Produkcja PCB to proces budowania fizycznej płytki PCB na podstawie projektu PCB zgodnie z określonym zestawem specyfikacji. Zrozumienie specyfikacji projektu jest bardzo ważne, ponieważ wpływa na możliwości produkcyjne, wydajność i wydajność produkcji PCB.
Jedną z ważnych specyfikacji projektowych, których należy przestrzegać, jest „zrównoważona miedź” w produkcji płytek PCB. Należy zapewnić spójne pokrycie miedzią w każdej warstwie układu PCB, aby uniknąć problemów elektrycznych i mechanicznych, które mogą utrudniać działanie obwodu.
Co oznacza miedź balansująca PCB?
Miedź zrównoważona to metoda symetrycznych ścieżek miedzi w każdej warstwie układu PCB, co jest konieczne, aby uniknąć skręcenia, zgięcia lub wypaczenia płytki. Niektórzy inżynierowie i producenci układu nalegają, aby lustrzane ułożenie górnej połowy warstwy było całkowicie symetryczne w stosunku do dolnej połowy płytki drukowanej.
Funkcja miedzi balansu PCB
Rozgromienie
Warstwa miedzi jest trawiona w celu utworzenia ścieżek, a miedź użyta jako ścieżki przenosi ciepło wraz z sygnałami po całej płytce. Zmniejsza to uszkodzenia spowodowane nieregularnym nagrzewaniem się płyty, które mogłoby spowodować pęknięcie wewnętrznych szyn.
Kaloryfer
Miedź stosowana jest jako warstwa rozpraszająca ciepło w obwodzie wytwarzania energii, co pozwala uniknąć stosowania dodatkowych elementów rozpraszających ciepło i znacznie obniża koszty produkcji.
Zwiększ grubość przewodów i podkładek powierzchniowych
Miedź zastosowana jako powłoka na płytce drukowanej zwiększa grubość przewodów i pól powierzchniowych. Ponadto solidne miedziane połączenia międzywarstwowe uzyskano dzięki platerowanym otworom przelotowym.
Zmniejszona impedancja uziemienia i spadek napięcia
Miedź zbalansowana PCB zmniejsza impedancję uziemienia i spadek napięcia, redukując w ten sposób hałas, a jednocześnie może poprawić wydajność zasilacza.
Efekt miedzi w balansie PCB
W przypadku produkcji płytek PCB, jeśli rozkład miedzi pomiędzy stosami nie jest równomierny, mogą wystąpić następujące problemy:
Niewłaściwy balans stosu
Równoważenie stosu oznacza posiadanie w projekcie symetrycznych warstw, a ideą jest rezygnacja z obszarów ryzyka, które mogłyby odkształcić się na etapach montażu stosu i laminowania.
Najlepszym sposobem na to jest rozpoczęcie projektowania domu piętrowego na środku deski i tam ułożenie grubych warstw. Często strategią projektanta PCB jest odzwierciedlenie górnej połowy stosu z dolną połową.
Superpozycja symetryczna
Nakładanie warstw PCB
Problem wynika głównie z zastosowania grubszej miedzi (50um lub więcej) na rdzeniach, gdzie powierzchnia miedzi jest niezrównoważona, a co gorsza, we wzorze prawie nie ma wypełnienia miedzianego.
W takim przypadku powierzchnię miedzi należy uzupełnić „fałszywymi” obszarami lub płaszczyznami, aby zapobiec przedostawaniu się prepregu do wzoru i późniejszemu rozwarstwieniu lub zwarciu międzywarstwowym.
Brak rozwarstwiania PCB: 85% miedzi jest wypełnione w warstwie wewnętrznej, dlatego wystarczy wypełnienie prepregiem, nie ma ryzyka rozwarstwienia.
Brak ryzyka rozwarstwienia PCB
Istnieje ryzyko rozwarstwienia PCB: miedź jest wypełniona tylko w 45%, a prepreg międzywarstwowy jest niewystarczająco wypełniony i istnieje ryzyko rozwarstwienia.
Grubość warstwy dielektrycznej jest nierówna
Zarządzanie stosami warstw płytek jest kluczowym elementem w projektowaniu szybkich płytek. Aby zachować symetrię układu, najbezpieczniej jest zrównoważyć warstwę dielektryka, a grubość warstwy dielektryka powinna być ułożona symetrycznie jak warstwy dachu.
Czasami jednak trudno jest osiągnąć jednolitość grubości dielektryka. Wynika to z pewnych ograniczeń produkcyjnych. W takim przypadku projektant będzie musiał złagodzić tolerancję i uwzględnić nierówną grubość i pewien stopień wypaczenia.
Przekrój płytki drukowanej jest nierówny
Jednym z częstych problemów w projektowaniu niezrównoważonych konstrukcji jest niewłaściwy przekrój poprzeczny płyty. Złoża miedzi są większe w niektórych warstwach niż w innych. Problem ten wynika z faktu, że konsystencja miedzi nie jest zachowana w różnych warstwach. W rezultacie po złożeniu niektóre warstwy stają się grubsze, podczas gdy inne warstwy o niskim osadzaniu się miedzi pozostają cieńsze. Pod wpływem bocznego nacisku na płytę ulega ona odkształceniu. Aby tego uniknąć, pokrycie miedzią musi być symetryczne w stosunku do warstwy środkowej.
Laminowanie hybrydowe (mieszane materiały).
Czasami w projektach stosuje się mieszane materiały w warstwach dachu. Różne materiały mają różne współczynniki termiczne (CTC). Ten typ konstrukcji hybrydowej zwiększa ryzyko wypaczenia podczas montażu metodą reflow.
Wpływ niezrównoważonego rozkładu miedzi
Różnice w osadzaniu się miedzi mogą powodować wypaczenia PCB. Niektóre wypaczenia i defekty są wymienione poniżej:
Wypaczenie
Wypaczenie to nic innego jak deformacja kształtu deski. Podczas pieczenia i manipulowania płytą, folia miedziana i podłoże ulegną różnemu mechanicznemu rozciąganiu i ściskaniu. Prowadzi to do odchyleń w ich współczynniku rozszerzalności. Następnie powstające na płycie naprężenia wewnętrzne prowadzą do wypaczenia.
W zależności od zastosowania materiałem PCB może być włókno szklane lub dowolny inny materiał kompozytowy. Podczas procesu produkcyjnego płytki drukowane poddawane są wielokrotnej obróbce cieplnej. Jeśli ciepło nie jest równomiernie rozłożone, a temperatura przekracza współczynnik rozszerzalności cieplnej (Tg), płyta ulegnie wypaczeniu.
Słabe galwanizacja wzoru przewodzącego
Aby prawidłowo skonfigurować proces galwanizacji, bardzo ważna jest równowaga miedzi w warstwie przewodzącej. Jeśli miedź nie jest zrównoważona na górze i na dole, a nawet w każdej pojedynczej warstwie, może wystąpić nadmierne powlekanie, co może prowadzić do śladów lub niedotrawienia połączeń. W szczególności dotyczy to par różnicowych ze zmierzonymi wartościami impedancji. Ustawianie prawidłowego procesu galwanizacji jest złożone, a czasem niemożliwe. Dlatego warto uzupełnić bilans miedzi o „fałszywe” łatki lub pełną miedź.
Uzupełniony zbilansowaną miedzią
Brak dodatkowej miedzi uzupełniającej
Jeśli łuk jest niezrównoważony, warstwa PCB będzie miała krzywiznę cylindryczną lub kulistą
Prostym językiem można powiedzieć, że cztery rogi stołu są nierucDom, a blat stołu wznosi się nad nim. Nazywano go łukiem i był wynikiem usterki technicznej
Łuk wytwarza napięcie na powierzchni w tym samym kierunku co krzywa. Powoduje to również przepływ przypadkowych prądów przez płytkę.
Ukłon
Efekt łuku
1. Na skręt skręcania wpływają takie czynniki, jak materiał i grubość płytki drukowanej. Skręcenie ma miejsce, gdy którykolwiek róg deski nie jest wyrównany symetrycznie z pozostałymi narożnikami. Jedna konkretna powierzchnia podnosi się po przekątnej, a następnie pozostałe rogi skręcają się. Bardzo podobnie do sytuacji, gdy poduszkę wyciąga się z jednego rogu stołu, podczas gdy drugi róg jest przekręcony. Proszę zapoznać się z poniższym rysunkiem.
Efekt zniekształcenia
1. Pustki żywiczne są po prostu wynikiem nieprawidłowego pokrycia miedzią. Podczas naprężenia montażowego naprężenie przykładane jest do płyty w sposób asymetryczny. Ponieważ ciśnienie jest siłą boczną, z powierzchni z cienkimi osadami miedzi będzie wyciekać żywica. Spowoduje to utworzenie pustki w tym miejscu.
2. Pomiar wybrzuszenia i skręcenia Zgodnie z IPC-6012 maksymalna dopuszczalna wartość wygięcia i skręcenia wynosi 0,75% na płytach z komponentami SMT i 1,5% dla innych płyt. W oparciu o tę normę możemy również obliczyć zagięcie i skręcenie dla konkretnego rozmiaru PCB.
Naddatek łuku = długość lub szerokość płyty × procent naddatku łuku / 100
Pomiar skrętu uwzględnia długość przekątnej deski. Biorąc pod uwagę, że płyta jest ograniczona przez jeden z narożników, a skręcenie działa w obu kierunkach, uwzględniono współczynnik 2.
Maksymalny dopuszczalny skręt = 2 x długość przekątnej deski x procent naddatku na skręt / 100
Tutaj możesz zobaczyć przykłady desek o długości 4 cali i szerokości 3 cali oraz przekątnej 5 cali.
Naddatek na zginanie na całej długości = 4 x 0,75/100 = 0,03 cala
Naddatek na zginanie na szerokość = 3 x 0,75/100 = 0,0225 cala
Maksymalne dopuszczalne zniekształcenie = 2 x 5 x 0,75/100 = 0,075 cala
