17 – Verschließen von Vias

Es gibt verschiedene Gründe, die ein Verschließen von durchkontaktierten Bohrungen (Vias) erforderlich machen:
• Abfließen der Lötpaste verhindern
• Abfließen von Vergusssmasse verhindern
• Prüfung in einem Vakuumadapter
• Vermeiden von Kurzschlüssen

Vias können wie folgt verschlossen werden:
• Überspannen mittels Lötstopplack
• Durchsteigerfüller (Viafiller, Viafüller)
• Bohrungen zuwachsen lassen
• Pluggen

17.1 – Überspannen mittels Lötstopplack (LS)

Die Vias werden im Fertigungsprozess mit Lötstopplack überspannt. Dazu werden sie im Lötstopplack nicht ausgespart. Nachteil dieses Verfahrens: Die Bohrungen sind nicht 100%-ig zuverlässig verschlossen, da der Lötstopplack aushärtet und reißen kann. Auf Grund der heutigen Fertigungsparameter sind diese Vias nicht zu 100% zuverlässig verschlossen, da der Lötstopplack aushärtet und reißen kann. Zudem sind sie nicht vakuumdicht.
Dieses Verfahren wird gerne verwendet, um ein Abfließen der Lötpaste zu verhindern. Allerdings können Chemie- und Feuchtigkeitsrückstände zu Korrosion, Oberflächenbenetzungs- und Lötproblemen führen. Daher ist dieses Verfahren weder für einseitiges noch zweiseitiges Überspannen zu empfehlen.
Lösung: Den Lötstopplack nur bis an oder auf den Restring zu drucken. Dabei sollte die Freistellung Restring +0,1 mm, bzw. beim Druck auf den Restring, Bohrdurchmesser +0,15 mm betragen.

Abb.1: Typische Pad-Via-Anordnung bei einem BGA ("Hundeknochentechnik").

Abb.2: mit Lötstopplack zugedrucktes Via

A   SMD-Pad (Landing)
B   Via (Bohrung)
C   Lötstopplack

17.2 – Durchsteigerfüller (Viafiller, Viafüller)

Um Vias vakuumdicht zu verschließen, können diese mit einem 1K- oder 2K-Lack verschlossen werden (bei kleineren Vias mit speziellem Lötstopplack). Dafür wird ein zusätzlicher Film (Gerberfile) für die betreffenden Vias benötigt.
Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht, um Vias im Pad zu verschließen, da hierauf nicht gelötet werden kann. Je nach Art des Viafüllers sind Erhebungen möglich.
Ein Durchsteigen des Lötzinns wird jedoch vermieden und auch das Prüfen im Vakuumadapter ist möglich.

Abb.3: Durchsteigerfüller

17.3 – Vias zuwachsen lassen

Bei kleinen Durchmessern kann man diese auch "zuwachsen" lassen. Dazu wird das Leiterbild bis auf die entsprechenden Vias abgedeckt und galvanisch zugekupfert. Dieses Verfahren ist allerdings sehr zeitaufwändig.

17.4 – Pluggen von Leiterplatten

Das Pluggen wird in zwei Varianten unterteilt, je nachdem ob die Oberfläche lötbar sein muss oder nicht. Normale Vias können als Alternative zum Durchsteigerfüller geplugged werden (IPC 4761 Typ V und VI). Wenn, um Platz zu sparen, die Vias direkt ins Pad gesetzt werden, muss die Oberfläche metallisch leitend sein, um später darauf löten zu können (IPC 4761 Typ VII). Dazu werden zuerst die zu verschließenden Vias eingebracht und durchkontaktiert, bzw. an die Innenlagen angebunden.
Dabei wird die gesamte Leiterplatte aufgekupfert. Danach wird die Pluggingpaste eingebracht. Nach dem Aushärten wird die Leiterplatte geschliffen, um eine plane Oberfläche zu erhalten. Bei diesem Prozess werden auch einige µm der Kupferoberfläche abgetragen. Danach werden die restlichen Vias in die Leiterplatte eingebracht und durchkontaktiert. Dabei wird auch die Leiterplatte wieder aufgekupfert. Anschließend wird die Leiterplatte strukturiert.
Dieses Verfahren ist allerdings problematisch für Blind-Vias, da beim Einbringen der Plugging-Paste Lufteinschlüsse (Voids) möglich sind. Diese können beim Lötprozess zu Ausgasungen und Delaminationen führen.

Arbeitsschritte

1 – Leiterplatte gebohrt und durchkontaktiert

db electronic

2 – Vias verfüllt mit Pluggingpaste

db electronic

3 – geschliffen

db electronic

4 – aufgekupfert

db electronic

5 – strukturiert

db electronic

A   SMD-Pad (Landing)
B   Via (Bohrung)
C   Lötstopplack

6 – Leiterplattenoberfläche

db electronic

Deutlich erkennbare Platzersparnis im Vergleich zur "Hundeknochentechnik"

17.5 – Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren

A – Zudrucken mit Lötstopplack (LS)
Vorteile
• keine Zusatzkosten
• plane Oberfläche
Nachteile
• nicht vakuumdicht
• nicht geeignet für Vias in Pads
• unzuverlässig
• Einschluss von Chemikalienrückständen und Feuchtigkeit möglich
• Benetzungs- und Lötprobleme
• Kupferkorrosion
• nicht empfehlenswert nach IPC 4761
• Delamination möglich
Besser: Vias freistellen oder Lötstopplack nur bis auf den Restring drucken

C – Zuwachsen lassen
Vorteile
• vakuumdicht
• elektrisch leitend
• Vias in Pads möglich
Nachteile
• kostenintensiv (zeitaufwändig)
• keine plane Oberfläche (Senkung)
Parameter
• Leiterplattendicke max. 1,0 mm
• max. bis Via-Durchmesser 0,3 mm
• Aspect ratio max. 1:5

B – Durchsteigerfüller
Vorteile
• kostengünstig
• vakuumdicht
Nachteile
• nicht für Vias in Pads geeignet
• je nach Ausführung keine plane Oberfläche
• Feinstleitertechnik nicht möglich
• nicht klar definiert (ähnliche Nachteile wie A)
Parameter
Max. bis Via-Durchmesser 1,2 mm geeignet
Alternative: Pluggen ohne zusätzliches Aufkupfern

D – Pluggen
Vorteile
• Vias in Pads möglich
• Platzersparnis auf der Leiterplatte
• ebene, verschlossene Oberfläche
Nachteile
• kostenintensiv, da viele Zwischenschritte
• Gefahr durch ungleichen Kupferabtrag beim Schleifen und damit
verbundene Probleme beim Strukurieren der Leiterplatte
(speziell bei Technologien

0,15 mm)
• Pluggen von Blind-Vias problematisch
Parameter
• Vias min. Ø 0,2 mm / max. Ø 0,5 mm
• Mindest-Leiterbahnbreite/-Abstand >125 µm
• Aspect ratio max. 1:8

Fazit

• Das Überspannen mit Lötstopplack ist äußerst problematisch und IPC 4761 nicht empfohlen.
• Durchsteigerfüller sind eine gute Alternative. Allerdings existieren verschiedene Verfahren, vergleichbar IPC 4761 Typ III und IV.
• Gepluggte Vias sind vakuumdicht, verhindern Fertigungsrückstände auf der Leiterplatte und sparen Platz (IPC 4761 Typ V-VII).

Vollständige Bezeichnung! In der IPC 4761 werden unter Typ V-VII "Filled Vias" beschrieben, die auch gerne als "Plugged Vias" bezeichnet werden. Daher unbedingt immer den Typ angeben, da dieser eindeutig beschrieben ist.