Изготовление печатных плат с высоким соотношением сторон для металлизированных сквозных отверстий.

Компания Highleap Electronics предоставляет услуги по изготовлению печатных плат с высоким соотношением сторон и рассчитывает стоимость изготовления для проектов, сочетающих толстые платы с относительно небольшими просверленными отверстиями или требующих сквозного металлизированного покрытия. Если предыдущий поставщик отказался от вашего проекта из-за толщины платы, диаметра отверстий или проблем с металлизацией, пришлите нам таблицу размеров и сверления для проверки с учетом особенностей конструкции.

Для получения качественного расчета стоимости печатной платы с высоким соотношением сторон необходимо одновременно определить толщину платы, диаметр сверления, размер готового отверстия, тип отверстия, требования к количеству меди и план контроля качества. Возможности по соотношению сторон зависят от конкретного процесса; общее максимальное значение не гарантирует, что возможны все размеры отверстий, типы ламината и требования к количеству меди. Компания Highleap проверяет фактическую конструкцию перед подтверждением подходящего способа производства.

Что такое производство печатных плат с высоким соотношением сторон?

На многослойной плате используются два соотношения сторон, и их путаница является распространенной причиной недопонимания со стороны производителей.

Для сквозных отверстий с металлизированным покрытием номинальное соотношение сторон рассчитывается как отношение толщины платы к диаметру готового отверстия. Например, плата толщиной 1.6 мм с готовым отверстием диаметром 0.20 мм имеет номинальное соотношение 8:1. Микропереходы используют другую геометрию и технологический процесс: их соотношение глубины к диаметру следует оценивать, используя глубину диэлектрика и диаметр перехода, и их предельные значения не следует напрямую сравнивать с предельами металлизации сквозных отверстий.

Проблемы, связанные со сверлением и меднением печатных плат с высоким соотношением сторон.

По мере увеличения соотношения ухудшаются три этапа процесса, и это происходит по разным физическим причинам.

• Бурение. Длинное отверстие в композитном ламинате приводит к смещению сверла и вырыванию стекловолокна на выходе, что образует классический заусенец. Механическое сверление тонких отверстий в толстом материале ограничено соотношением сторон, которое может выдержать геометрия сверла и оборудование без отклонения.
• Покрытие. Гальваническая ванна должна полностью смачивать стенку отверстия. В узком, глубоком отверстии обмен раствором на дне канала происходит медленнее, и распределение меди менее равномерное, поэтому толщина медного слоя в нижней части канала может быть меньше, чем в верхней. Это дефект, который впоследствии приводит к снижению надежности.
• Заполнение, если указано. Заполнение является отдельным требованием от нанесения покрытия на сквозные отверстия и вводит свои собственные ограничения, связанные с материалом, пустотами и технологическим процессом. Подходящий метод заполнения зависит от геометрии отверстия и области применения; не следует предполагать, что каждое сквозное отверстие с высоким соотношением сторон должно быть заполнено.

Практический предел не является единым числом, поскольку он зависит от диаметра отверстия, толщины платы, химического состава покрытия и необходимости заполнения переходного отверстия. Производитель укажет предел для своего процесса. Для вашей конструкции важен тот показатель, который соответствует конкретному сочетанию размера отверстия и толщины, и его следует подтвердить в письменном виде, а не предполагать, исходя из общего списка возможностей.

Высокое соотношение сторон печатной платы, качество и надежность нанесения покрытия на переходные отверстия при межсоединениях.

Равномерность покрытия внутри глубокого переходного отверстия — это вопрос надежности, а не эстетический аспект. Переходное отверстие с покрытием представляет собой медный цилиндр с отверстием, через стенку которого проходит электрический и тепловой путь. Если стенка в нижней части цилиндра тонкая, переходное отверстие имеет меньшую токовую емкость и большее сопротивление, чем предполагалось при проектировании, и нагревается под нагрузкой.

За этим следуют три конкретных последствия, и их стоит сопоставить с вашей историей неудач:

• Меньшая текущая пропускная способность в середине стека. Силовой переходник, который на бумаге выглядит достаточно мощным, может оказаться тепловым ограничением в середине платы, где слой меди наиболее тонкий.
• Сбои в ходе стресс-тестов межсоединений, не коррелирующие с местоположением дефекта. Подложка под металлизированным слоем часто не видна на поверхности. Если ваши платы не проходят стресс-тест межсоединений в местах, которые выглядят идеально, это первый кандидат на такую ​​проблему.
• Низкая тепловая эффективность заполненных теплоотводящих отверстий. Пустота в заполненном переходном отверстии или тонкий слой покрытия уменьшают предполагаемый путь передачи тепла. Это проявляется на тепловизионных снимках как горячая точка, а не как неисправность платы.

Общие принципы обеспечения качества металлизированных отверстий рассматриваются в разделе, посвященном вопросам надежности печатных плат , а конкретный тест, выявляющий недометаллизацию отверстий, обсуждается в разделе, посвященном стресс-тестированию межсоединений (IST) . Улучшение результата часто зависит от выбора конструкции и технологического процесса, рассмотренных в разделе, посвященном повышению надежности печатных плат.

Конструкция многослойной печатной платы для сквозных отверстий с высоким соотношением сторон

Если толщина печатной платы слишком велика для размера переходного отверстия, существует четыре допустимых варианта решения проблемы. Каждый из них имеет свою цену, и правильный выбор зависит от того, какое ограничение является реальным.

Существует пятый вариант, который часто оказывается самым дешевым: проверьте, действительно ли соотношение сторон является ограничивающим фактором, или же это требование к покрытию . Некоторые конструкции ограничены не сверлением, а необходимостью заполнения и покрытия переходного отверстия, что является более строгим ограничением, чем просто сверление. Соответствующие процессы описаны в наших статьях о заполнении переходных отверстий и меднении , а также на странице, посвященной глухим и скрытым переходным отверстиям.

Сквозные отверстия с высоким соотношением сторон против микроотверстий HDI

На многослойной печатной плате ограничивающим фактором обычно является размер микроотверстий, а не сквозных отверстий. Микроотверстие просверливается с одной поверхности в ламинат, после чего его необходимо покрыть металлом и, как правило, заполнить, при этом диаметр отверстия значительно меньше, чем может обработать механическая дрель.

Два фактора делают создание пакета микропереходов сложнее, чем предполагает его соотношение сторон. Во-первых, микропереход является глухим, поэтому покрытие должно быть равномерным вдоль стенки, заканчивающейся сплошным материалом, а не открытым с обоих концов, и именно в нижней части цилиндра наиболее вероятно образование пустот. Во-вторых, пакет микропереходов создается поверх структуры с многослойным покрытием, где вес меди на слой высок по отношению к диаметру перехода.

Практическое правило таково: двух- или трехуровневая структура микропереходных отверстий является стандартной, и каждый дополнительный уровень добавляет как цикл ламинирования, так и цикл нанесения покрытия, что влечет за собой собственный риск потери выхода годных изделий. Если для экономии площади трассировки требуется глубокая структура, стоит напрямую сравнить количество слоев с требованиями к трассировке, поскольку эти два параметра часто противоречат друг другу. Компромиссы в проектировании описаны в нашем руководстве по проектированию многослойной структуры HDI и последовательности построения в нашем руководстве по последовательному ламинированию для плат HDI.

Изготовление толстых печатных плат с использованием небольших отверстий для сверления.

Толстые платы с большим количеством меди — это сочетание, при котором проблемы с соотношением сторон и тепловые проблемы усугубляются, и именно здесь цены у разных поставщиков, как правило, различаются больше всего.

Причина в том, что в цилиндр необходимо наносить толстый слой меди, а нанесение покрытия из толстого слоя меди в глубокое отверстие намного сложнее, чем нанесение покрытия из стандартного слоя. Время нанесения покрытия увеличивается, химический состав ванны становится более агрессивным, и возрастает риск образования пустот или тонкого дна. На плате толщиной 3.2 мм с 4 унциями меди разница между хорошей и посредственной сборкой часто заключается в управлении циклом нанесения покрытия, а не в чем-либо, заданном разработчиком.

Три проектных решения упрощают задачу:

• Используйте максимально допустимый диаметр переходного отверстия, предусмотренный посадочным местом. а не самый маленький. На плате управления это обычно бесплатно, поскольку требования к кольцевому уплотнению в любом случае зависят от сверла.
• Не заполняйте силовые переходные отверстия, если этого не требует тепловой путь. Заполнение добавляет этап текучести, который становится твердым при высоком соотношении, а также исключает возможность визуального осмотра канала. Заполненное смолой или незаполненное гальваническим покрытием отверстие пропускает больший ток, чем заполненное медью отверстие с пустотой.
• Поддерживайте одинаковый вес меди по всей поверхности. вместо того, чтобы смешивать толстые и тонкие слои в одном изделии, поскольку каждое изменение толщины меди представляет собой отдельный цикл нанесения покрытия с отдельным допуском по толщине.

Обратное сверление — это стандартное решение проблемы остаточного материала, образовавшегося после глухого переходного отверстия в высокоскоростных схемах, и оно подробно рассматривается в нашей статье об обратном сверлении печатных плат . Само обратное сверление удаляет материал с задней стороны отверстия, поэтому оно немного уменьшает эффективную длину ствола и должно учитываться в спецификации глубины, а не рассматриваться как отдельная процедура.

Материалы для печатных плат с высоким соотношением сторон и сквозным монтажом.

На толстой плате разница в тепловом расширении между медью и ламинатом становится больше, поскольку медь в абсолютном выражении перемещается дальше по высоте платы. Плата, которая, судя по описанию, выдерживает термический цикл, всё ещё может разрушиться на границе раздела между участком с большим количеством меди и прилегающим ламинатом, если для неё не выбрана соответствующая система материалов.

Подходящие варианты:

• Tg Это температура, при которой смола начинает размягчаться. Плата, которая будет подвергаться оплавлению при сборке или работать в условиях высокой температуры окружающей среды, должна иметь температуру стеклования (Tg) значительно выше этих параметров.
• Td — это температура разложения, и для толстостенной медной плиты это более информативный показатель, чем Tg, поскольку он указывает на запас прочности, который материал сохраняет в течение цикла прессования.
• Коэффициент теплового расширения (КТР), и в частности КТР в направлении толщины.Это параметр, определяющий, насколько сильно плата деформируется при изменении температуры. На толстой плате коэффициент теплового расширения вне плоскости, хорошо соответствующий меди, снижает напряжение на границе раздела, где начинается расслоение.
• CAF сопротивление Это имеет значение, если плата будет использоваться во влажных условиях и при высоком напряжении, поскольку проводящая нить растет между переходным отверстием и заземляющей плоскостью, которые разделены ламинатом.

Выбор материалов, соответствующих этим требованиям, описан в разделе о высокотемпературных материалах для печатных плат , более подробное сравнение — в руководстве по выбору материалов для печатных плат, а информация о причинах отказов, связанных с влажностью, — на странице, посвященной материалам, устойчивым к воздействию CAF. Отказы от термического циклирования на толстых платах также являются распространенной причиной отбраковки плат на этапе окончательной проверки, что описано на странице, посвященной расслоению печатных плат.

Тестирование печатных плат с металлизированными сквозными отверстиями и высоким соотношением сторон

При сборке с высоким соотношением сторон план верификации имеет такое же значение, как и сама сборка. Ниже перечислены методы, позволяющие выявлять дефекты, возникающие в процессе сборки, и каждый из них имеет свою специфическую цель.

Различие в последнем столбце имеет значение при сравнении двух предложений. Предложение, в котором указан только рентгеновский контроль, не демонстрирует качество сверления. Предложение, в котором указан микросрез на заданном плане образца, показывает, как будет проверяться соотношение. Методы тестирования и их назначение сравниваются в разделе « Методы тестирования печатных плат», если вам нужна более полная картина, а информация о сверлении представлена ​​в нашем руководстве по лазерному сверлению печатных плат.

Требования к расчету стоимости печатной платы с высоким соотношением сторон: толщина платы и диаметр сверла.

Цена на плату с высоким соотношением сторон имеет смысл только в том случае, если она указана в сравнении с фактической геометрией. Четыре параметра практически полностью устраняют неопределенность:

• Толщина платы и количество слоевПри этом на схеме показано, где изменяется вес меди.
• Файл сверленияили, как минимум, наименьший и наибольший диаметры отверстий, а также диаметр сквозного отверстия. Это самый полезный файл для производителя, и тот, кто запрашивает его перед составлением сметы, тем самым дает понять, что намерен рассчитать стоимость самого процесса.
• Заполнены ли переходные отверстияИ чем именно. Заполненное переходное отверстие имеет более низкий предел соотношения сторон, чем незаполненное.
• Требование проверкиПоскольку микроанализ и испытания на прочность увеличивают затраты и время, которые должны быть включены в смету, а не обнаруживаться позже.

Если предыдущий поставщик отказался от изготовления, стоит указать это в запросе предложений, а также причину возражений. Если возражение касалось ограничения по соотношению сторон, это вопрос, который следует задать производственным процессам, и на него, возможно, будет дан ответ. Если возражение касалось цены, на этот вопрос также можно ответить. Не поддается ответу изготовление, в котором геометрия незаметно изменяется в соответствии с технологическим процессом, поэтому структура слоев и файл сверления имеют большее значение, чем контур платы.

Производитель печатных плат с высоким соотношением сторон для толстых плат и небольших отверстий.

Компания Highleap может проводить анализ проектов по изготовлению печатных плат с высоким соотношением сторон , где необходимо одновременно оценить геометрию металлизированных сквозных отверстий, требования к медному покрытию и выбранный ламинат. Для покупателей, ищущих производителя печатных плат с высоким соотношением сторон , полезным сравнением является то, может ли поставщик обеспечить поддержку конкретного сочетания толщины платы и диаметра отверстий и подтвердить конструкцию стенок готовых отверстий, а не просто наличие фразы «высокое соотношение сторон» на странице с описанием возможностей.

Для толстой печатной платы с мелкими отверстиями необходимо указать толщину платы, диаметр сверла, диаметр готового отверстия, количество отверстий, плотность меди, количество слоев, материал ламината и применимый стандарт приемки. Включите требования к микросрезу, испытаниям на прочность межсоединений или другим параметрам надежности, если они являются частью спецификации на закупку. Эти требования могут повлиять на план процесса, объем испытаний, сроки выполнения и стоимость.

Если в проекте также предусмотрены глухие или скрытые переходные отверстия, проверьте всю конструкцию с помощью услуги по изготовлению печатных плат HDI от Highleap. Для проектов, чувствительных к надежности, соответствующие требования к стресс-тестированию межсоединений и надежности печатной платы должны быть указаны в запросе на коммерческое предложение. Отправьте полный пакет документов через запрос на коммерческое предложение по печатным платам.

• Пакет предложений: Файлы сверления, структура слоев, толщина платы, размеры просверленных и обработанных отверстий, требования к содержанию меди в стенках отверстий, класс качества и необходимые испытания на надежность.

Часто задаваемые вопросы о производстве печатных плат с высоким соотношением сторон

Какое соотношение сторон можно построить на стандартной многослойной печатной плате?

Это зависит от диаметра отверстия и от того, нужно ли заполнять переходное отверстие, и честный ответ таков: производитель должен указывать свои предельные значения, исходя из вашей конкретной комбинации, а не из заявленных характеристик. Практический подход заключается в том, чтобы отдельно запросить предельные значения для самого маленького сквозного отверстия и для самого маленького глухого переходного отверстия, поскольку эти значения обычно различаются.

Всегда ли для более толстой платы требуются более толстые переходные отверстия?

Это увеличивает соотношение, но решение не обязательно должно заключаться в увеличении диаметра переходного отверстия. Глухие и скрытые переходные отверстия уменьшают эффективную глубину, а разделение платы на субстеки полностью устраняет проблему толщины. Вопрос в том, какое ограничение является реальным: плотность трассировки, пропускная способность по току или механическая жесткость.

Можно ли заполнить плату с высоким соотношением сторон медной пастой?

Да, но предельное соотношение ниже, чем для незаполненного переходного отверстия, поскольку паста должна растечься по всей глубине канала, не оставляя пустот, а пустоту в глубоком канале очень трудно обнаружить впоследствии. Там, где заполнение теплового пути не требуется, незаполненное гальваническое переходное отверстие часто является более надежным выбором.

Влияет ли соотношение сторон на сроки выполнения заказа?

Да, это возможно. Сложные процессы сверления ограничивают количество плат, которые можно изготовить за один цикл сверления, а более толстый слой меди в глубоких цилиндрах увеличивает цикл нанесения покрытия. Это реальные ограничения по срокам выполнения работ на предприятии, а не способ предложить более медленный процесс за те же деньги.

Можно ли изменить существующий дизайн, чтобы уменьшить соотношение сторон?

Да, очень часто. Замена сквозного отверстия на глухое, увеличение диаметра самого маленького переходного отверстия или перенос одного слоя трассировки на другую сторону платы — все это стандартные корректировки. Стоит попросить изготовителя проверить структуру платы, прежде чем соглашаться на сборку, которая имеет недостатки, поскольку исправление обычно незначительно, а цена, которую вы заплатите, — это бракованная панель.