Durchkontaktierungen auf Leiterplatten ( PCB -Vias) sind kleine Löcher, die in die Leiterplatte gebohrt werden, um Verbindungen zwischen verschiedenen Lagen herzustellen. Obwohl Durchkontaktierungen für die Funktionalität von Leiterplatten unerlässlich sind, bergen sie Risiken, wie ihre Anfälligkeit für Verunreinigungen und die Gefahr von Lötbrücken während der Bestückung. Hier kommt das sogenannte Via-Tenting zum Einsatz. Dabei wird eine Lötstoppmaske verwendet, die die Durchkontaktierungen abdeckt und so verhindert, dass Lot während des Lötprozesses in sie eindringt. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Vorteile, die Techniken zum Abdecken von Durchkontaktierungen und die damit verbundenen Designüberlegungen.
Was ist PCB Via Tenting?
Das sogenannte Via-Tenting ist ein Verfahren, bei dem Teile von Durchkontaktierungen (Vias) auf Leiterplatten abgedeckt werden. Vias sind durchkontaktierte Löcher in der Leiterplatte mit kleinen Öffnungen, die elektrische Verbindungen zwischen den Lagen herstellen und üblicherweise an der Oberfläche der Leiterplatte sichtbar sind. Das Via-Tenting dient dazu, diese Durchkontaktierungen physikalisch abzuschirmen und so ungeschützte Zustände zu vermeiden, die zu Umwelteinflüssen oder elektrischen Störungen führen könnten. Durch das Auftragen eines geeigneten Materials wie Lötstopplack, Epoxidharz oder Polyimid werden die freiliegenden Metalloberflächen der Vias abgedeckt und somit isoliert.
Vorteile von PCB Via Tenting
Schutz vor Kontamination
Das Abdecken von PCB-Via-Löchern schützt die Via-Löcher vor Staub, Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen aus der Umgebung. Dieser Schutz ist unerlässlich, um das Korrosionsrisiko zu verringern und eine lange Lebensdauer der Leiterplatte zu gewährleisten.
Vermeidung von Lötbrücken
Das Abdecken der Vias mit einer Lötstoppmaske kann diese im nachfolgenden Montageprozess zusätzlich vor dem Lotfluss schützen. Dies minimiert die Gefahr der Bildung von Lötbrücken über den Verbindungen und verbessert so die elektrische Verbindung. Zudem wird die Gefahr von Lötbrücken über anderen Bereichen, die zu Kurzschlüssen oder anderen Defekten führen, minimiert.
Verbesserte elektrische Leistung
Das Tenting schützt die Vias vor Beschädigungen durch Verunreinigungen und Lötzinn, da es die gewünschten Leiterbahnen abdeckt. Dies führt zu einem gleichmäßigeren elektrischen Verhalten, was wiederum zu einer besseren Leistung bei gleichbleibend hohen Frequenzen führt.
Verbessertes Wärmemanagement
Obwohl das Tenting die Wärmeableitung nur geringfügig beeinflusst, trägt es gleichzeitig dazu bei, die notwendigen thermischen Eigenschaften der Leiterplatte zu bestimmen und bietet somit eine zusätzliche Schutzschicht. Dies ist insbesondere in Anwendungsbereichen wie Hochspannung und -strom erforderlich, in denen die Wärmeableitung von größter Bedeutung ist.
Verbesserte mechanische Festigkeit
Auch mechanische Vorteile bietet die Lötstoppmaske: Sie schützt die Vias und macht sie widerstandsfähiger gegen mechanische Belastungen, denen eine Leiterplatte bei der Montage ausgesetzt sein kann.
Verschiedene Tented Via-Techniken
| Komplettes Zelten
| Bei dieser Technik werden die oberen und unteren Schichten der Leiterplatte mit einer Lötmaske beschichtet, die die Durchkontaktierung wirksam vor anderen Elementen schützt und für die beste Isolierung sorgt.
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| Teilzelte
| Beim partiellen Überdecken wird nur eine der Schichten der Leiterplatte mit der Lötmaske beschichtet, während die andere Seite frei bleibt. Dies ist besonders nützlich, wenn eine Wärmeableitung durch die Durchkontaktierung erforderlich ist oder wenn ein Zugang erforderlich ist.
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| Zelten mit Coverlay
| Bei dieser Technik wird Coverlay, ein flexibles dielektrisches Material, anstelle einer Lötmaske verwendet; starr-flexible oder flexible Leiterplatten werden grundsätzlich aus diesem Material hergestellt.
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| Zelten mit Kappenverschluss
| Bei dieser Methode wird die Durchkontaktierung zunächst mit einer Schicht Lötstopplack abgedeckt und anschließend mit einem nichtleitenden Material wie Harz oder Epoxidharz gefüllt, um die gesamte Durchkontaktierung zu verkapseln. Dadurch wird der Schutz vor Umwelteinflüssen und mechanischen Belastungen verbessert.
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| Zelten mit Kupferfüllung
| Beim Bilden einer Durchkontaktierung unter einer Lötstoppmaskenschicht kann eine Kupferfüllung verwendet werden, anstatt die Durchkontaktierung praktisch leer zu lassen. Dadurch werden die strukturelle Unterstützung und die thermischen Eigenschaften der Durchkontaktierung ergänzt.
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| Über Stecker
| Neben dem Auftragen einer Lötstoppmaske auf die Durchkontaktierung ist es auch möglich, die Durchkontaktierung mit leitfähigem oder nicht leitfähigem Material zu füllen, um sie zu verschließen. Diese Form wird häufiger verwendet in Leiterplatten mit hoher Verbindungsdichte wo Platz entscheidend ist.
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Designüberlegungen für Zeltvia
Lötmaskentyp und -material
Bei der Konstruktion von Durchkontaktierungen mit Aussparungen sind Lötstopplacktyp und -material ein weiterer entscheidender Faktor. Das Lötstopplackmaterial der Leiterplatte muss kompatibel sein. Je nach Leiterplatte kann zwischen einem flüssig-fotoabbildenden (LPI) Lötstopplack und einem Trockenfilm-Lötstopplack gewählt werden.
Via-Größe und Seitenverhältnis
Der Durchmesser der Durchkontaktierung und ihr Seitenverhältnis (Tiefe-Durchmesser-Verhältnis) sind ein weiterer wichtiger Faktor. Generell gilt: Je kleiner der Durchmesser der Durchkontaktierung, desto einfacher ist die Zeltbildung. Das Seitenverhältnis muss den Fertigungsmöglichkeiten entsprechen.
Padgröße und Abstand
Designer sollten um die Durchkontaktierung herum genügend Pad-Durchmesser lassen und sicherstellen, dass zwischen der hergestellten Durchkontaktierung und anderen Pads oder Leitungen ausreichend Platz ist, um eine Fehlausrichtung der Maske zu vermeiden.
Platzierung und Dichte
Diese Durchkontaktierungen sollten nicht zu nahe an den Komponenten oder anderen Durchkontaktierungen liegen, da die Maskenhaftung ein Problem darstellt. Außerdem sollte die Dichte der Durchkontaktierungen nicht zu hoch sein, um mögliche Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen Anwendung der Lötmaske zu vermeiden.
Elektrische Leistung
Die Auswirkungen von gewölbten Durchkontaktierungen auf die Signalintegrität, insbesondere in Hochfrequenzschaltungen, sollten unter Berücksichtigung der Frage bewertet werden, ob sich die gewölbten Durchkontaktierungen auf die elektrischen Eigenschaften der Durchkontaktierung, beispielsweise auf die Kapazität, auswirken.
Wärmemanagement
Der Einfluss der Ausrichtung von Durchkontaktierungen oder Vias auf die Wärmeableitung der Leiterplatte sollte ermittelt werden, um eine fehlerhafte Ausrichtung von thermischen Vias oder Kühlkörpern zu vermeiden.
