é discutida em nosso artigo sobre perfuração reversa em PCBs . A perfuração reversa em si remove material da parte de trás do furo, reduzindo ligeiramente o comprimento efetivo do corpo do furo, e precisa ser considerada na especificação de profundidade, em vez de ser tratada como uma medida separada posteriormente.

Materiais para PCBs para Metalização de Furos Passantes de Alta Relação de Aspecto

Em uma placa espessa, a diferença de expansão térmica entre o cobre e o laminado torna-se um valor maior, pois o cobre percorre uma distância maior em termos absolutos ao longo da altura da placa. Uma placa que resiste a um ciclo térmico no papel ainda pode falhar na interface entre uma região espessa de cobre e o laminado adjacente se o sistema de materiais escolhido não for adequado.

As opções relevantes são:

• Tg é a temperatura na qual a resina começa a amolecer. Uma placa que será submetida a refluxo de solda durante a montagem, ou a altas temperaturas ambientes em serviço, precisa de uma Tg confortavelmente acima desse ponto de exposição.
• Td é a temperatura de decomposição, e é um valor mais significativo do que Tg para uma placa de cobre pesado, pois indica a margem que o material retém durante um ciclo de prensagem.
• CTE, e especificamente o CTE na direção da espessura., é o parâmetro que determina o quanto a placa se flexiona com a temperatura. Em uma placa espessa, um coeficiente de expansão térmica (CTE) fora do plano que seja compatível com o cobre reduz a tensão na interface onde a delaminação começa.
• Resistência CAF Isso é importante se a placa for usada em condições úmidas e de alta tensão, porque o filamento condutor cresce entre um furo metalizado e um plano de aterramento que são separados pelo laminado.

A seleção de materiais para esses requisitos é abordada em nossa página sobre materiais para PCBs de alta Tg , a comparação mais ampla em nosso guia de seleção de materiais para PCBs e o modo de falha relacionado à umidade em nossa página sobre materiais resistentes à CAF. Falhas por ciclos térmicos em placas espessas também são um motivo comum para a rejeição de placas na inspeção final, conforme descrito em nossa página sobre delaminação de PCBs.

Testando furos metalizados em placas de circuito impresso de alta relação de aspecto

Em uma impressão com alta proporção de tela, o plano de verificação é tão importante quanto a própria impressão. Esses são os métodos que encontram os defeitos produzidos por esse processo, e cada um tem um propósito específico.

A distinção na última coluna é importante ao comparar duas cotações. Uma cotação que lista apenas a inspeção por raios X não mostra a qualidade do cilindro. Uma cotação que especifica a microseção em um plano de amostragem definido mostra como a proporção será verificada. Os métodos de teste e suas aplicações são comparados em nossos métodos de teste de PCBs, caso você queira uma visão mais ampla, e a parte de perfuração do processo está em nosso guia de PCBs perfurados a laser.

Requisitos para orçamento de PCB de alta relação de aspecto: Espessura da placa e dimensões dos furos.

Um orçamento para uma placa de alta proporção só faz sentido se for baseado na geometria real. Quatro informações eliminam praticamente toda a ambiguidade:

• Espessura da placa e número de camadas, com o gráfico de empilhamento mostrando onde o peso do cobre muda.
• O arquivo de perfuraçãoOu, no mínimo, os diâmetros dos furos menor e maior e o diâmetro do furo passante. Este é o arquivo mais útil para o fabricante, e um fabricante que o solicita antes de fornecer um orçamento está indicando que pretende cotar o processo real.
• Se os canais estão preenchidosE com o quê? Um espaço preenchido tem um limite de proporção menor do que um espaço vazio.
• O requisito de verificação, visto que a microsecção e os testes de resistência acrescentam custos e tempo que devem estar incluídos no orçamento, em vez de serem descobertos posteriormente.

Se um fornecedor anterior recusou a produção, vale a pena mencionar isso na solicitação de cotação, juntamente com a justificativa apresentada. Se a objeção foi um limite de proporção, essa é uma questão para a rota de fabricação e pode ter uma resposta. Se a objeção foi o preço, isso também precisa ser respondido. O que não tem resposta é uma produção que altera silenciosamente a geometria para se adequar ao processo, e é por isso que a configuração das camadas e o arquivo de furação são mais importantes do que o contorno da placa.

Fabricante de PCBs de alta relação de aspecto para placas espessas e furos pequenos.

A Highleap pode analisar projetos de fabricação de PCBs de alta relação de aspecto, nos quais a geometria dos furos metalizados, os requisitos de cobre e o laminado selecionado precisam ser avaliados em conjunto. Para compradores que buscam um fabricante de PCBs de alta relação de aspecto , a comparação útil é se o fornecedor pode suportar a combinação específica de espessura da placa e diâmetro do furo e verificar a construção final da parede do furo — e não simplesmente se "alta relação de aspecto" aparece em uma página de capacidades.

Para placas de circuito impresso (PCBs) espessas com furos pequenos , forneça a espessura da placa, o diâmetro da broca, o diâmetro final do furo, o número de furos, a espessura do cobre, a quantidade de camadas, o material do laminado e a norma de aceitação aplicável. Inclua também testes de microseção, testes de estresse de interconexão ou outros requisitos de confiabilidade, caso façam parte da especificação de compra. Esses requisitos podem afetar o planejamento do processo, o escopo dos testes, o prazo de entrega e o orçamento.

Quando o projeto também incluir vias cegas ou enterradas, revise toda a estrutura por meio do serviço de fabricação de PCBs HDI da Highleap. Para projetos que exigem alta confiabilidade, os requisitos relevantes de teste de estresse de interconexão e confiabilidade da PCB devem ser especificados na solicitação de cotação (RFQ). Envie o pacote completo por meio da solicitação de cotação de PCB.

• Pacote de cotação: Arquivos de furação, empilhamento de placas, espessura da placa, dimensões dos furos perfurados e acabados, requisitos de cobre na parede do furo, classe de qualidade e testes de confiabilidade necessários.

Perguntas frequentes sobre a fabricação de PCBs de alta relação de aspecto

Qual a proporção de aspecto que pode ser usada em uma placa multicamadas padrão?

Depende do diâmetro do furo e se a via precisa ser preenchida. A resposta honesta é que um fabricante deve informar o limite de capacidade com base na sua combinação específica, e não em um valor de capacidade genérica. Uma abordagem prática é solicitar o limite para o menor furo passante e para a menor via cega separadamente, já que os valores costumam ser diferentes.

Uma placa de circuito impresso mais espessa sempre precisa de vias mais espessas?

Isso aumenta a proporção, mas a solução não precisa ser um furo metalizado maior. Furos cegos e enterrados reduzem a profundidade efetiva, e separar a placa em subcamadas elimina completamente o problema da espessura. A questão é qual restrição é real: densidade de roteamento, capacidade de corrente ou rigidez mecânica.

É possível preencher uma placa de alta proporção com pasta de cobre?

Sim, mas o limite de proporção é menor do que para um furo metalizado não preenchido, porque a pasta precisa fluir por toda a profundidade do furo sem deixar vazios, e um vazio em um furo profundo é muito difícil de detectar posteriormente. Quando o preenchimento não é necessário para o caminho térmico, um furo metalizado não preenchido costuma ser a opção mais confiável.

A proporção da tela afeta o prazo de entrega?

Sim, é possível. A dificuldade de perfuração limita o número de placas que um único ciclo de perfuração pode produzir, e o cobre mais denso em cilindros profundos prolonga o ciclo de revestimento. Essas são restrições reais de cronograma que afetam a capacidade de um fabricante, e não uma forma de oferecer um processo mais lento pelo mesmo preço.

É possível reestruturar um projeto existente para diminuir a proporção da tela?

Sim, com muita frequência. Trocar um furo passante por um furo cego, aumentar o diâmetro do menor furo ou mover uma camada de roteamento para o outro lado da placa são ajustes comuns. Vale a pena pedir ao fabricante que revise a estrutura dos componentes antes de se comprometer com uma montagem que apresente problemas, já que a correção geralmente é pequena e o custo de não encontrá-la é um painel descartado.