Wenn der DFM-Check des Herstellers für ein Via- oder Bauteil-Pad "unzureichender Restring" meldet, beginnt die Uneinigkeit meist an einer Referenz, die nie festgelegt wurde: Der Layout-Ingenieur zieht vom Pad-Durchmesser den Endlochdurchmesser ab, während die CAM-Regel des Werks den kompensierten Produktionsbohrerdurchmesser abzieht. Da durchkontaktierte Bohrungen überbohrt und dann mit Lochkupfer wieder aufgefüllt werden — um der chemischen Kupferkeimschicht, dem galvanischen Lochkupfer und der Oberfläche Platz zu lassen —, ergibt dasselbe CAD-Pad zwei verschiedene radiale Restringwerte.
Restring-Reserven vor der Freigabe zu klären erfordert drei Schritte: die Bohrungsreferenz mit dem Hersteller fixieren, Innen- und Außenlagen getrennt bewerten (Innenlagen tragen den Presspasser) und sicherstellen, dass Pad-Vergrößerungen den Abstand zu benachbarten Leiterbahnen oder Kupferflächen nicht verletzen. Der vollständige Vor-Fertigungs-Check (Linienbreiten, Aspektverhältnis, Netzlistenvergleich) steht in unserem PCB-DFM-Review-Leitfaden.
1. Bohrer- vs. Endlochbezug: warum zwei „korrekte" Rechnungen verschiedene Werte liefern
Der Restring ist der ringförmige Kupferstreifen, der um eine Bohrung auf einer Lage verbleibt. Auf einem ideal konzentrischen Pad ist die nominale radiale Breite die halbe Differenz aus Pad- und Referenzdurchmesser:
Aber Dref hat in PCB-Design und -Prüfung zwei verschiedene Bedeutungen, je nachdem, ob Sie eine CAM-Regelprüfung vor der Produktion oder eine Inspektion des fertigen Boards durchführen:
- Bohrer-Design-Regel (Dref = Dtool): Viele Fertiger prüfen den Restring im Incoming-CAM gegen den Produktionsbohrerdurchmesser (Dtool), nicht den Endlochdurchmesser. Die veröffentlichten Bohrklassen- und Designregeln der Fertiger dokumentieren dies: Der Bohrer schneidet physisch sowohl Außen- als auch Innenlagenkupfer. Wird ein 0,30-mm-Endloch mit einem 0,40-mm-Bohrer in ein 0,60-mm-Pad gebohrt, bleibt um den Bohrer nur (0,60 - 0,40)/2 = 0,10 mm Kupfer — nicht die (0,60 - 0,30)/2 = 0,15 mm, die das CAD beim Endlochdurchmesser anzeigt.
- Fertigungsprüfung (Außen- vs. Innenrestring): Bei der Endinspektion (Schliffbild oder Sichtprüfung nach IPC-6012 / IPC-A-600) wird der Außenrestring von der Innenseite der Lochplattierung (bei nicht-durchkontaktierten Löchern vom Lochrand) bis zur Pad-Außenkante gemessen, der Innenrestring vom Bohrungsrand bis zur Kante des Innenlagen-Pads. Wichtig: Die Lochplattierung liefert zwar axiale Festigkeit und elektrische Verbindung, ersetzt aber kein Innenlagen-Fangpad-Kupfer, das der Bohrer bereits abgetragen hat.
| Größe im Pad-Stack | Physikalische Bedeutung in der Fertigung | Einfluss auf die Restring-Berechnung |
|---|---|---|
| Endlochdurchmesser (DFHS) | Netto-Innendurchmesser nach Lochplattierung und Oberfläche (HASL, ENIG usw.) | Bestimmt, ob ein Bauteilbein oder Via-Öffnung passt; überschätzt die Bohrer-Pad-Reserve, wenn er in die Innenlagenformel eingesetzt wird |
| Produktionsbohrer (Dtool) | Mechanischer oder Laserbohrer, den CAM wählt, um DFHS zu erreichen | Legt fest, wie viel Pad-Kupfer beim Durchgang durch den Lagenaufbau abgetragen wird |
| Pad-Durchmesser (Dpad) | Kupfer-Pad-Durchmesser der betreffenden Lage in Gerber / ODB++ / IPC-2581 | Außenpads, Innenlagen-Signalpads und thermische Entlastungspads auf Ebenen dürfen am selben Loch verschiedene Durchmesser haben |
| Geätztes Pad (Dpad,min) | Tatsächlich verbleibender Kupferdurchmesser nach Außen-/Innenlagen-Imaging und Ätzen | Unterätzung verkleinert den wirksamen Pad-Radius, der Bohrversatz auffangen kann |
2. Warum Innenlagen zuerst scheitern: Presspasser und Toleranzsumme
Ein Pad-Stack, der die Außenlagen L1 und LN locker besteht, scheitert oft an inneren Signallagen (L2, L3 …). Die Außenlagen werden nach dem mechanischen Bohren belichtet und können optisch auf dieselbe Bohrreferenz registriert werden (LDI). Innenlagen werden dagegen vor Pressen und Bohren auf einzelnen Kernen geätzt und tragen drei kumulative Positionsfehler:
- Pressskalierung und nichtlineare Materialbewegung: Beim Heißpressen fließt das Prepreg-Harz, und glasgefüllte Kerne verformen sich in Kett- und Schussrichtung unterschiedlich. Selbst nach CAM-Skalierung jedes Kerns bleiben Restabweichungen.
- Lage-zu-Lage-Register: Die optische oder Röntgen-Registrierung mehrerer geätzter Kerne vor dem Pressen führt Kern-zu-Kern-Versatz ein (ein Wert, den Fertiger in ihren Designregeln veröffentlichen).
- Mechanischer Bohrauslauf (Drift): Dünnere Bohrer werden beim Eindringen in dicke Multilayer oder hochglasige Laminare seitlich von Glasfasern abgelenkt; tiefe Innenlagen weichen am stärksten ab.
Zur Bewertung werden Größenverluste (Pad-Schrumpfung beim Ätzen, Bohrervergrößerung) und radialer Versatz (Δ r) getrennt verrechnet:
Δ r\max ist der resultierende radiale Mittelpunktsversatz zwischen Pad und Bohrung auf dieser Lage. Gibt der Hersteller einen kombinierten Registerwert an, der Kernverschiebung und Bohrmaschinengenauigkeit bereits enthält, darf keine zusätzliche Bohrtoleranz abgezogen werden.
Lagenweise Toleranzsumme (L1 vs. L2 vs. L4)
Ein 4-Lagen-Board wird exemplarisch gegen das Projektziel „minimaler radialer Restring 0,10 mm" geprüft. Außenpads (L1, L4) haben nominal 0,80 mm, das Innenlagenpad (L2) wurde zugunsten einer Nachbarleiterbahn auf 0,70 mm verkleinert:
| Lage/Option | Nominalpad (Dpad) | Ätzverlust (Δ Detch) | Mindestpad (Dpad,min) | Max. Bohrer (Dtool,max) | Radialversatz (Δ r\max) | Nominalrestring (Wnom) | Mindestrestring (W\min) | Fazit |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L1 außen (Basis) | 0,80 mm | 0,04 mm | 0,76 mm | 0,42 mm | 0,05 mm | 0,200 mm | 0,120 mm | Bestanden (+0,020 mm) |
| L4 außen (Basis) | 0,80 mm | 0,04 mm | 0,76 mm | 0,42 mm | 0,06 mm | 0,200 mm | 0,110 mm | Bestanden (+0,010 mm) |
| L2 innen (Basis) | 0,70 mm | 0,04 mm | 0,66 mm | 0,42 mm | 0,07 mm | 0,150 mm | 0,050 mm | Fail (−0,050 mm) |
| L2 Option A (Pad+) | 0,80 mm | 0,04 mm | 0,76 mm | 0,42 mm | 0,07 mm | 0,200 mm | 0,100 mm | Erfüllt; Abstände prüfen |
| L2 Option B (Bohrer−) | 0,70 mm | 0,04 mm | 0,66 mm | 0,32 mm | 0,07 mm | 0,200 mm | 0,100 mm | Erfüllt; Aspekt-/Einsetzpassung prüfen |
(Vollständige Daten: layer-margin-example.csv und change-tradeoffs.csv.)
Die Oberlagen-CAD-Ansicht zeigt nur 0,200 mm Nominal- und 0,120 mm Mindestrestring — der 0,050 mm-Fehlbetrag auf L2 bleibt unsichtbar.
Abwägung: Pad-Vergrößerung vs. Abstand zum Nachbarkupfer
Die L2-Optionen A und B sind nicht isoliert zu bewerten:
- Option A (L2-Pad 0,70 → 0,80 mm): Angenommen, eine Nachbarleiterbahn auf L2 liegt mit ihrer Kante fest bei r = 0,55 mm vom Lochmittelpunkt. Wächst der Pad-Radius von 0,35 auf 0,40 mm, sinkt der Abstand Pad-Flanke zu Leiterbahn von 0,20 auf 0,15 mm. Vor Freigabe muss 0,15 mm (6 mil) die Innenlagen-Ätzregel für diese Kupferstärke, das dielektrische Isolations- und das Übersprechbudget erfüllen.
- Option B (max. Bohrer 0,42 → 0,32 mm): Bei einem Via erhöht ein kleineres Loch das Aspektverhältnis (Boarddicke ÷ Bohrung); dicke Boards können die Galvanik-Grenze erreichen. Bei einem Bauteilloch verändert der kleinere Bohrer das Endloch und das Bauteilbein passt eventuell nicht mehr (siehe unseren Leitfaden zu Endlochmaß und Bohrtoleranz).
3. Tangente, Breakout, Teardrops und nichtfunktionale Pads (NFP)
Bei genau dem verfügbaren Kupferspielraum an Versatz berührt der Lochrand die Pad-Außenkante (Tangente, W\min = 0). Darüber hinaus tritt die Bohrung über die Padkante hinaus (Restring-Breakout, W\min < 0).
Ob Tangente oder begrenzter Breakout akzeptabel ist, hängt von der vereinbarten Prüfnorm und Produktklasse ab (siehe IPC Klasse 1/2/3):
- Hochzuverlässigkeit / Klasse 3: Fordert üblicherweise durchgehenden Restring auf Außen- und Innenlagen (z. B. ≥ 0,050 mm außen, ≥ 0,025 mm innen), kein Breakout, damit der galvanisierte Lochzylinder bei Temperaturwechseln 360° verankert bleibt.
- Dedizierte Elektronik / Klasse 2: Erlaubt Vias und Pads in der Regel begrenztes 90°-Breakout, sofern die zulässige Leiterbahnbreite am Pad-Anschluss nicht reduziert und der Mindestabstand zu fremden Netzen nicht verletzt wird.
- Warum Teardrops an Bahnanschlüssen Pflicht sind: Selbst mit vertraglich erlaubtem 90°-Breakout kann ein Breakout genau am Einlaufwinkel einer dünnen Leiterbahn die Verbindung kappen oder einen hochohmigen Engpass erzeugen. Teardrops verbreitern den Bahn-Pad-Übergang kegelig, ergänzen radiales Kupfer nur in Anschlussrichtung und blockieren keine BGA-Fluchtkanäle durch global vergrößerte Rundpads.
- Nichtfunktionale Innenlagenpads (NFP): Vias durchdringen oft Innen-Signallagen ohne elektrischen Kontakt. Das Entfernen dieser unverbundenen NFPs beseitigt das Breakout-Risiko auf diesen Lagen, senkt die parasitäre Via-Kapazität schneller SerDes-Kanäle und schont den Bohrer — sofern das Werk bestätigt, dass Kupferbalance und Entschmierungsqualität erhalten bleiben.
4. Via-/Pad-Prüfung für Sondergeometrien
Eine Kreisformel deckt nicht alle Lochformen moderner Multilayer ab. Vier Geometrieklassen sind separat zu prüfen:
- Durchkontaktierte Langlöcher und Nutenpads: Langlöcher haben Geraden und Halbkreisenden; der Restring ist entlang der Kontur getrennt in Quer- (Wpad - Wslot) und Längsrichtung (Lpad - Lslot) zu prüfen — mit Frästoleranzen statt Spiralbohrertoleranzen.
- Lasermikrovias und gestapelte/versetzte HDI-Strukturen: Bei Blind-Via-Stapeln landet das Lasermikrovia (typ. 0,05--0,125 mm) auf einem Innenlagen-Zielpad, statt es zu durchbohren. Kritisch sind der Restring des oberen Fangpads und die Abdeckung des unteren Zielpads — der Laserfleck darf nie über das Zielkupfer hinaus ins Dielektrikum brennen.
- Harz-/Kupfergefüllte und verkuppelte Pads (VIPPO): Bei Vias in SMD-Pads feiner BGAs oder QFNs sind Füllmaterial (siehe Via-Füllmaterial-Leitfaden), Planarisierung und Kupferkappe zu prüfen, bevor die Bohrer-Pad-Reserve bewertet wird.
- Freihaltepads (Anti-Pads) auf Innenebenen: Beim Vergrößern eines Via-Fangpads auf L2 sind die Anti-Pad-Öffnungen auf benachbarten Versorgungsebenen (L3, L5) mitzuprüfen, damit Bohrversatz keine Ebene-Loch-Kurzschlüsse erzeugt.
5. DFM-Feedback des Lieferanten prüfen und das Fertigungspaket einreichen
Meldet die CAM-Vorprüfung Restring-Befunde, sind konkrete, begrenzte Engineering-Anfragen (EQ) zu verlangen — kein vages „CAM-Anpassung bitte freigeben":
| EQ-Antwortstil des Werks | Was er aussagt | Was vor der Unterschrift zu klären ist |
|---|---|---|
| „Restring knapp, bitte bestätigen, dass Arbeitsdateien nach Bedarf geändert werden dürfen." | Grenzenlose Anfrage — keine Angabe zu Lage, Netzen, Bohrung oder Abstandsfolgen | Pauschale Freigabe ablehnen. Konkrete Bohrertabelle, betroffene Lagenliste und Vorher/Nachher-Gerber-Overlay anfordern |
| „Via-Familie D04 (0,25 mm FHS / 0,35 mm Bohrer) zeigt auf L2/L5 nominal 0,05 mm Restring. Vorschlag: Verbundene Pads auf L2/L5 von 0,45 auf 0,50 mm vergrößern und unverbundene NFPs entfernen; L2-Bahn-Pad-Mindestabstand wird 0,11 mm (Overlay CAM-B1)." | Ausführbarer, nachvollziehbarer Vorschlag mit klarer Abstandswirkung | Prüfen, ob 0,11 mm Abstand und NFP-Entfernung elektrisch/impedanzseitig passen; CAM-B1 schriftlich freigeben und CAD-Stammbibliothek nachziehen |
Was ins PCB-Fertigungs-Anfragepaket gehört
Damit die CAM-Phase nicht an Restring-EQs hängt:
- Synchronisierte Grafik- und Bohrdaten: Gerber (
RS-274X/Gerber X2),ODB++oderIPC-2581, dazu eine Bohrdatei, die angibt, ob die Maße Endlochmaße (FHS) oder unkompensierte Bohrerdurchmesser sind. - Abnahmenorm und Klasse: Im Bestückungsplan Norm und Klasse nennen (z. B. IPC-6012 Klasse 2 oder Klasse 3, ob 90°-Via-Breakout erlaubt oder verboten ist).
- NFP- und Teardrop-Berechtigung: In den Fertigungsnotizen angeben, ob CAM unverbundene Innenlagenpads entfernen und Teardrops auf Innen-Signallagen ergänzen darf; impedanzkritische RF-/Highspeed-Netze als pad-geometriefest markieren.
- Prüfvorlagen: Mit layer-margin-example.csv und change-tradeoffs.csv (Anleitung) die Pad-/Bohrerbudgets kritischer Via-Familien pro Lage dokumentieren.
Die Multilayer von HILPCB reichen bis 64 Lagen; HDI-Boards nutzen optische und Röntgen-Lagenregistrierung (typisch ±15–25 µm), mechanisches Bohren ab 0,15 mm und Lasermikrovias 0,05–0,10 mm. Angebot anfordern mit Gerber- oder ODB++-Paket — unsere CAM-Ingenieure prüfen Innenlagen-Restring, Pad-Bahn-Abstände und Bohrkompensation gegen Ihre Ziel-IPC-Klasse vor der Produktion.
Häufige Fragen
Warum rechnet der Hersteller kleinere Restringe als mein CAD?
Die meisten EDA-Werkzeuge ziehen den Endlochdurchmesser vom Pad ab, während die CAM-Regel den kompensierten Produktionsbohrer verwendet. Durchkontaktierte Löcher werden 0,10--0,15 mm über dem Endmaß gebohrt, um Lochkupfer und Oberfläche unterzubringen — pro Seite bleiben also 0,05--0,075 mm weniger Kupfer als nominal.
Kann Lochplattierung einen verlorenen Innenrestring ersetzen?
Nein. Der mechanische Bohrer schneidet die geätzten Innenlagenfolien direkt. Die spätere chemische und galvanische Kupferschicht wächst nur auf der Lochmantelfläche für die Vertikalverbindung und stellt die horizontale Fangpad-Breite außerhalb der Bohrkante nicht wieder her.
Was ist der Unterschied zwischen Tangente und Breakout?
Tangente bedeutet, der Lochrand berührt die Pad-Außenkante exakt (Restbreite an einer Stelle 0 mm, ohne die Padkontur zu überschreiten); Breakout bedeutet, die Bohrung tritt über die Padkante hinaus (W\min < 0). IPC-6012 Klasse 2 erlaubt Vias meist bis zu 90° Breakout bei intaktem Bahnanschluss, Klasse 3 fordert durchgehenden Mindestrestring ohne Breakout.
Wann Teardrops statt größerer Via-Pads?
Wenn die Routingdichte (etwa unter BGA mit 0,8 mm oder 0,65 mm Pitch) eine globale Pad-Vergrößerung wegen verletzter Bahn-Pad-Abstände verbietet. Teardrops stärken das Kupfer nur in Bahneinlaufrichtung und verhindern, dass Bohrversatz den Bahnhals schwächt; die seitlichen Padflanken bleiben im Abstandsbudget der Nachbarkanäle.