Какво е медното измамничество в ППС?

Какво е медното измамничество в ППС?

Медно измамничество при производството на ППС: баланс и употреба на мед

Въведение в медното измамничество в ППС

Печатните платки (ППС) са в самото сърце на всички съвременни електронни устройства, но малцина осъзнават колко много скрити производствени методи са необходими, за да се направят тези платки надеждни, издръжливи и готови за реалната употреба. Един от по-малко известните, но важни производствени процеси за ППС е медното измамничество. Но какво представлява медното измамничество в проектирането на ППС? Защо тази процедура е станала част от иновативното проектиране и производство на ППС и подобряване на производствената ефективност?

Медното измамване в ППП описва тактическото подобряване на малки, електрически изолирани медни елементи (често наричани „допълнителна мед“ или „блуждаща мед“), които се нанасят в празни или слабо заети области на слоя на ППП. За разлика от медните участъци или земните площини тези елементи не изпълняват електрическа функция. Основната им цел е да стабилизират плътността на медта и да оптимизират процеса на електроплакиране по време на производството на ППП.

Проектирането на печатни платки (PCB) всъщност се е развивало бързо, като съвременните платки стават по-плътни и значително по-сложни. Тази сложност обикновено води до неравномерно разпределение на медта – някои области са наситени с трасета, контактни площи и медни повърхности, докато други остават празни. Такава неравномерност по време на електролитно покритие може да предизвика множество проблеми, включително лошо възпроизвеждане на слоевете, деформация на платката, неравномерно галванично покритие и, в крайна сметка, по-висок риск от дефекти.

Типични проблеми, причинени от лошо балансиране на медта.

Дефекти в слоевете: Неравномерното медно покритие може да доведе до прекалено или недостатъчно галванично покритие на отворите, което компрометира здравината на финалните лойови връзки и стабилността на платката.

Изкривяване на платката: Големите области без мед се разширяват или свиват неравномерно по време на ламинирането, което предизвиква механично напрежение и възможно изкривяване.

По-нисък процент на производствени върнати продукти: Неравномерното разпределение на медта увеличава брака на платките, неравномерността при обработката и общата производствена цена.

Пазарен факт

Според водещите производители на PCB прилагането на подходящи медни „крадецки“ шарки може да подобри процента на доброкачествени PCB до 10–15% и е особено важно за многослойни, HDI и високочестотни PCB.

Медните „крадецки“ шарки на пазара: Пример от практиката.

Един от водещите европейски производители на PCB съобщи за значително намаляване на проблемите със слоевете и изкривяването при платки с голям брой слоеве след систематизиране на плътността на медта — което намалило процента на отхвърлени платки с 40% и позволило по-точни импедансни стекове за критични приложения.

Когато платката за захранване с висок ток на клиента работи при високи температури, неравномерните коефициенти на разширение на медната фолио от лек алуминий и основния материал предизвикват разслояване. KING Area препоръчва използването на закръглени ръбове и поставяне на медна мрежа (медно измамване) в области без трасирани пътища, за да се стабилизира термичното напрежение и да се подобри термичната безопасност на продукта.

С намаляването на размерите на устройствата и увеличаването на честотите проблемите с контрола на устойчивостта, намаляването на електромагнитните смущения (EMI) и надеждността на преходите стават по-важни от всякога. Като признават и прилагат най-добрите практики за проектиране на печатни платки с медно измамване, инженерите и производителите могат да създават по-ефективни и значително по-надеждни печатни платки, които отговарят на най-строгите изисквания за автомобилна, аерокосмическа, телекомуникационна и медицинска електроника.

Какво е медното измамване и как функционира?

Медното измамване в проекта на печатни платки е производствена процедура, при която изолирани медни шарки („допълнителна мед“, „блуждаеща мед“ или „медни острови“) се намерят нарочно в иначе голите, електрически неактивни области на слой от печатна платка. Тези шарки за медно измамване не са електрически свързани с никоя от веригите. Вместо това основната им цел е да стабилизират медната плътност по цялата платка, за да се осигури равномерност на процеса, особено по време на електроплатиниране.

Стандартният принцип

Електроплатинирането се използва при производството на печатни платки, за да се добави мед към преходни отвори, чрез-отвори и повърхностни трасета, което осигурява стандартната електрическа производителност и механична здравина на печатната платка. Обаче неравномерното разпределение на медта може да предизвика проблеми със слоевете:

Местата с висока концентрация на мед привличат повече ток за платиниране, което води до риск от прекомерно платиниране.

Местата с ниска концентрация или липса на мед привличат много по-малко ток, което води до недостатъчно платиниране и тънки, нестабилни медни слоеве.

Чрез прилагане на функции за медно измамване, като малки точки, мрежи или подходящи елементи в цялата област с ниска плътност, производителите контролират разпределението на тока в слоя за постигане на еднородна медна плътност – ключов фактор за осъществяване на проектната цел относно стабилността на сигнала, надеждността на печатната платка, механичната устойчивост и добивността.

Обичайни модели за медно измамване

Място на прилагане на медно изкуствено запълване (copper thieving)

1. Значителни празни области: Площ в областите без мед, за да се осигури еднородно нанасяне и химична обработка по съответния слой.

2. В близост до дебели медни слоеве: В районите около силови / земни плочи или BGA компоненти с висока плътност, за да се поддържа равномерно разпределение на тока.

3. Между падове и виа: За стабилизиране на слоевете около контактните зони на конектори, устройства с фин разстояние между контакти или отделени области.

4. По цялата дебелина на вътрешните слоеве: Особено важно при многослойни печатни платки, за да се осигури постоянна циркулация на смолата и намалени междуслоеви пространства.

Защо е необходимо медното изкуствено разпределение при производството на печатни платки?

Влиянието на медното изкуствено разпределение в процеса на производство на печатни платки е значително. То директно решава различни източници на проблеми и нестабилности, които, ако останат неконтролирани, могат да направят дори най-добрите проекти на печатни платки ненадеждни или скъпи за производство. Ето пълен списък на възможните дефекти:

1. Гарантира равномерно галванично покритие и подобрява цялостността

Един основен проблем при галваничното покриване на печатни платки е концентрацията на тока, при която областите с високо съдържание на мед се покриват много по-бързо, а областите с ниско съдържание на мед почти не се покриват. Това води до:

Преизлишно покритие: Предизвиква дебели медни слоеве, неравномерни сигнали и потенциални къси съединения.

Недостатъчно покритие: Предизвиква тънки медни стени в преходни отвори и проводници, което води до слаби лепенки и риск от прекъснати вериги.

Медната измама в стил PCB разпределя слоевете по съществуващия начин, за да гарантира, че плакираната плътност е еднаква по цялата платка, което осигурява здраво запояване и механична издръжливост.

2. Контролира циркулацията на материала и висококачествено ламиниране

По време на ламинациите при производството на многослойни PCB правилното балансиране на медта избягва:

Недостатъчно хранене на материала: предизвиква слабо свързване между слоевете и възможна деламинация.

Празнини и въздушни пролуки: водят до уязвими точки и повишено съпротивление или загуба на сигнал.

Уникален слоев свързващ механизъм: осигурява издръжливи платки с висок процент на добри изделия.

3. Минимизира деформацията на платката и механичното напрежение

Облекчаване на механичното напрежение: балансирането на медната циркулация помага платката да се разширява/свива равномерно при нагряване, охлаждане и ламинация, намалявайки деформацията и механичната деформация.

Специално необходимо за PCB с голям брой слоеве и HDI-платки, където дори минимални отклонения могат да имат катастрофални последици.

4. Поддържа редовна електрическа и топлинна производителност

Контрол на съпротивлението: Медните структури около предавателните линии помагат за поддържане на зададените цели за устойчивост към високочестотни и RF сигнали.

Топлинно равновесие: Допълнителната медна циркулация разсейва топлината значително по-ефективно, намалявайки температурните градиенти, деформациите и повредите, свързани с термично разширение.

5. Подобрява производствения отход и намалява разходите

Постоянната медна плътност и добре балансираното слоисто разпределение директно подобряват производствения отход и намаляват бракуваните платки. Намалените проценти на откази и подобреният първи преминаващ отход намаляват производствените разходи на единица и повишават качеството на PCB.

Често използвани модели за медно измамване и техните приложения.

Изборът и форматът на модела за медно измамване се определят от конкретните изисквания за балансиране на медта и възможността за производство и обикновено се настройват в сътрудничество с дизайнерите на електронни камери на производителя на PCB.

Често използвани модели за медно измамване.

1. Точков модел:

Описание: Малки, еднакво разположени медни точици.

предимства: Минимален риск от електромагнитни смущения (EMI), подобрен естетичен ефект.

най-подходящо за: Зони с ниска плътност на мед, области, чувствителни към радиочестотни (RF) смущения.

2мрежеста (решетъчна) структура:

Описание: Пресичащи се линии, образуващи мрежа/решетка.

Предимства: Ефективно използване на материала и подобряване на кръвообращението, здрава медна структура.

Най-подходящо за: Големи открити пространства, вътрешни/външни слоеве, термично управление.

3квадратни участъци:

Описание: По-големи медни квадрати или правоъгълници, разположени на по-големи разстояния един от друг.

Предимства: Решава проблемите при екстремно големи медни повърхности, но носи по-висок риск от паразитни ефекти.

Най-подходящо за: Големи или иначе ненаселени места на печатни платки.

4шарка с кръстосани линии:

Описание: Пресичащи се линии, обичайни за гъвкави/комбинирани гъвкаво-твърди печатни платки.

Предимства: Намаляване на механичното напрежение, гъвкавост.

Най-подходящо за: Твърдо-гъвкави/гъвкави вериги, които изискват намаляване на напрежението/деформацията.

Разполагане на елементи

Вътрешни слоеве: За ламинати с ниско запълване с мед, мрежестите шарки подобряват циркулацията на материала и отделянето на въздух.

Външни слоеве: Мрежести и точкови шарки в близост до контактните пинове на конекторите или в области с тънък меден слой, за предотвратяване на остри върхове при нанасяне на слоеве.

В околността на BGA/отворите за връзка: Осигурява равномерно покритие с мед, особено при интегрални схеми с висока плътност и конструкции с отвори за връзка в самия контактен площад.

Медно измамване за BGA и области на печатни платки с висока плътност

BGAs (сферични решетъчни масиви) и различни други области с висока плътност на елементи представляват уникални предизвикателства за медното измамване в проектирането на печатни платки:

Защо BGAs изискват медно измамване

Плътни полета от контакти: Ограниченият брой контактни площадки около BGAs може да доведе до регионални неравномерности в дебелината на медния слой.

Структури с виели в площадките: Инструментите с фин разстояние между контакти и виели в площадките изискват равномерно нанасяне на меден слой за надеждно монтиране и лепимост.

Рискове от деформация: Местата за монтиране на BGAs са особено чувствителни към деформация на печатната платка, която може да причини неравномерно разпределение на оловно-медената сплав при лепене, ефекта 'гробовна плоча' или прекъснати лепени връзки.

Решения чрез медно измамване

Около BGAs: Добавянето на подходяща мрежеста структура или обилна медна площ непосредствено извън контура на BGA уравновесява потока на мед, подпомагайки галваничното покритие и ламинацирането.

Избор на шаблон: Използват се точкови или решетъчни шаблони, за да се избегнат проблеми със съчетаване или електромагнитни смущения при високочестотни сигнали.

Съвместно CAM изследване: Винаги потвърждавайте с групата за уеб камери на производителя на PCB оптималното разположение, без да пречите на трасирането на пътища или на разстоянието до маската за лепене.

Влияние на медното изкуствено изпълнение върху производството на PCB

Медното изкуствено изпълнение е пряко свързано и подобрява няколко ключови процеса при производството и строителството на PCB:

1. Електроплакиране

Шаблоните за медно изкуствено изпълнение осигуряват равномерно разпределение на тока по време на електроплакирането, което води до еднаква дебелина на медното покритие върху проводниците, SMD-площадките, повърхностите и стеничните отвори.

2. Травене

Равномерната дебелина на медта предотвратява прекомерно травене.

Влияние на медното изкуствено изпълнение върху производството на PCB

Медното изкуствено изпълнение при производството на PCB влияе върху всеки ключов етап от производствения процес и подобрява както стабилността на процеса, така и качеството на крайния продукт.

1. Електроплакиране

По време на електроплакирането в процеса на производство на печатни платки (PCB) електрическият ток преминава през платката, за да отложи мед във виите и по проводниците. Ако дебелината на медта е неравномерна, токовото разпределение може да се концентрира в областите с по-голямо медно съдържание, което води до недостатъчен ток в други области и неравномерно плакиране. Медните компенсационни шаблони изравнят тези по-тънки участъци, като гарантират:

Също така равномерно токово разпределение.

Еднородна плътност на медното покритие по виите, стените на чрез-дупките и проводниците.

По-висока процесна еднородност и подобряване на основното качество.

2. Травене

По време на химическо травиране излишната мед се отстранява, а останалите проводници, площадки и контактни повърхности формират електрическата схема. Неравномерната медна плътност може да доведе до:

Претравени или недотравени проводници.

Грешки в размерите.

Намалена контролируемост върху широчината и съпротивлението на проводниците.

Благодарение на балансираната медна плътност, осигурена чрез компенсационните шаблони, травирането на PCB става значително по-предсказуемо, намалявайки дефектите и размерните изкривявания.

3. Нанасяне на маска за лепене

Добре балансираните медни елементи поддържат постоянна матовост на платката, което е важно за точното позициониране и нанасяне на маската за лепене. Променени или нееднакви платки могат да предизвикат:

Неправилно позициониране на маската.

Риск от образуване на лепене между контактните площи.

Неравномерно разкриване на контактните площи, което вреди на лепимостта.

4. Ламиниране при многослойни PCB

Медното изкуствено изпълнение влияе върху вътрешното ламиниране чрез:

Осигуряване на равномерно разпределение на материала.

Предотвратяване на улавяне на въздух.

Подобряване на сигурността на сцеплението между слоевете.

5. Панелизиране и пълно връщане

Медно изкуствено разпределение (copper thieving) по време на панелизирането, което осигурява:

Добре балансирано разпределение на напрежението по цялата производствена плоча.

Постоянна дебелина на плочата и еднородност.

Подобрен първи цикъл на връщане, намалява скъпо струващата повторна обработка или брак.

Влияе ли медното изкуствено разпределение (copper thieving) върху електрическата ефективност?

Това е често задаван въпрос от разработчици, нови за методите на медно изкуствено разпределение (copper thieving) при PCB.

Обикновено — не:

Елементите за медно изкуствено разпределение (copper thieving), ако са правилно разположени, са електрически изолирани от всички функционални мрежи и контактни площи. Това означава, че при добре изработена плоча медното изкуствено разпределение (copper thieving) НЕ:

Провежда сигнали или захранване.

Настройка на интернет връзката.

Непосредствена промяна на предварително определени действия в схемата.

Възможни проблеми (при неправилно изпълнение):

Все пак неподходящото медно изкуствено запълване — лошо разстояние, елементи, поставени под чувствителни високочестотни линии, или крайно разположение — може да причини:

1. Паразитна капацитетност: Изкуствените медни елементи, разположени твърде близо до сигналените проводници, могат да предизвикат нежелана паразитна капацитетност, която влияе върху цялостта на сигнала или върху съпротивлението на предавателната линия.

2. Непредвидено взаимодействие: Особено при печатни платки за високочестотни или RF приложения, неподходящото разположение на изкуственото медно запълване може да доведе до крос-ток или проблеми с електромагнитната съвместимост (EMI).

3. Риск от късо съединение: Ако изкуствените медни елементи са поставени прекалено близо до контактни площи/проводници или ако маската за лепене е неправилно подравнена, рискът от късо съединение се увеличава.

Идеални практики:

Спазвайте зададените минимални разстояния според DRC (проверка на съответствието с правилата за оформление).

Никога не свързвайте изкуственото медно запълване с функционални вериги, освен ако целенасочено не е проектирано като медно запълване.

За RF или високоскоростни локации минимизирайте размера на елементите, използвайте точкови шарове и консултирайте се с производителя/САМ за помощ.

ЧЕСТО ЗАДАВАН ВЪПРОС

1. Какво представлява медното измамване при производството на печатни платки?

Медното измамване е методът за включване на отделени медни шарове в празните области на слой от печатна платка, за да се поддържа пълна дебелина на медта, да се подобри хомогенността на електроплакирането и да се намалят производствените проблеми.

2. Защо доставчиците използват медно измамване?

Доставчиците използват медно измамване, за да избягнат прекомерно или недостатъчно плакиране, да намалят деформацията на платката и да осигурят по-равномерен и надежден процес за производство на печатни платки.

3. В какво се различава медното измамване от медно изливане?

Медното измамване служи само като производствена подкрепа и не е електрически свързано с никакви проводници. Медното изливане е свързано към земя или захранващи проводници, осигурявайки електрическа екраниране и допълнително влияйки върху баланса на медта.

4. Подобрява ли медното измамване производството на печатни платки?

Да. Чрез намаляване на проблеми като неравномерност в слоевете и деформация медното измамване подобрява общите показатели за добив.

5. Може ли медното изкуствено запълване да повлияе на електрическата ефективност на ППС?

Обикновено не — освен ако неподходящото разположение не създаде паразитна капацитетност или непреднамерено включване. Спазването на правилата за проектиране (DRC) и добрите проектиране практики предотвратяват тези проблеми.

6. Как точно трябва да се специфицира медното изкуствено запълване в техническите бележки?

Уточнете, на кои слоеве на ППС се изисква изкуствено запълване, предпочитаните области/модели, забранените зони и дали се иска определен модел (точка, мрежа и т.н.).

7. Кой обикновено решава за медното изкуствено запълване — проектиращият инженер или производителят?

Това е съвместен процес. Проектиращите инженери могат да посочват изискванията за изкуствено запълване в техническите бележки, но окончателните решения и подобрения обикновено се вземат от инженерния екип на производителя, за да се съобразят с производствените възможности.

Заключителна мисъл

Медното изкуствено запълване при производството на ППС не е просто въпрос на спазване на установени практики, а ключов метод, който директно влияе на качеството, цената, стабилността и производимостта на ППС.

То осигурява добре балансирано разпределение на медта (важно за рутинно електроплакиране, циркулация на продукта в кръвта и размерна стабилност).

Предотвратява деформации, отделяне на слоеве и трудности с лепенето.

Подобрява изхода и икономичността чрез намаляване на проблемите при плакирането, необходимостта от преизработване и брака.

При съвременните, високоплътни и високоскоростни PCB стилове отнемането на мед е по-важно от всякога за сигнален интегритет, топлинен баланс и устойчива механична ефективност.