Gibt es eine Regel, wie groß ein Bohrung und der Restring sein sollte,
um den gleichen Strom führen zu können, wie die Leiterbahn? Bzw. gibt es
eine Größenabhängigkeit zwischen Leiterbahnbreite und Via?
Man sollte ja die Leiterbahnen ja so breit wie Möglich und so dünn wie
Nötig wählen. Aktuell nutze ich 0,5mm Leiterbahnen.
Wenn ich jetzt ein Via auf die Leiterbahn setze, minimiere ich mit der
Bohrung ja den Querschnitt. Sollte dann der Restring im Durchmesser um
die Leiterbahnbreite größer sein, um auf den gleichen Querschnitt zu
kommen? Also bei 0,5mm Leiterbahn und 0,4mm Bohrung sollte der
Restringdurchmesser 0,9mm sein? Oder ist durch das Kupfer im Via der
Querschnitt wieder hergestellt?
Um so kleiner die Bohrung, um so kleiner ist dann ja auch der
Querschnitt des Kupfermaterials an der Bohrungswand. Sollte man dann in
der Regel versuchen eher größere Vias zu nehmen, oder ist kleiner
besser?
Laut Designrules von JLCPCB sind bei Ein/Doppelseitigen PCBs Bohrungen
größergleich 0,3mm möglich und Außendurchmesser vom Restring mindestens
0,6mm.
Nur muss es denn so klein wie Möglich sein? Wo sind die Vorteile von
kleineren bzw. größeren Vias? Auch in Betracht der Stromtragbarkeit,
obwohl es im aktuellen PCB bei mir darauf gerade nicht ankommt.
Freue mich über Erklärungen, Hinweise und Anregungen.
Danke
Andre schrieb:> Sollte dann der Restring im Durchmesser um> die Leiterbahnbreite größer sein
Stell dir doch mal die Geometrie eines Vias vor: das ist ein Rohr aus
Kupfer, das die beiden Seiten verbindet. Damit ist schon mal klar dass
der Restring fast überhaupt keinen Einfluss auf die Stromleitung zur
anderen Seite hat. Und das Rohr hat einen Umfang von Durchmesser mal Pi,
d.h. ein Via mit 0,5 mm Bohrung hat schon eine Wand von 1,6 mm, das ist
sicher mehr als die Leiterbahn. Ich gehe davon aus, dass man nicht mehr
Umfang braucht als 2..3 mal die Leiterbahnbreite, weil die Kupferdicke
im Via kleiner ist als auf der Oberfläche, aber da weiss der Hersteller
Genaueres. D.h. mit etwa Viabohrung gleich Leiterbreite ist man schon
auf der sicheren Seite. Generell ist der Viadurchmesser kein Problem für
die Stromleitung.
Georg
Andre schrieb:> Um so kleiner die Bohrung, um so kleiner ist dann ja auch der> Querschnitt des Kupfermaterials an der Bohrungswand. Sollte man dann in> der Regel versuchen eher größere Vias zu nehmen, oder ist kleiner> besser?
Probiere es erstmal mit Mathekenntnissen der 5. Klasse.
Ein Via mit einem Durchmesser von 0.4 mm besitzt einen Umfang von über
1.2 mm, eins von 0.3 mm immer noch mehr als 0.9 mm. Bei noch kleinere
Vias hast du meist schon mit Mehrkosten für die Herstellung zu rechnen.
Als Restring braucht der Hersteller meist 0.2 bis 0.3 mm.
> Man sollte ja die Leiterbahnen ja so breit wie Möglich und so dünn wie> Nötig wählen. Aktuell nutze ich 0,5mm Leiterbahnen.
Wie breit eine Leiterbahn sein muss, hängt von der Verwendung ab. Für
eine 2A-Leitung sind 0.5mm arg schmal, für ein Digitalsignal arg
großzügig.
Viele SMD-Bauelemente werden über die Leiterbahn gekühlt. Da kommt es
also auf Querschnitt und Fläche an.
Andre schrieb:> Nur muss es denn so klein wie Möglich sein? Wo sind die Vorteile von> kleineren bzw. größeren Vias? Auch in Betracht der Stromtragbarkeit,> obwohl es im aktuellen PCB bei mir darauf gerade nicht ankommt.
Dann nimm das, was dir das Layout-Programm anbietet.
Die setzen aus Erfahrung einen günstigen Mittelwert an.
Andre schrieb:> Man sollte ja die Leiterbahnen ja so breit wie Möglich und so dünn wie> Nötig wählen. Aktuell nutze ich 0,5mm Leiterbahnen.
Das hängt vom Platinenfertiger ab.
0,5mm ist da viel zu groß.
Guten Morgen. Danke für euren Input
Ja mit den Umfang berechnen, da hätte ich selber drauf kommen können.
Mir ging es auch nicht nur um die Stromtragfähigkeitdurch das Via beim
Seitenwechsel. Sondern auch wie es sich auswirkt auf die Leitung, die
auf der Seite weiter geführt wird.
Im Bild bei a, ist der Restring in Summe gleichbreit wie die Leitung,
somit sollte doch die Bohrung keinen Einfluss, auf den Querschnitt auf
die auf der Seite bleibenden Leitung, haben.
Im Bild bei b, wird ja durch die Bohrung der Querschnitt der auf der
Seite bleibenden Leitung geschwächt. Aber da die Doku im inneren auch
Kupfer hat, sollte sie auch die Stromtragfähigkeit auf der auf der Seite
bleibenden Leitung unterstüzen. Bei b hat man aber Platzersparnis zu
benachbarten Leitungen.
Oder sollte man es unbedingt so machen wie bei c? Also mit dem Via, von
der Leitung weg gehen, um ihre Stromtragfähigkeit (oder andere nicht von
mir bedachte Werte) zu beeinflussen.
michael_ schrieb:> Dann nimm das, was dir das Layout-Programm anbietet.> Die setzen aus Erfahrung einen günstigen Mittelwert an.
Als Standard Einstellungen nimmt das Layoutprogramm für Leiterbahnen
0,3mm mit 0,3mm Aura und für Dokus 1,2mm mit 0,6mm Bohrung. Die 1,2mm
sind schon sehr groß und nehmen viel Platz weg.
michael_ schrieb:> 0,5mm ist da viel zu groß.
Was ist der Nachteil an zu breiten Leiterbahnen?
Danke für eure Antworten.
Der Restring ist eigentlich gar nicht notwendig. Zumindest, wenn die
Platine so produziert würde, wie sie im CAD erstellt wird. Allerdings
gibt es im realen Leben eben die Toleranzen und damit hat man eine
gewisse, mit sinnvollem Aufwand zu realisierende Widerholgenauigkeit
sichergestellt. Diese ist allermeisst bei 0,1mm was die Mechanischen
Bearbeitungsschritte angeht. Und da genau kommt der Restring zum Zuge:
Er sorgt dafür, dass das Via ringsherum von Kupfer umschlossen ist.
Warum das wichtig ist, erkennst du, wenn du einen kleinen Exkurs machst
in die Fertigung der Leiterplatten:
hier ist es so, dass zuerst die Platinen gebohrt werden. Anschließend
werden sie chemisch so behandelt, dass das GFK Trägermaterial
(normalerweise FR4 heutzutage) schwach elektrisch leitfähig wird. Danach
wird eine ganz dünne Kupferschicht aufgalvanisiert und nun gibt es 2
Möglichkeiten:
1.: Es wird das Negative Leiterbild aufgebracht mittels Fotolack,
welcher entsprechend belichtet und entwickelt wurde, das heisst, alle
Leiterzüge sind nun freiliegendes Kupfer, der rest ist abgedeckt. Damit
geht es nun in die Galvanik, welche normalerweise 20µm -25µm Kupfer
aufträgt. (Diese müssen in der Lochwandung sein, was daher dazu führt,
dass nachher die Leiterzüge bei einer 35µm Platine gerne 50-60µm dick
sind) Anschließend wird eine Schicht Zinn aufgalvanisiert als Ätzresist,
der Fotolack entfernt, das nun darunter befindliche, jetzt freiliegende
Kupfer weggeätzt und der Zinnresist wieder entfernt.
2.: die Platine wird komplett verkufpert, auch hier mit 20-25µm in der
Lochwandung und anschließend mit Fotoresist abgedeckt, hier nun aber nur
die Teile, die später stehen bleiben sollen. Alles was nciht abgedeckt
ist wird alsdann abgeätzt und der Fotolack anschließend entfernt.
Gebräuchlicher ist das erste Verfahren, da es mehrere Vorteile bietet:
Man braucht weniger Ätzlösung, man braucht weniger Kupfer
aufgalvanisieren. Man kann dünnere Leiterzüge fertigen, da die
Unterätzung geringer ist. Aber das Verfahren hat auch Nachteile: 1.
braucht man mehr Arbeitsschritte und eine Zinngalvanik, auf welche man
im anderen Verfahren komplett verzichten kann. 2.: Man erhält
unterschiedlich dickes Kupfer, da die Galvanik nicht überall gleich gut
funktioniert: Schmale Leiterzüge neben großen Flächen werden weniger
Kupfer abbekommen und damit dünner. Deshalb ist insbesondere, wenn es
auf die Dickengenauigkeit ankommt (Bei Impedanzkontrollierten Leitungen
etwa) das 2. Verfahren anzuwenden, auch wenn damit keine so feine
Strukturen erstellt werden können. Allerdings kann man damit nicht so
große durchkontaktierte Löcher fertigen, da der Resistfilm diese ja
komplett überspannen muss und dieser irgendwann reist. Wenn das
passiert, wird das Via auch ausgeätzt. Jedes Verfahren hat also seine
spezifischen Vor- und Nachteile.
Egal welches Verfahren verwendet wird: Die Löcher werden gebohrt, bevor
das Leiterbild aufgetragen wird, während sie geätzt werden, nachdem die
Galvanik fertig ist. Wenn nun ein Loch nur teilweise abgedeckt wurde
wird die Kupferhälse teilweise oder komplett wieder herausgeätzt und die
Platine ist Schrott. um diesen Ausschuss so gering wie möglich zu
halten, braucht man die normalerweise 150µm Restring, umlaufend. (Die
Bohrung ist also mind. 300µm kleiner als der Restring). von den 150µm
sind 100µm für die Maschinentoleranz notwendig und die 50mm sind dann
reine Sicherheitsreserve um sicher zu sein, dass auch bei maximalem
Toleranzversatz immer noch mindestens 50mm Restring vorhanden sind,
welcher entsprechend abgedeckt werden kann vorm Ätzen.
Danke für den Exkurs.
Wenn ich es richtig verstanden habe, ist das Kupfer in der Bohrung
(20-25µm) ungefähr 2/3 so Dick wie die Leiterbahn (35µm).
Bei ca. 1/3 Bohrungsdurchmesser zur Leiterbahnbreite, haben wir in der
Bohrung ungefähr die gleiche Breite wie auf der Leiterbahn. (0,6mm
Leiterbahn, 0,2mm Bohrung -> π*0,2mm = 0,628mm Umfang)
Also hätten wir dann bei Bohrungsdurchmesser ungefähr mit der Hälfte
gemessen zur Leiterbahnbreite ungefähr den gleichen Querschnitt des
Kupfers im Via wie auf der Leiterbahn.
Richtig geschlussfolgert?
Bei JLCPCB finde ich nicht, wie Dick das Kupfer in der Via ist. Aber ich
vermute da ähneln sich die Hersteller.
die IPC schreibt 20µm minimum für Klasse 2 Leiterplatten vor. Das dürfte
das sein, was in erster Linie bei uns gefertigt wird. Klasse 3,
besonders ausfallsicher, sind dann 25 bis hin zu 30µm.
Christian B. schrieb:> Der Restring ist eigentlich gar nicht notwendig. Zumindest, wenn die> Platine so produziert würde, wie sie im CAD erstellt wird.
Der Restring ist genau dann notwendig, wenn der Leiterplattenhersteller
in seinen Designrules eine Mindestbreite für den Restring angibt.
Andre schrieb:> Im Bild bei b, wird ja durch die Bohrung der Querschnitt der auf der> Seite bleibenden Leitung geschwächt.
Nein, der nutzbare Querschnitt wird meist sogar erhöht. Der Strom kann
sowohl über den Restring, als auch über die Duko zur anderen Seite
weiter fließen. Wie groß der Effekt ist, hängt vom Aspect-Verhältnis der
Bohrung ab.
