Frage:
Via in PCB - Warum nicht ein festes kupfergefülltes Via als ein plattiertes Via?
Divya K.S
2020-04-13 12:48:44 UTC
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Wenn eine Durchkontaktierung Strom führen soll, warum nicht eine feste, mit Kupfer gefüllte Durchkontaktierung als eine plattierte Durchkontaktierung (die in der Mitte hohl / nicht leitend ist) wählen?

Schließlich entscheiden wir uns in der Elektrotechnik nicht für einen Hohlleiter, der sagt, er sei billiger.Wir ändern nur die Leitergröße (oder verwenden mehr Leiter) gemäß dem Strom.

Warum können wir nicht den gleichen Ansatz für via verfolgen?

https://www.pcbuniverse.com/pcbu-tech-tips.php?a=5

Ihr Vorschlag klingt schwieriger herzustellen.
Ich bin mir nicht sicher, wie schwierig es ist, Kupfer durch das gesamte Loch zu gießen, als es nur auf eine Oberfläche mit einer bestimmten Dicke zu plattieren
Kupfer wird nicht "gegossen", sondern abgelagert, ähnlich wie Schneeflocken.Genau wie bei Schneeflocken ist es schwierig, ein schmales tiefes Loch gleichmäßig zu füllen.
flüssiges Kupfer ist zu heiß und schrumpft beim Abkühlen zu stark.
Micro-Vias (die bei mehrschichtigen Leiterplatten nur von der Oberflächenschicht zur nächsten gelangen) werden häufig kupfergefüllt verkauft.Dies ist etwas einfacher, da die Durchkontaktiefe in Situationen, in denen dies erforderlich ist, nur etwa 100 bis 150 Mikrometer beträgt.Die Form ist auch wichtig - sie sind oft eine modifizierte konische Form.
Hören wir nicht bei festem Kupfer auf. Können wir einfach Silber mit Goldflecht für die Schichten verwenden und sofort über die Füllung, um sowohl die thermische als auch die elektrische Leitfähigkeit zu maximieren?Es kommt alles auf Zeit und Entfernung an ... Was wirklich Geld und Zeit bedeutet.
Ich habe in keinem unserer Designs ein festes Kupfer über gesehen (aber um fair zu sein, ich habe nicht alle gesehen).Selbst bei Hochstromanwendungen mit 3-Unzen- oder 4-Unzen-Kupferschichten sind keine Kupferdurchkontaktierungen vorhanden.Wir werden bei Bedarf eine Erhöhung der Kupferbeschichtungsdicke angeben.
"Schließlich entscheiden wir uns in der Elektrotechnik nicht für einen Hohlleiter, der sagt, dass er billiger ist." - Wenn Hohlleiter billiger wären, würden wir es wahrscheinlich tun.
Wenn Sie wirklich wirklich die zusätzliche elektrische (oder thermische, was meiner Meinung nach etwas wahrscheinlicher ist) Leitfähigkeit benötigen, können Sie die Durchkontaktierungen mit [leitfähigem Epoxid] füllen (https://www.mclpcb.com/conductive-vs-non)-leitend /) nach dem Plattieren.Vermutlich verursacht dies erhebliche Kosten.
Hohlleiter sind in einigen Anwendungen billiger.RG6 verwendet einen kupferkaschierten Stahlmittelleiter. Aufgrund der Hauttiefe führt die Kupferverkleidung praktisch den gesamten HF-Strom. Der Stahl ist nur für die Steifigkeit da.Das große starre Koaxialkabel verwendet ein hohles Kupferrohr als Zentrum.
Das Plattieren von Durchkontaktierungen würde mehr Zeit erfordern als der Standardprozess.Es gibt Unternehmen wie NetVia Group LLC, die die Durchkontaktierungen so lange beschichten können, bis sie fest gefüllt sind.Dies erfolgt normalerweise als Alternative zur Epoxidfüllung.Entweder für mehr Strom, Wärmeleitfähigkeit oder zum Einsetzen von Durchkontaktierungen in Pads, ohne Lötpaste zu stehlen.
Sieben antworten:
#1
+22
Graham
2020-04-13 23:16:18 UTC
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Hochstrom-Durchkontaktierungen werden relativ selten benötigt.

Wenn sie benötigt werden und der Strom höher ist als bei einem normalen Durchgang, ist es sehr einfach, einen Durchgangslochstift einzuführen und beide Seiten zu löten.Dies garantiert eine gute Leitfähigkeit ohne das Risiko von Einschlüssen in der Durchkontaktierung und kann automatisch von einer Bestückungsmaschine und Fließlöten durchgeführt werden.

#2
+18
Sarah
2020-04-13 18:23:39 UTC
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In älteren Technologien ist Kupfer gefüllt. Ich glaube nicht, dass Sie das jetzt tun können, wenn ich mich richtig erinnere, wird es für BGA verwendet. Das Problem sind höhere Herstellungskosten und -schwierigkeiten sowie Probleme mit der Wärmeausdehnung, die zu Rissen in den Lötstellen führen können

Aus dem PCB-Universum:

Dies ist eine ältere Beschriftung, die manchmal bei älteren Produkten verwendet wird. Die ursprüngliche Idee war, dies zu fordern, um eine Kupferleitung durchzufüllen. Das Problem bei diesem Prozess ist, dass die Löcher extrem klein sein müssen, um dies zu ermöglichen, da das Kupfer, das zum Plattieren eines Via Closed verwendet wird, auch alle Kupfermerkmale auf der Platine plattiert "

That, dass die Platine 3-4 Unzen wird, was kleine Merkmale und Abstände unmöglich macht.

Ein weiterer Nachteil ist die extreme Schwierigkeit, den gesamten Lauf des Lochs gleichmäßig zu beschichten. Ein Lochzylinder neigt dazu, schneller zur Ober- und Unterseite des Lochs hin zu plattieren, was bedeutet, dass ein Loch möglicherweise versiegelt aussieht, aber in der Mitte Luft und / oder Flüssigkeiten eingeschlossen sind, die bei Einwirkung von Montagetemperaturen ausgasen. "

Siehe Bild unten:

enter image description here

#3
+7
JonRB
2020-04-13 19:10:19 UTC
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Wenn ein Via Strom führen soll, warum nicht ein festes Kupfer? gefüllt über als eine plattierte Via (die hohl / nicht leitend an der ist Mitte)?

Weil ein plattiertes Durchgangsloch "gut genug" ist. Es gibt eine Reihe von Prozessen, die zur Herstellung einer blanken Leiterplatte erforderlich sind, und jeder kostet Geld und Zeit.

  1. Drucken Sie die zu ätzenden Bereiche auf Laminat
  2. Ätzen
  3. Entfernen Sie "schwarze Tinte" zum Schutz von Spuren
  4. Wiederholen Sie diesen Vorgang für so viele Kerne wie
  5. Wiederholen Sie diesen Vorgang für so viele Folienschichten wie
  6. Bond
  7. Bohren Sie PTH
  8. Platte (HINWEIS über die Größe ist fertig, damit die Fabrik größer bohrt und an der Plattierungsdicke ausgerichtet wird)
  9. Bohren Sie NPTH
  10. ol>

    Es ist ein bisschen mehr als das, aber im Allgemeinen ist das der Prozess. Wenn Sie also Recht haben, wenn Via Strom führen sollen, warum nicht mit Kupfer füllen, ist es ein bisschen mehr. Über den Übertragsstrom, aber wenn der Strom, den Sie führen, uA (aufgrund von Signalen) oder ~ 5A ist, warum sind dann weitere Prozessschritte erforderlich? Wenn Sie 10A benötigen, legen Sie 2 0,3 mm Via nach unten. Was ist aktueller? Erhöhen Sie den Durchmesser, um die Oberfläche und die Größe auszugleichen.

    Könnten sie während des Spielvorgangs die Via vollständig ausfüllen? nein und deshalb wird es nicht gemacht. Wenn sie eine Leiterplatte länger im Bad halten würden, würde sich die Dicke aufbauen und ebenso würden sich die Durchkontaktierungen füllen. Irgendwann wäre es komplett gefüllt, nicht wahr? ja, aber mit was

    1. 100% Kupfer
    2. Flüssigkeit?
    3. ol>

      Und darin liegt das Problem. Es gibt keine Möglichkeit zu garantieren, dass die Via solide sind. Wenn es vor seiner Fertigstellung zu zelten begann und die PWB bestückt war, besteht die Möglichkeit, dass die enthaltene Flüssigkeit platzt. Selbst wenn keine Flüssigkeit vorhanden war, gibt es keine Möglichkeit, eine vollständige Durchkontaktierung zu gewährleisten, sodass dies nicht erfolgt.

      Sie können die Via jedoch mit Epoxidharz füllen, und es werden zwei Typen verwendet

      Electrically Conductive

      DuPont CB100 Tatsuto AE3030.Dies ist eine mit silberbeschichteten Kupferpartikeln gefüllte Epoxidmatrix, die zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit beiträgt.

      Electrically Non-Conductive

      Peters PP2795-Epoxid und San-Ei Kagaku PHP-900-Epoxid.Diese sind elektrisch nicht leitend, aber thermisch gut und werden typischerweise verwendet, um die thermischen Eigenschaften von thermischen Durchkontaktierungen zu verbessern

      Der Nachteil?Kosten und zusätzliche Überlegungen in Bezug auf CTE

#4
+3
SillyInventor
2020-04-13 18:08:28 UTC
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Sie können, aber es werden weitere Schritte zu einem Herstellungsprozess hinzugefügt.So stellt sich die Frage, wie wichtig es für Sie ist und welche Alternativen es gibt.In Bezug auf die Wichtigkeit: Für die elektrische Leitung gibt es keinen großen Unterschied zu <2mm, und es ist einfach einfacher und kostengünstiger, eine Sekunde über hinzuzufügen.Für die Wärmeleitung benötigen Sie ein größeres Metallvolumen, daher verwenden wir stattdessen häufig Metallkernplatten.In Bezug auf Alternativen können Sie Lötpaste mit niedriger Temperatur in diese Löcher schmelzen. Das ist nicht so leitfähig wie Kupfer, aber wahrscheinlich gut genug.

#5
+2
user3689010
2020-04-15 04:29:04 UTC
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Zunächst einmal denke ich, dass die meisten Menschen Schwierigkeiten haben, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie viel Strom ein typisches Via tatsächlich leiten kann, da es schwerer vorstellbar ist, als sagen wir einen Draht.

Eine typische Durchkontaktierung mit einer Bohrgröße von etwa 0,3 bis 0,4 mm kann 2A problemlos leiten. Das Erhöhen der Bohrergröße erhöht die Stromstärke, obwohl sie nicht linear ist ... 0,6 mm machen so etwas wie 3A aus meinem Kopf. Sagen Sie mir, welche Art von Signalen Sie verwenden, die diese Grenze überschreiten. Wenn Sie beispielsweise eine Hochstromanwendung haben, ist es üblich, eine Reihe von Durchkontaktierungen zu verwenden und damit die aktuellen Funktionen eines Flugzeugs oder Ähnlichem zu erweitern. Und da die Leistungsdichte eines Pakets mit der Größe des Pakets Hand in Hand geht, ist dies der Fall ist normalerweise kein Problem. Unterhaltsame Randnotiz: Da der Strom immer weiter ansteigt, ist es tatsächlich wichtiger, wie sich der Strom über ein Array von Via verteilt. Das Hinzufügen weiterer Durchkontaktierungen nach einem bestimmten Punkt führt nicht zu mehr Stromfähigkeit, da das Parallelschalten weiterer Durchkontaktierungen nicht zu einer Leistung führt Impedanzpfad. Dies führt oft zu wirklich überraschenden Ergebnissen, wenn Sie Simulationen durchführen, und ich habe Ergebnisse gesehen, bei denen die Hälfte der Durchkontaktierungen in einem Array kaum etwas bewirkt hat. Daher optimieren Sie häufig ein Via-Array für Hochstrompfade.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Herstellung eines mit Kupfer gefüllten Durchgangs komplizierter und damit teurer. Und da es aus heutiger Sicht oft keinen Grund dafür gibt, wird es einfach nicht sehr oft gemacht. Wenn sie eine Art gefüllte Durchkontaktierungen verwenden, liegt dies eher an Montageproblemen, um zu verhindern, dass Lot in die Durchkontaktierungen austritt, oder um die Wärmeleistung zu verbessern.

#6
+1
DKNguyen
2020-04-13 18:38:38 UTC
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Beachten Sie, dass bei HF-Frequenzen ein Problem mit dem Hauteffekt auftritt, bei dem die hohen Frequenzen Probleme haben, sich durch die Ebene zu bewegen, und sich stattdessen bevorzugt um die Kanten bewegen (die sehr weit entfernt sein können, wenn es sich um eine Ebene handelt)..Wenn die Durchkontaktierung hohl ist, wird dies in einer Ebene erleichtert, da sie sich entlang der Innenseite der Durchkontaktierung bewegen kann.

Dies ist für die meisten Hochstromanwendungen, die mit viel niedrigeren Frequenzen arbeiten, kein wirkliches Problem.

Hochfrequenzeigenschaften von lötgefüllten Durchkontaktierungen

Das ist einfach nicht wahr.Metall im Kern des Leiterkerns zu haben, tut nicht weh, und umgekehrt hilft das Entfernen von Metall nicht.
@JeffreyNichols Wenn der Strom aus irgendeinem Grund von der falschen Seite in die Ebene gelangt, könnte dies der Fall sein.Zugegeben, dies ist fast nie ein Problem, da die meisten Spuren eine nahegelegene Kante zum Umrunden haben, die es auch ermöglicht, dass der Strom die rechte Seite erreicht, wenn er mit einer Ebene ohne Kante verbunden wird.Wenn Sie jedoch aus irgendeinem Grund eine feste Verbindung zwischen zwei Ebenen hätten, müsste der Hochfrequenzstrom, der in die Gegenseite eintritt, um die Kanten und außerhalb der Durchkontaktierung fließen, um zur Gegenseite der anderen Ebene zu gelangen.Mit einem hohlen Via fährt es einfach nach innen.
@JeffreyNichols https: // electronic.stackexchange.com / question / 432073 / Hochfrequenzeigenschaften von lötgefüllten Durchkontaktierungen
Hauteffekt bedeutet, dass der "innere" Leiter * weniger * zur Aufnahme beiträgt als sonst (möglicherweise weit, weit weniger, wenn er mehrere Hauttiefen von der Oberfläche entfernt ist).Dies bedeutet nicht, dass es jemals negative Auswirkungen haben wird.
@DKNguyen - Sie sollten Ihre Antwort wirklich quantifizieren.Es ist nicht wahr, dass "höhere Frequenzen nicht durch eine Leiterplattenebene oder -spur wandern können".Nehmen Sie als Beispiel eine 0,5-Unzen-Kupferspur.Die Dicke dieser Spur beträgt ~ 17,5 um.Bei 100 MHz beträgt die Hauttiefe von Kupfer 6,52 um, und so fließt der Strom / das Signal durch einen Großteil des Querschnitts der Spur.Bei 1 GHz beträgt die Hauttiefe 2,06 um, und daher kann man mit Recht sagen, dass der größte Teil des Stroms entlang der Oberfläche fließt.Schließlich fragte OP nach hohen Strömen, von denen ich vermute, dass sie weit unter der von mir verwendeten Frequenz von 100 MHz liegen.
@SteveSh verstanden.
#7
  0
user4574
2020-04-16 03:48:59 UTC
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Durchkontaktierungen werden mithilfe eines Beschichtungsprozesses erstellt.Die Herstellung einer dickeren Beschichtung dauert länger.Das Befüllen der Durchkontaktierungen dauert länger als der Standardbeschichtungsprozess.Es kann getan werden, aber normalerweise muss man einen guten Grund haben, um die zusätzlichen Kosten zu rechtfertigen.

Es gibt Unternehmen wie NetVia Group LLC, die die Durchkontaktierungen (gleichmäßig ohne Hohlräume) beschichten können, bis sie fest mit Kupfer gefüllt sind.

Dies erfolgt normalerweise als Alternative zur Epoxidfüllung.Entweder für mehr Strom, Wärmeleitfähigkeit oder zum Einsetzen von Durchkontaktierungen in Pads, ohne Lötpaste zu stehlen.

Obwohl das Plattieren von Feststoffen länger dauert, kann es eine gute Alternative zur Epoxidfüllung sein.Board-Häuser möchten möglicherweise nicht selten verwendete, teure Epoxidharze mit kurzer Haltbarkeit auf Lager haben.Auch das Warten auf die Aushärtung des Epoxids kann länger dauern als nur das Plattieren des Feststoffs.



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