Was sind kupfergefüllte Vias?

Leiterplatten würden ohne Vias nicht funktionieren, die Kanäle, die Signale zwischen PCB-Schichten übertragen. Bei der Leiterplattenherstellung fügt der Hersteller dem Leiterplattensubstrat eine Kupferschicht hinzu. Diese Kupferschicht macht nicht nur die Leiterbahnen leitfähig, sondern verbindet auch jede PCB-Schicht zwischen den in die Platine gebohrten Löchern. Der Hersteller kann die Durchkontaktierungen dann so lassen, wie sie sind, und die Kupferbeschichtung allein verwenden, um Signale zu übertragen. Für zusätzliche Kapazität können sie die plattierten Durchgangslöcher jedoch auch mit einem anderen leitfähigen Material füllen.

Um eine kupfergefüllte Durchkontaktierung herzustellen, füllt der Hersteller die Durchgangslöcher mit Epoxidharz und Kupfer. Die zusätzlichen Materialien erhöhen die Kosten für die Leiterplattenproduktion, aber kupfergefüllte Durchkontaktierungen machen eine Leiterplatte für bestimmte Anwendungen besser geeignet. Mit Kupfer gefüllte Durchkontaktierungen weisen auch Fähigkeiten auf, die andere leitfähige Füllungen nicht bieten. Dieser Leitfaden erläutert die Hauptzwecke von kupfergefüllten Durchkontaktierungen und wie sie Ihr PCB-Design verbessern können.

Über Füllprozess

Beim Füllen eines Durchgangslochs mit Kupfer muss der Hersteller darauf achten, eine gleichmäßige Kupferschicht im Via zu erzeugen, ohne eine zu dicke Außenschicht zu erzeugen. Ohne die richtigen Techniken können sie eine Überfülle an Kupfer erzeugen, die das PCB-Gewicht erhöht oder den Leiterbahnen zu viel Kupfer hinzufügt. Die Folge sind nicht erfüllte Spezifikationen, Mängel oder erhöhte Kosten. Da Durchgangslöcher immer kleiner werden, ist die Einhaltung dieser Anforderungen unerlässlich, um strenge Designspezifikationen zu erfüllen.

Klassische Kupfer-Via-Füllmethoden beinhalten die Verwendung von reinem Kupfer, um das Loch zu füllen. Dieser Ansatz führt jedoch häufig zur Bildung von Hohlräumen, in denen Verunreinigungen in der Mitte des Kupfers eingeschlossen werden. Dieser Hohlraum kann beim Erhitzen während zukünftiger Produktionsschritte Gas freisetzen, wodurch Löcher entstehen, die die Verbindungen zwischen der Kupferschicht der Leiterplatte unterbrechen. Gegenwärtige Strategien, um diesem Problem entgegenzuwirken, umfassen das Belassen einer Aussparung an der Oberseite des Blinds durch Füllen und das Erstellen einer „X“-gemusterten Verbindung in Durchgangslöchern.

Vorteile kupfergefüllter Vias

Leiterplatten mit kupfergefüllten Vias haben folgende Vorteile gegenüber Platinen, die nur verkupferte Vias haben:

• Wärmeleitfähigkeit: Das Füllen eines Vias mit Kupfer erhöht dessen Wärmeleitfähigkeit. Bei Anwendungen mit hoher Hitze erhöht das Fernhalten der Hitze von der Platine deren Lebensdauer und beugt Defekten vor. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer zieht diese Wärme an und hält sie von kritischen Bereichen der Leiterplatte fern. Anstatt zu verschiedenen Teilen der Platine zu wandern, wandert die Wärme stattdessen durch das Kupfer von einer Seite der Platine zur anderen.
• Elektrische Leitfähigkeit: Mit Kupfer gefüllte Durchkontaktierungen eignen sich auch für Anwendungen, bei denen starke Ströme von einer Seite der Platine zur anderen fließen müssen. Die Leitfähigkeit des Kupfers lässt große Ströme in tiefere Schichten fließen, ohne die Leiterplatte zu überlasten. Aufgrund dieser Kapazität fordern Designer häufig kupfergefüllte Durchkontaktierungen für PCBs, die hohen Spannungspegeln ausgesetzt sind.

Gefüllte Durchkontaktierungen vs. Anwendungen mit durchkontaktierten Löchern

Während Leiterplatten mit kupfergefüllten Durchkontaktierungen mehr Kapazität bieten, kosten sie auch mehr in der Herstellung als Leiterplatten mit durchkontaktierten Löchern. Einige Situationen erfordern die zusätzliche Zuverlässigkeit, die mit kupfergefüllten Durchkontaktierungen verbunden ist. Eine Leiterplatte kann jedoch auch bestimmte Anwendungen mit einer Durchkontaktierung bedienen, bei der neben den Kupferbahnen nur die Kupferplattierung aufgebracht ist.

Wenn Sie sich für die Durchkontaktierungen Ihrer Leiterplatte entscheiden, müssen Sie die Intensität der Wärme und Spannung der Anwendung berücksichtigen. In Low-Stress-Anwendungen kann eine ordnungsgemäß hergestellte Leiterplatte mit durchkontaktierten Löchern fehlerfrei funktionieren. In der Zwischenzeit halten Leiterplatten mit kupfergefüllten Durchkontaktierungen den Bedingungen von Hochleistungs-, Hochfrequenz-, Mikrowellen- und LED-Anwendungen stand. Die integrierten Hochleistungsschaltkreise, die diese Arten von PCBs betreiben, verwenden Ströme, denen ein kupfergefülltes Via standhalten kann, aber kein plattiertes Durchgangsloch.

Leitfähiges Epoxid von Kupfer vs. Silber

Neben dem Füllen der Durchkontaktierungen der Leiterplatte mit Kupfer hat ein Hersteller auch die Möglichkeit, ein silberleitendes Epoxidharz zu verwenden. Während ein silberleitfähiges Epoxidharz aufgrund seines höheren Wertes wie die logische Wahl zum Füllen von Durchkontaktierungen erscheinen mag, arbeitet Kupfer effektiver. Im Vergleich zu Silberepoxy hat Kupfer:

• Höhere Wärmeleitfähigkeit
• Höhere elektrische Leitfähigkeit
• Ein günstigerer Preis
• Eine längere Lebensdauer
• Mehr Zuverlässigkeit
• Bessere Kapazität für Hochleistungsanwendungen

Zu einem günstigeren Preis übertreffen kupfergefüllte Durchkontaktierungen die Fähigkeiten von Silberepoxid-Durchkontaktierungen. Durch ihre höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit können sie überschüssige Wärme effektiver umleiten. Kupfer-Vias verarbeiten auch höhere Spannungspegel ohne Überlastung.

Leiterplatten von Millenium Circuits Limited

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