EN
Rychlé odkazy
Před dvěma lety mi zavolal technický vedoucí zákazníka kvůli katastrofě při výrobě tištěných spojovacích desek. Určitě navrhli desku napájecího zdroje se šířkou vodivých drah 2 mil a mezerou 2 mil v řídicí části a požadovali 2 uncie mědi v celé vrstvě, aby napájecí dráhy mohly vést požadovaný proud. Nefinální desky se vrátily s výtěžností přibližně 40 %. Kontrola spojení odhalila desítky nefunkčních spojů na každou desku. Pod mikroskopem vypadaly dráhy v řídicí části opravdu ne tenké – vypadaly, jako by byly pískovány. Některé zcela chyběly.
Zde je nepříjemná část: tato deska byla odsouzena k neúspěchu již v okamžiku, kdy byly stanoveny návrhové pravidla. Výrobce se neprovinil. Zákony vlhké chemie prostě převzaly kontrolu nad návrhem.
Uveďme specifikaci v jednotkách, které problém zjevně odhalí.
Stopa o šířce 2 mil má velikost 50,8 mikronu. Měděná fólie o tloušťce 2 uncí má tloušťku 70 mikronů. Přečtěte si to ještě jednou: měděná fólie je o 38 % tlustší než je šířka stopy. Vy žádáte leptací roztok, aby vytesal strukturu, která je vyšší, než je široká – jinými slovy zeď vysokou 70 mikronů stojící na základně široké 50 mikronů. Poté požadujete, aby provedl přesně totéž i v oblasti hned vedle, vzdálené 2 mil.
Mokré leptání je izotropní. Chemická reakce nepozná, kterým směrem je „dolů“. Měď napadá stejně intenzivně ze strany jako seshora. Průmysl tento jev kvantifikuje pomocí tzv. leptacího poměru – poměru svislé hloubky leptání k bočnímu podleptání na každé straně. V praxi se leptací poměr pohybuje v rozmezí 2,5 až 4,0, a to v závislosti na chemii, zařízení a řízení procesu. Kyselý roztok chloridu měďnatého pro vnitřní vrstvy obvykle dosahuje hodnoty 3,0 až 3,5. Alkalické systémy pro vnější vrstvy mají nižší hodnoty, přibližně 2,5 až 3,0.
Proveďte výpočet s leptacím poměrem 3,0 pro měď o tloušťce 2 uncí:
Požadovaná svislá hloubka leptání: 70 mikronů
Boční podřez na každou stranu: 70 ÷ 3.0 ≈ 23 mikrometrů
Celková ztráta šířky na obou stranách: přibližně 46 mikrometrů
Z vodivé stopy tloušťky 50,8 mikrometru odstraní lept 46 mikrometrů. Zůstane pouze 4,8-mikrometrový proužek – pokud vůbec přežije. Při lepovém poměru 3,5 má stopa výslednou šířku přibližně 10 mikrometrů. V každém případě jde o ostří nože, nikoli o vodič. Nedokáže vést proud, nesplňuje požadavky na odpor a těžko odolá manipulaci, než se zlomí.
A co rozestup 2 mil? Stejný 23-mikrometrový podřez na každé hraně stopy zmenší původní rozestup 50 mikrometrů na přibližně 4 mikrometry. Riziko měděného propojení, mikrokrátkého spojení a časem i růstu dendritů prudce stoupá.
To není problém výtěžnosti. Je to fyzikální problém, který si obléká oblek návratu.
Právě zde leží součást, která se v procesu přiřazování viníků ztrácí. Vrytý poplatek – CAM proces rozšiřování návrhu, aby kompenzoval podřez – je standardní postup ve všech vážných výrobních zařízeních. Dobrý výrobce upraví návrh o velikosti 5 mil na 5,5 nebo 6 mil, aby konečná stopa měla přesně 5 mil. Tento postup funguje dokonale, pokud je kompenzace pouze malou částí rozměru prvku.
Zcela selže, pokud je prvek již na hranici toho, co je technicky možné.
Aby byla po celkovém podřezu přibližně 46 mikronů získána hotová dráha široká 2 mil, musela by mít původní kresba šířku přibližně 97 mikronů – tedy téměř 4 mil. V současné době selhává matematický výpočet rozestupů: dvě dráhy kresby široké 4 mil umístěné ve výkresu ve vzdálenosti 2 mil od sebe znamenají, že jejich odolné části jsou na desce vzdáleny pouze přibližně 51 mikronů. Fotorezist tomu neodolá. Chemikálie pro leptání ho podkopává a zvedá, čímž vzniká nepředvídatelné a nepravidelné leptání po celé vrstvě. Jemné leptání na tlusté mědi se nezhoršuje postupně – selhává chaoticky.
Právě proto tabulky minimálních šířek vodičů pro tento odvětví přezkoumávají používané metody. U měděné vrstvy 1 oz je šířka vodiče 3 mil na hranici možností. U 2 oz se funkční minimum zvýší na 5 mil. U 3 oz je to 9 mil. U 4 oz je to 12 mil. Nejedná se o tradiční předpoklady – jde o rozměry, při nichž už není gravírování spolehlivé. Navrhněte atribut široký 2 mil na vrstvě s mědí 2 oz a požadujete technologii, která neexistuje mimo laboratoře zaměřené na výzkum.
Pokles výtěžku není jemný. Z mé zkušenosti s přibližně 30 projekty tiskových spojů s vysokou hmotností mědi za posledních 3 roky odpovídá následující vzor:
Šířka vodiče pod ~ 3násobkem hustoty mědi: výtěžek v rozmezí 35–55 %, přičemž selhání jsou převážně způsobena přerušeními a téměř přerušeními
Šířka vodiče kolem 4násobku hustoty mědi: výtěžek v rozmezí 70–85 %, přičemž občas dochází k nepatrnému posunu izolační odolnosti
Šířka vodiče 5násobku hustoty mědi nebo vyšší: výtěžek se zlepší na 95 % a více.
Nejstrašnější poruchy nejsou zkraty. Jsou to náhodné přerušení – vodivé dráhy, které v tovární kontrole procházejí testem spojitosti, protože se jedná o vlákno tlusté pouze 5 mikrometrů, které se později praskne v důsledku tepelného cyklování nebo rezonance a po šesti měsících selže v provozu. Dokázal jsem dovést poruchy v provozu až k deskám, které výrobní zařízení bez potíží projely elektrickým testem. Na obrázcích z automatické optické inspekce (AOI) vypadala dráha bez chyb. Nikdo neprovedl rentgenové snímání každého vodiče o tloušťce 2 mil, a ty, jejichž průřez byl vyryt až na tloušťku vlasu, byly nepatrné až do chvíle, kdy se rozpadly.
Existuje také příběh o odporu. I když tenká vodivá dráha projde kontrolou, její průřez již není obdélníkový – má tvar lichoběžníku, širší u spodní hrany a užší u horní. Vypočtená odolnost je založena na předpokladu obdélníkového průřezu. A lichoběžníkový trasování posouvá skutečnou impedance cíle mimo požadovanou hodnotu v důsledku vlivu naskládání vrstev a podřezu. U diferenciálních párů dochází k chybám: trasové vodiče se zužují a vzdálenost mezi nimi se zvětšuje, takže se diferenciální impedance mění více než impedance jednobodová. Desky, které měly dosáhnout 100 ohmů, byly naměřeny na 96 ohmů. Desky s požadovanou impedancí 90 ohmů byly naměřeny na 87 ohmů. Některé minimální návrhy zcela vyšly mimo specifikaci.
Chci být spravedlivý vůči návrhářům, kteří požadují kombinaci 2 mil / 2 oz. Nikdo tuto kombinaci nedefinuje jako obtížnou. Typické zdůvodnění zní například: „Potřebuji 3 A na této napájecí sběrnici; kalkulátor uvádí, že trasový vodič 1 oz musí mít šířku X, proto zvolím 2 oz a udržím trasový vodič užší.“ Nebo: „Místo je omezené a 2 oz mi umožňuje zmenšit šířku napájecích tras.“
Chybou je považovat hmotnost mědi za regulátor, který ovlivňuje pouze proudovou zátěž. Není to tak – je to parametr, který ovlivňuje celou vrstvu. minimální velikost a vzdálenost tras spolu s tím. Silnější měď zvyšuje schopnost vedení proudu u širokých tras, ale současně zhoršuje možnost vytvářet jemné trasy na stejné vrstvě. Na jedné tloušťce mědi nelze dosáhnout obojího, protože proces leptání neumožňuje kompromisy.
Viděl jsem týmy, které se této pasti vyhnuly, a řešení odpovídají konzistentnímu vzoru:
Rozdělte tloušťky mědi mezi jednotlivé vrstvy. Umístěte měď o tloušťce 2 oz a dokonce i 3 oz na vyhrazenou napájecí vrstvu se širokými trasami a velkými polygonálními plochami. Umístěte řídicí logiku s jemným roztečem na vrstvu s tloušťkou mědi 0,5 oz nebo 1 oz. Použití dvou různých tlouštěk mědi v jednom uspořádání vrstev je zcela běžné – většina výrobců vícevrstvých tištěných spojovacích desek (PCB) zpracovává kombinovaná uspořádání bez jakýchkoli potíží. Náklady na desku jsou o něco vyšší. Rozdíl ve výtěžnosti se často mnohokrát vrátí.
U tenké mědi zachovejte minimální šířku trasy 2 mil. Pokud návrh skutečně vyžaduje dráhy a mezery o šířce 2 mil pro odvádění vývodů z BGA, pak tato část patří do vrstvy dostatečně tenké, aby bylo možné tyto rozměry spolehlivě leptat. Měď o hmotnosti 0,5 oz spolu s vynikající alkalickou leptací lázní a LDI zobrazováním dokáže udržet prvky o rozměru 2 mil. Měď o hmotnosti 2 oz to nedokáže – ani v žádné výrobě, za žádných chemických podmínek a bez ohledu na jakoukoli kompenzaci CAM. Nejde o otázku technického výkonu, ale o geometrický problém.
Zvětšete šířku drah před tím, než změníte hmotnost mědi. Dráha pro proud 3 A při hmotnosti mědi 1 oz vyžaduje přibližně 50–60 mil pro mírný nárůst teploty. Při hmotnosti mědi 2 oz vyžaduje stejná dráha přibližně polovinu této šířky – stále však značně více než 2 mil. Pokud se daná trasa do určeného prostoru opravdu nevejde, řešením není použití mědi 2 oz na jemných drahách. Správným řešením je specializovaná napájecí vrstva nebo mnohem tlustší měděná vrstva bez jakýchkoli jemných prvků.
Požádejte o kontrolu DFM ještě předtím, než se rozhodnete pro konkrétní uspořádání vrstev, nikoli až poté. Každá vážná výrobní firma nabízí bezplatnou kontrolu návrhu pro výrobní proveditelnost po nahrání souborů Gerber. Ty, které stojí za spolupráci, upozorní na kombinaci 2 mil / 2 oz ještě před odesláním objednávky a sdělí vám, jaká bude výsledná přesnost. Pokud vám výrobce kvotuje desku 2 mil / 2 oz bez jediného komentáře, je to varovný signál – buď ji vyrobí s velmi nízkou přesností a náklady vám předají, nebo ji vyrobí a nechají vás objevit problém až při testování.
Těžký měděný povlak a tenké vodivé dráhy nejsou volbou návrhu – jsou vzájemným rozporem. Rovněž ten samý leptací roztok, který umožňuje využití 2 oz mědi, odstraňuje i vodivé dráhy široké 2 mil, a žádné technologické zázraky nemění tento poměr. Matematický vztah pro leptací faktor je veřejně znám, stabilní a nezávisí na termínech dodání.
Skupiny, které dodávají desky pro vysoký proud včas, přišly na to ručně: měď umístěte tam, kde je proud, rozlišení tam, kde jsou signály, a nikdy nepožadujte, aby jedna měděná vrstva zároveň splňovala obě tyto požadavky. Každá deska 2 mil/2 oz, kterou jsem kdy viděl, byla buď nízkovýnosovým prototypem, vyšetřováním poruchy v provozu, které teprve mělo začít, nebo extrémně drahou lekcí z chemie leptání. Žádná z nich nebyla dodána dvakrát.
Nejnovější zprávy2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
