Анатомия на отвор с покритие през отвор

Аркадий Медведев

Сергей Арсентиев

Програмата за стандартизация по въпроса за Радиоелектронния комплекс под егидата на Техническия комитет RKE-91 е в процес на формиране. В най-добрия случай програмата ще започне едва през 2009 г. Но работата по актуализиране и създаване на нови стандарти може да започне сега. На подходящо ниво вече е решено да се използват разработките на Международната електротехническа комисия (IEC, IEC) [1].

Всяка актуализация на стандартите започва със съгласието на специалисти относно състава на специализирани термини и концепции, които ще се използват във всички стандарти, разработени в бъдеще. ГОСТ 20406 „Печатни платки. Термини и определения ”, отнасящ се до 1975 г., съдържа необходимия списък от термини (54 имена), но това не е достатъчно за съвременната лексика. IEC пусна и четвъртото издание на IEC-60194 „Печатни платки. Проектиране, производство, монтаж и монтаж. Термини и определения ", в която има повече от 4 хиляди понятия. Но има и известен недостиг на термини поради бързото актуализиране на електронните технологии.

Представените описания се отнасят за отвори, използвани за междинни връзки (vias) и отвори, използвани за свързване на компонентни щифтове към накладки или проводници. За да може проектираната платка с печатни платки (PCB) да осъществи необходимите взаимовръзки и да бъде внедрена в производството, е необходимо правилно да се изчислят размерите на контактните накладки и отвори, както и свободното пространство около тях.

Основното изискване за система за подравняване е дупката задължително да е заобиколена от контактна подложка. Ако проходният отвор се простира извън контактната подложка, има възможност за челно свързване на края на проводника с метализация на отвора (фиг. 1). Такава връзка е крехка и може да се счупи или по време на запояване, или по-късно - при излагане на експлоатационни фактори (термични цикли, вибрации и др.).

Ако проходният отвор преминава през перфорацията на непрекъснат подаващ слой, трябва да се внимава да не се скъсят мостовете между близко разположени отвори. При големи дупки печатни платки не могат да бъдат произведени без проблемите на свиване на екрани, необходими за високоскоростни лентови връзки.

Термини и определения

Посочената по-долу терминология донякъде разширява понятията, изложени в ГОСТ 20406 [2], по отношение на описанието на елементи от метализирани отвори, отвори и монтажни отвори, както и отвори в контакт със силови слоеве.

На фиг. 2 показва основните елементи на метализиран отвор. Диаметър на завършен отвор - диаметърът на проходния метализиран отвор след завършване на неговата метализация.

Забележка:за фиксиране на отвори без покритие, подложките на вътрешните слоеве не се използват.

Перфорация - зона, гравирана в меден слой на "земя" или мощност, през която през метализирани или неметализирани отвори преминават, които нямат връзка в този слой.

Зона за подравняване - конвенционално поле на възможното позиционно положение на отворите в контактната зона (фиг. 3); кръг, в който могат да бъдат пробити отвори. Зоната за подравняване се определя от позиционните допуски на разположението на отворите и контактните накладки съгласно GOST 23751 [4]. Грешките при подравняването се състоят от позиционни грешки на фотомаската, пробиване, подравняване на слоеве и грешки в основата. Те също са значително засегнати от линейните деформации на слоевете след ецване на шарката, изместването на слоевете по време на пресоването.

Позиционен толеранс - стойност, която определя допустимото изместване на отвора спрямо центъра на подложката.

Покритие на дупките - Меден слой върху стените на отворите, осигуряващ взаимни връзки в напречна посока (ос Z). Метализацията на дупките в многослойните печатни платки (MPP) се извършва след пресоване и пробиване на отвори.

Медно фолио. Образуването на проводящ модел върху външните слоеве на печатната платка се извършва с помощта на медно фолио. Необходимо е да се подава ток в процеса на електрохимична метализация на отвори. След завършване на електрохимичната метализация, медното фолио се гравира селективно от пролуките, което води до модел на външни слоеве.

Изолационна междина - изолационно пространство между отвора (метализация на стените му) и металните елементи на проводящия модел на различни слоеве на печатната платка (проводници и потенциални слоеве). Ако проходните метализирани отвори проникват през перфорациите на потенциалните слоеве (фиг. 4), тогава диаметърът на перфорациите се прави така, че извън зоната на подравняване да има изолационно пространство, достатъчно за диелектричната якост на електрически изолирани вериги.

Гаранционната лента е частта от медната контактна подложка, която заобикаля отвора, разположена извън пробития отвор. Съгласно GOST 20406 [2] тя се определя като минимално допустимата ширина на контактната площ около отвора в печатната платка на тясно място. Контактната подложка е умишлено направена по-широка от пробитата дупка, така че когато настъпи допустимо позиционно изместване на отвора, част от нейната подложка все още се свързва с подходящ за него проводник.

Проводим слой - всеки слой с меден модел вътре в печатната платка, действащ като свързващ елемент в равнината на платката (по осите X - Y). Слоевете могат да действат като "земя" или мощност (потенциални слоеве) и да служат като щитове за лентови линии с зададен характеристичен импеданс.

Pad Stack е наименование, използвано в CAD системите за описание на размерите на отворите, диаметъра на перфорацията, диаметъра на свредлото и покритите отвори. Тази статия ще очертае методите за изчисляване на тези размери.

Основни размери

Изолационна междина (за вътрешни слоеве) - изолационни междини, необходими за електрическо разделяне на медните елементи на слоя един от друг, например разстоянието от метализацията на проходния отвор до медния потенциален слой или проводник. Минималното изолационно пространство е предвидено в GOST 23751 [4].

Параметрите на дупките се присвояват въз основа на следните съображения:

Забележка. Проводниците на сигналния слой трябва да бъдат разположени над мрежа от земни или силови слоеве, които действат като високочестотни екрани. По този начин ширината на пространството за поставяне на сигнални следи е равна на ширината на решетката от земни/силови слоеве между съседни отвори (фиг. 5).

  • Разстоянието между съседните отвори трябва да осигурява достатъчна ширина на окото за земно/електропроводими слоеве, така че сигналните проводници да са добре екранирани, за да образуват връзки на лентовите линии.

    • Забележка. Ако ширината на проводника е равна на ширината на решетката на потенциалния слой, тогава стойността на характеристичния импеданс (импеданс) се увеличава рязко. Така че, ако за проводник 125 μm над плътен екран, стойността на импеданса е 50 Ohm, а след това над окото с ширина 125 μm, както е показано на фиг. 5, импедансът ще бъде 80 ома. Може да се покаже, че когато съотношението на ширината на окото към ширината на проводника е около 1,5, увеличението на импеданса ще бъде в рамките на 5%.

    Изчисляване на параметрите на отвора

    Параметрите на отвора са:

    1. диаметър на готовия (покрит) отвор;
    2. диаметър на пробития отвор;
    3. диаметърът на контактната му подложка;
    4. диаметър на перфорацията на проводящите слоеве.

    Изчисленията по-долу ви позволяват да намерите техните стойности. Ако е възможно, получените данни трябва да бъдат проектирани с големи допустими отклонения. Изчислените минимални размери се използват при инсталиране на BGA компоненти с стъпка на щифта 1,25 или 1 mm или по-малко, за да се постигне, от една страна, минималната сложност на внедряването на печатни платки в производството, а от друга, добро предаване на сигнала комуникационни линии.

    Размер на пробити отвори - диаметър на завършения отвор плюс 50 µm метализация (25 µm от всяка страна), плюс толеранс на диаметъра на свредлото. За бормашините обикновено се задава толеранс на диаметъра от ± 12,5 μm. Като се има предвид, че толерансът на позициониране на отвора е 0,3 mm, толерансът на диаметъра на свредлото обикновено се пренебрегва.

    Диаметър на зоната за подравняване - Диаметър на пробития отвор плюс толеранс на позициониране. За многослойни печатни платки от 457M610 mm от най-добрия производител, този толеранс е 0,3 mm. За същите 406M457mm дъски производственият толеранс е 0,25mm.

    Диаметър на контактната подложка - диаметър на зоната за подравняване плюс ширината на гаранционната лента.

    Диаметърът на перфорацията на проводящите слоеве е диаметърът на зоната за подравняване плюс изолационната междина, изчислен в съответствие с GOST 23751 [4]. При оразмеряване на отвори, които не са подходящи за запояване на компонентни щифтове, основният размер е диаметърът на пробития отвор. Диаметърът на готовия отвор не е толкова важен за тях. „Основният“ минимален диаметър на пробиване трябва да осигури надеждна метализация на отворите. За печатни платки с дебелина ≥2,5 mm този диаметър може да бъде 0,3 mm.

    Пример за изчисляване на размерите на PP заготовки с размер 457 * 610 mm с дебелина ≥2,5 mm

    Пример за изчисляване на размерите за PP 406 40457 mm с дебелина ≥2,5 mm

    Дупки без покритие

    Непокритите отвори обикновено се използват за закрепване на дъската или компонентите към нея; те не са предназначени за електрически връзки. Дупките без метализация върху никой слой не разполагат с контактни подложки, единственият им изчислен параметър е диаметърът на перфорация на проводимите слоеве, през които преминава този отвор.

    Термично разтоварване на връзки с потенциални слоеве

    Когато покритият проходен отвор е свързан с вътрешните заземителни/захранващи слоеве на печатната платка, те ще отнемат топлина по време на запояване, което може да затрудни запояването или премахването на компонентни проводници. За да се реши този проблем, е необходимо да се осигури топлоизолация на стените на отворите от топлинната маса на вътрешните проводими слоеве на ПП. Това се постига чрез въвеждане на малки пролуки между отвора и проводящия слой, както е показано на фиг. 6.

    За свързване на захранващите проводници на повърхностно монтирани компоненти с проводящи слоеве не се използва термично облекчение на вътрешните слоеве.

    Заключение

    Литература

    1. Медведев А. IEC стандарти във вътрешната регулаторна рамка // Производство на електроника. 2007. No2.
    2. GOST 20406. Печатни платки. Термини и определения.
    3. IEC-60194. Печатни платки. Проектиране, производство, монтаж и монтаж. Термини и определения // Новини от международната стандартизация IEC и ISO. Новинарски бюлетин. 2008. № 3 (35).
    4. GOST 23751. Печатни платки. Основни конструктивни параметри.