Seitenverhältnis in der Leiterplattenindustrie

Das Seitenverhältnis ist ein entscheidender Faktor bei der Leiterplattenherstellung, der Durchkontaktierung und der Zuverlässigkeit im Einsatz. Es ist definiert als das Verhältnis der Leiterplattendicke zum Bohrlochdurchmesser. Es beeinflusst maßgeblich die Herstellung und Leistung von Leiterplatten.

Ein hohes Aspektverhältnis im PCB-Design kann zu Problemen bei der Via-Beschichtung führen, was zu Inkonsistenzen bei der Kupferabscheidung führt und die Haltbarkeit der Platine verringert. Dies ist besonders wichtig für das Micro-Via-Aspektverhältnis in HDI-Leiterplatten (High-Density Interconnect), bei denen die Lochgrößen deutlich kleiner sind.

Die Kenntnis des PCB-Seitenverhältnisses bietet Designern und Herstellern wichtige Hinweise zur Auswahl der richtigen PCB-Lochgröße und der richtigen Standardbohrgrößen für das PCB-Design, um die Produktion und die elektrische Integrität zu verbessern.

Was ist das PCB-Seitenverhältnis?

Bei Leiterplatten wird das Seitenverhältnis als Verhältnis der Dicke der Leiterplatte zum Durchmesser des Bohrlochs definiert. Es ist ein Schlüsselfaktor beim Bohren und bei der Leiterplattenherstellung und beeinflusst die Machbarkeit des Designs, die Zuverlässigkeit und den Produktionsertrag.

Das Seitenverhältnis in PCB wird wie folgt definiert:

Seitenverhältnis = Leiterplattendicke / Bohrlochdurchmesser

Beispielsweise würde bei einer Leiterplatte mit einer Dicke von 1.6 mm und einem Bohrloch mit einem Durchmesser von 0.2 mm das Seitenverhältnis 8:1 betragen.

Bedeutung des PCB-Seitenverhältnisses

1. Bohrbeschränkungen: Ein hohes Via-Seitenverhältnis erschwert das Bohren, insbesondere Mikrovia-Seitenverhältnisse für HDI-Platinen (High-Density Interconnects).

2. Gleichmäßigkeit der Beschichtung: Hohe Aspektverhältnisse können zu einer ungleichmäßigen Kupferbeschichtung in den Lochwänden führen, was die Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit beeinträchtigt.

3. Fertigungsgrenzen: Die meisten Hersteller verwenden standardmäßige Bohrgrößen für Leiterplatten, die das Seitenverhältnis begrenzen, um Produktionssicherheit und Ertrag zu gewährleisten.

Berechnungen des Seitenverhältnisses in PCB

Das PCB-Seitenverhältnis wird mithilfe einer einfachen Formel ermittelt, die auf dem Vergleich der Dicke der PCB mit dem Durchmesser des Bohrlochs basiert.

Seitenverhältnis = Leiterplattendicke / Bohrlochdurchmesser

Diese Berechnung ist wichtig, um die Herstellbarkeit zu bestimmen, insbesondere im Hinblick auf die Leiterplattenbohrung und Einschränkungen des Seitenverhältnisses der Durchkontaktierungen.

Beispielrechnung

Nehmen wir an, wir haben eine Leiterplatte mit den folgenden Spezifikationen:

●      Leiterplattendicke: 1.6mm

●      Bohrlochdurchmesser: 0.4mm

Mit der Formel:

Seitenverhältnis = 1.6 mm / 0.4 mm = 4:1

Das bedeutet, dass die Lochtiefe vier Mal der Durchmesser des Lochs.

Seitenverhältnis bei Mikrovias im Vergleich zu Standardvias

●      Durchgangslöcher: Sie haben normalerweise ein Seitenverhältnis von etwa 6:1 bis 10:1. Das Verhältnis hängt von den Standardbohrgrößen der Leiterplatte und den zugehörigen Beschichtungsprozessen ab.

●      Microvia-Seitenverhältnis: Mikrovias, die in HDI-Leiterplatten verwendet werden, haben ein sehr niedriges Aspektverhältnis, normalerweise ≤ 1:1. Diese werden lasergebohrt und gehen nicht durch die gesamte Dicke der Leiterplatte.

Warum das Seitenverhältnis bei der Leiterplattenherstellung wichtig ist

●      Höhere Aspektverhältnisse (größer als 10:1) führen zu Inkonsistenzen bei der Beschichtung und damit zu schwachen Verbindungen.

●      Für die kleineren Bohrlöcher sind Herstellungsprozesse erforderlich, die eine höhere Genauigkeit der PCB-Lochgröße gewährleisten.

●      Ausgewogene Aspektverhältnisse erhöhen tendenziell die Ausbeute und Zuverlässigkeit während der Herstellung und verringern gleichzeitig die Möglichkeit von Unterbrechungen und Beschichtungsfehlern.

Durch die richtige Berechnung des Seitenverhältnisses beim PCB-Design können bestimmte Auswirkungen auf die Leistung optimiert werden, aber auch die Herstellbarkeit muss innerhalb der Branchengrenzen sichergestellt werden.

Referenztabelle für das PCB-Seitenverhältnis

Das Seitenverhältnis ist nicht festgelegt und variiert je nach Fertigungsmöglichkeiten, Lochgrößen und Standardbohrgrößen. Hier ist eine Referenztabelle mit typischen PCB-Seitenverhältnissen basierend auf Industriestandards:

Referenztabelle für das Seitenverhältnis von Standard-Leiterplatten (Dicke: Lochdurchmesser)

Richtlinien zum Seitenverhältnis von Microvia

Die Seitenverhältnisse der Mikrovias können sehr niedrig sein, da sie lasergebohrt werden.

Wichtige Überlegungen zum PCB-Seitenverhältnis

●      Hohe Aspektverhältnisse (über 10:1) können zu Schwierigkeiten beim Bohren und Beschichten von Leiterplatten führen.

● Standard-Durchkontaktierungen auf Leiterplatten sollten für eine ordnungsgemäße Kupferbeschichtung ein Seitenverhältnis von ≤ 10:1 aufweisen.

●      Um die Zuverlässigkeit von HDI-Leiterplattendesigns zu gewährleisten, müssen Microvias ein Seitenverhältnis von 1:1 oder weniger aufweisen.

●      Dies ist je nach Leiterplattenhersteller unterschiedlich. Daher ist es ratsam, vor der Genehmigung des Designs Rücksprache mit dem Hersteller zu halten.

Anhand dieser PCB-Seitenverhältnisspezifikationen können Herstellbarkeit erreicht, Defekte reduziert und die PCB-Leistung optimiert werden.

Fazit

Das Seitenverhältnis der Leiterplatte ist ein wichtiger Aspekt bei PCB-Design und -Fertigung, was sich direkt auf die Machbarkeit von PCB-Bohrungen, Via-Beschichtungen und die Gesamtzuverlässigkeit auswirkt. Durch die Kenntnis des Verhältnisses zwischen PCB-Dicke und PCB-Lochgröße können Ingenieure Designs unter Einhaltung von Standards weiter optimieren, die eine qualitativ hochwertige Produktion fördern.

Bei Durchgangslöchern sollte das Seitenverhältnis zwischen den Leiterplatten unter 10:1 gehalten werden, um Probleme mit der Beschichtung zu vermeiden, während das Seitenverhältnis der Mikrovias zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei HDI-Designs ≤ 1:1 sein sollte.

Durch Befolgen des Standardhandbuchs und der Empfehlungen der Leiterplattenhersteller hinsichtlich der Standardbohrgrößen für Leiterplatten wird eine gute Herstellbarkeit und eine minimale Fehlerrate gewährleistet.

Das Verständnis dieses Designaspekts fördert optimale Leistung, Lebensdauer und Kosteneffizienz der fertigen Leiterplatte. Ob für Standard- oder High-Density-Interconnect-Anwendungen (HDI), die Kontrolle des Seitenverhältnisses ist entscheidend für den Erfolg einer Leiterplatte.