Tented Vias in PCB: Was sind Tented Vias?

Im Zeitalter fortschrittlicher Technologie bilden Leiterplatten (PCBs) die Grundlage für die meisten unserer Geräte, und Zeltdurchkontaktierungen sind eines ihrer vielen Merkmale. Zeltdurchkontaktierungen sind ein Designdetail, das bei der Leiterplattenherstellung häufig vorkommt.

Dieser Artikel soll Ihnen bei der Beantwortung all dieser Fragen helfen. Wir analysieren die Definition von Tented Vias, ihre Typen, Vorteile, Designaspekte und vergleichen sie mit anderen Via-Verfahren wie Via Plugging. Am Ende dieses Artikels kennen Sie sich mit Tented Vias und ihrer Behandlung im PCB-Designprozess bestens aus.

Was ist eine Zeltdurchführung?

Tented Vias sind eine Art von Vias mit der Besonderheit, dass die Abdeckung bzw. Versiegelung des Vias mit einem Lötstopplackmaterial abgedeckt ist. Ein Via ist ein Loch in der Leiterplatte, das zum Verbinden verschiedener Lagen dient. Tenting dient außerdem der besseren Kontaminationskontrolle des Vias, um es während des Betriebs oder der Montage frei von Staub, Lötzinn und anderen Verunreinigungen zu halten.

Zeltförmige Durchkontaktierungen sind bei Leiterplattendesignern beliebt, da sie die Zuverlässigkeit der Leiterplatte erhöhen und gleichzeitig das Kurzschlussrisiko verringern. Die Funktionsweise einer zeltförmigen Durchkontaktierung wird leichter verständlich, wenn man bedenkt, dass eine Lötmaske, also eine Maske, die eine Durchkontaktierung abdeckt, auf der Durchkontaktierung platziert wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei Leiterplattendesigns mit hoher Dichte und Platzbeschränkungen sowie Problemen mit Verunreinigungen und Lötbrücken.

Arten von Zeltvia

Dabei handelt es sich um vollständig abgedeckte Lötmasken-Tented Vias und teilweise abgedeckte Kupfer-Tented Vias.

Vollständig überdachte Durchkontaktierungen: Sie sind vollständig maskiert und weisen kein freiliegendes Kupfer auf. Dies trägt möglicherweise dazu bei, Verunreinigungen zu verhindern und so das Design hochdichter Leiterplatten zu verbessern. Vollständig abgedeckte Durchkontaktierungen findet man üblicherweise in der Unterhaltungselektronik, da sie den Anspruch an gutes Design mit solider Technik in Einklang bringen.

Teilweise überdachte Vias: In diesen Fällen wird das Kupfer mit einer Lötmaske abgedeckt, ein Teil bleibt jedoch frei. Dies ist nützlich, wenn elektrische Tests oder Nacharbeiten erforderlich sind. Teilweise überdachte Durchkontaktierungen sind häufig bei Prototypen oder Industriedesigns zu finden, die getestet und debuggt werden müssen.

Vorteile und Nachteile

Vorteile von Tented Vias:

1. Schutz vor Lötzinn, Staub und Feuchtigkeit sind die Hauptvorteile von Tented Vias, die die Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessern.

2. Dies ist die Realität in der rauen Umgebung von PCBs. Das Vorhandensein von Verunreinigungen beeinträchtigt die Leistung und stellt daher eines der größten Probleme dar.

3. Leiterplatten mit sauberen Lötmasken sehen professionell aus und eignen sich daher nicht nur für Verbraucher-Leiterplatten, sondern auch für Industrieelektronik, bei der das Aussehen entscheidend ist, sodass sie eine gesteigerte Attraktivität erzielen können.

4. Durch die Abdeckung der Durchkontaktierung wird die Gefahr unbeabsichtigter Brückenbildung oder Kontakte verringert. Bei dicht gepackten Designs mit hoher Bauteildichte ist dies besonders wichtig.

5. Allzweck-Leiterplatten lassen sich leicht abdecken, was sie günstiger und wirtschaftlicher macht. Dies ist deutlich günstiger als andere Via-Behandlungen wie Via-Plugging und spart somit Geld.

Nachteile von Tented Vias:

1. Um diese vollständig abgedeckten Vias zu erhalten, muss die Maske zur Fehlerbehebung entfernt werden, wodurch sie unerreichbar werden. Daher ist keine Nacharbeit möglich.

2. Wird die Durchkontaktierung nach dem Auftragen einer zu dicken Lötmaske freigelegt, kann sie während des Zyklus thermisch reißen, wodurch die Gefahr von Rissen in der Lötmaske besteht. Dies führt mit der Zeit zu einer geringeren Zuverlässigkeit.

3. Zeltdurchkontaktierungen sind im Allgemeinen nicht für Anwendungen wie militärische oder medizinische Geräte verwendbar, da sie eine sehr hohe Zuverlässigkeit aufweisen und daher für bestimmte Anwendungen ungeeignet sind.

Wichtige Parameter und Spezifikationen für Vias

Um die beste Leistung zu erzielen, sind einige wichtige Details im Zusammenhang mit Tented Vias besonders wichtig:

Über Durchmesser- Dies bezieht sich auf die Größe des Lochs auf der Leiterplatte und wie weit es abgedeckt werden kann. Kleinere Vias lassen sich leichter abdecken, während größere Vias möglicherweise dickere Lötstopplackschichten benötigen, um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten. Das Abdecken größerer Vias kann eine Herausforderung darstellen. Kleinere Vias können schwierig zu bohren sein.

Seitenverhältnis- Dies wird normalerweise als das Verhältnis von Durchmesser zu Tiefe einer bestimmten Durchkontaktierung ausgedrückt. Bei höheren Aspektverhältnissen sind Durchkontaktierungsmasken sehr schwer zu erreichen, es ist jedoch ratsam, die vom Hersteller festgelegten Grenzen nicht zu weit zu überschreiten.

Lötmaskendicke- Bei zu dicker oder zu dünner Schicht kann die Lötstoppmaske reißen oder unzureichend abgedeckt sein. Zu wenig Schichtdicke bietet nicht den erforderlichen Schutz für die Durchkontaktierung, während eine zu hohe Schichtdicke bei Temperaturwechseln zu Rissen führen kann.

Materialverträglichkeit- Die Lötabschirmung muss mit dem Substrat der Leiterplatte kompatibel sein, muss aber die Montage der Einheit überstehen.

Zu den häufig verwendeten Lötmaskenmaterialien zählen Epoxidharz und flüssige, fotostrukturierbare (LPI) Lötmasken.

Designüberlegungen für Via Tenting

Bei der Erstellung von Zeltvias muss das Layout den PCB-Spezifikationen entsprechen. Die zu erfüllenden Funktionen müssen mit den ästhetischen Elementen des Geräts vereinbar sein. Im Folgenden finden Sie einige Überlegungen zu Zeltvia-Leiterplattendesigns:

Platzierung der Via: Es wird empfohlen, zeltförmige Durchkontaktierungen in passiveren Bereichen zu platzieren, um eine Beschädigung der Lötmaske zu vermeiden. Vermeiden Sie beispielsweise die Platzierung von Durchkontaktierungen an den Ecken der Leiterplatte (PCB) oder in Bereichen, die mechanischer Belastung ausgesetzt sind.

Anwendung der Lötmaske: Tragen Sie die Deckschicht der Lötstoppmaske ausreichend und gleichmäßig auf, ohne Hohlräume oder Bereiche mit geringer Deckung. Bei unsachgemäßem Auftragen der Maske ist die Deckung möglicherweise unzureichend, wodurch die Funktion der Maske beeinträchtigt wird und die Durchkontaktierung eingeschränkt ist.

Wärmemanagement: Berücksichtigen Sie die mögliche Wärmeausdehnung von Rissen, die durch das Erweichen oder Abkühlen einer Lötmaske entstehen. Dies ist entscheidend für Leiterplatten, die extrem hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind.

Testbedarf: Bei elektrischen Prüfungen kann es sinnvoll sein, teilweise abgedeckte Durchkontaktierungen zu erstellen, um die Zugänglichkeit zu gewährleisten. Vollständig abgedeckte Durchkontaktierungen erschweren viele Prüf- und Fehlerbehebungsaufgaben, insbesondere in den Phasen des Aufstellens und Abbaus der Unterbringung.

Herstellungsprozess: Alle Leiterplattenhersteller müssen überprüft werden, um festzustellen, welche Einschränkungen sie hinsichtlich der überdachten Durchkontaktierung haben.

Einige Hersteller haben möglicherweise Einschränkungen hinsichtlich der Mindestabmessungen, des Seitenverhältnisses der Durchkontaktierungen oder der maximalen Dicke der Lötmaske.

Zeltförmige Durchkontaktierung vs. Durchkontaktierung

Was ist Via Plugging in PCB?

Herkömmliche Plugging-Designs verfügen über mindestens ein Durchgangsloch, das entweder mit einem leitfähigen oder nicht leitfähigen Material gefüllt ist. Plugging ist eine der speziellen Via-Behandlungen im PCB-Design. Durch nicht leitfähiges Plugging kann eine gewisse strukturelle Unterstützung gewährleistet und gleichzeitig das Austreten des Lotes während der Montage verhindert werden. Plugging ist in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und einigen medizinischen Geräten üblich, wo Zuverlässigkeit meist ein wichtiges Kriterium ist.

Tented Via vs. Via Plugging (Vergleichstabelle)

Über den Zeltherstellungsprozess

Die Prozesse zur Herstellung von Tented Vias umfassen die folgenden Schritte:

Bohren- Die Vias werden gemäß Zeichnung gebohrt. Wie bei allen Vias sind Größe und Lage der Vias entscheidend für eine korrekte Via-Überdachung.

Überzug- In diesem Schritt werden die Vias verkupfert, um eine elektrische Verbindung mit anderen Schichten der Leiterplatte herzustellen. Dies bietet außerdem zusätzlichen Halt für die Struktur der Vias.

Auftragen der Lötmaske- Eine Lötmaske wird auf der gesamten Leiterplatte verwendet und verschließt auch die Durchkontaktierungen. Die Maske wird im Siebdruck- oder Sprühverfahren aufgebracht.

Aushärtung- Die Maske wird ausgehärtet, was ein Vorschritt zur Härtung ist. Beim Aushärten wird die Lötmaske je nach Typ entweder mit Wärme oder UV-Lasern bestrahlt.

Inspektion- Jede Leiterplatte wird einer Prüfung unterzogen, bei der die geschlossenen Vias auf ihre Fähigkeit zur Abdeckung durch die Zeltfunktion analysiert werden. AOI ist ein hervorragendes Werkzeug zur Erkennung unvollständiger Abdeckungen wie Hohlräume oder Risse und überwacht diese äußerst effektiv.

Diese Methode garantiert, dass die geschlossenen Durchkontaktierungen ihre Funktionalität behalten und gleichzeitig eine ausreichende Abdeckung bieten.

Anwendungen von Tented Vias

Aufgrund ihrer geringen Kosten und Zuverlässigkeit werden Tented Vias in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. Dazu gehören:

Unterhaltungselektronik- Tablets, Smartphones und Laptops können von den Vorteilen von Tented Vias profitieren, da die freiliegende Oberfläche frei von Verunreinigungen ist und die Ästhetik erhalten bleibt.

Automobilelektronik- Zeltförmige Durchkontaktierungen werden häufig in Leiterplatten für die Automobilindustrie verwendet, da sie rauen Umgebungen standhalten, die zu Kurzschlüssen durch Staub oder Feuchtigkeit führen können.

Industrielle Ausrüstung- Zeltförmige Durchkontaktierungen unterstützen Steuerungen und Maschinen, die anfällig für Fehler durch Verunreinigungen sind.

LED-Beleuchtung- Zeltförmige Durchkontaktierungen verbessern die Zuverlässigkeit und Leistung der Hochtemperatur-LED-Leiterplatten.

Herausforderungen bei der Herstellung von Zeltvias

Obwohl der Zweck von Tented Vias eher begrenzt ist, gibt es Probleme bei ihrer Herstellung:

Schlechte Haftung- Je nach Größe und Seitenverhältnis kann das Vorhandensein von zeltförmigen Durchkontaktierungen dazu führen, dass die Lötmaske des Chips versagt, was zu einer schlechten Haftung führt.

Thermisches Cracken- Bei Temperaturschwankungen kommt es durch Kontraktion und Ausdehnung der Lötmaske zu Rissen oder Delaminationen.

Unvollständige Abdeckung- Eine überbelichtete Via-Maske aufgrund einer mangelhaften Lötmaskenanwendung.

Prozesskontrolle- Für die Massenproduktion ist eine strengere Kontrolle der Prozesse erforderlich, um durch das Aufbringen von Zelten Konsistenz zu erreichen, was zu einer gleichmäßigen Abdeckung führt.

Zukünftige Trends im Via-Zeltbau

Mit der Entwicklung neuer Technologien in der Leiterplattenindustrie wird sich auch die Via-Tenting-Technologie (VTA) in Leiterplatten weiterentwickeln. Beispiele hierfür sind:

Bessere mechanische Lötmaskenmaterialien- Neue Lötmasken, die eine bessere mechanische und thermische Leistung bieten, machen getönte Durchkontaktierungen zuverlässiger.

Laserunterstütztes Zelten- Eine gleichmäßigere und präzisere Anwendung der Lötmaske unter Verwendung von Lasern wird als laserunterstütztes Tenting bezeichnet.

Hybrid-Via-Behandlungen- Wird in Verbindung mit Verfahren wie Via-Filling auch als „Tenting Vias“ bezeichnet, zur Leistungsverbesserung bei hochzuverlässigen Anwendungen.

Automatisierte Inspektionssysteme- Es werden neue AOI-Systeme gebaut, die in der Lage sind, Defekte in überdachten Durchkontaktierungen schnell und genau zu identifizieren.

Fazit

Zeltförmige Durchkontaktierungen in PCB-Layouts bieten heute ästhetischen Mehrwert, besseren Schutz vor Verunreinigungen und verringern die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen. Die Kenntnis der verschiedenen Klassifizierungen von zeltförmigen Durchkontaktierungen und ihrer Vorteile sowie weiterer Designaspekte ist besser für PCB-Designaufgaben gerüstet.

Beim Vergleich von Universalleiterplatten sind Tented Vias günstiger als Plugging Vias, obwohl letztere für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit besser geeignet sind. In beiden Fällen, ob Tented Vias oder Plugging Vias, sind die Designanforderungen und die Produktionskapazitäten des Gipskarton-Designzentrums die wichtigsten Überlegungen im Entscheidungsprozess. Die Entwicklung einer Leiterplatte mit Tented Vias erhöht die Zuverlässigkeit und Leistung von Elektrogeräten. Lassen Sie sich bei Fragen zu Tented Vias oder anderen Anforderungen an die Leiterplattenherstellung von spezialisierten Leiterplattenherstellern beraten.