EN
RÝCHLE ODKAZY
Pred dvoma rokmi mi zavolal inžiniersky vedúci zákazníka kvôli katastrofe pri výrobe PCB. Určite vytvorili dosku napájacieho zdroja so šírkou dráhy 2 mil a medzerou 2 mil v ovládacej oblasti a špecifikovali 2 uncie medi po celej vrstvovej štruktúre, aby vodiče napájania mohli prenášať prúd. Polotovarové dosky sa vrátili s výnosom približne 40 %. Skúšky spojov odhalili desiatky mŕtvych spojov na každej doske. Pod mikroskopom vyzerali dráhy v ovládacej časti naozaj nie tenké – vyzerali, akoby boli pieskovým prúdom odstránené. Niektoré chýbali úplne.
Tu je nepríjemná časť: táto doska bola odsúdená už v okamihu, keď boli stanovené návrhové pravidlá. Výrobca nespravil chybu. Zákony vlhkej chémie jednoducho prekonali návrh.
Uveďme špecifikáciu v jednotkách, ktoré zrejmým spôsobom odhaľujú problém.
Stopa s hrúbkou 2 mil má veľkosť 50,8 mikrónov. Meď s hmotnosťou 2 oz má hrúbku 70 mikrónov. Prečítajte si to znova: medená hliníková fólia je o 38 % hrubšia ako šírka stopy. Vy žiadate od leptacieho prostriedku, aby vyrezal štruktúru, ktorá je vyššia, než je široká – teda stenu vysokú 70 mikrónov stojacu na základni širokej 50 mikrónov. Potom žiadate, aby urobil presne to isté aj v oblasti priamo vedľa nej, vo vzdialenosti 2 mil.
Mokré leptanie je izotropné. Chemické prostredie nerozoznáva, ktorý smer je „nadol“. Útočí na meď rovnako intenzívne z boku ako zhora nadol. Priemysel tento jav hodnotí pomocou faktora leptania – pomeru vertikálnej hĺbky leptania ku stranovej podrezanosti na každej strane. V produkčných podmienkach sa faktor leptania pohybuje medzi 2,5 a 4,0 v závislosti od chemického zloženia, zariadení a procesného riadenia. Kyslé roztoky chloridu meďnatého na vnútorných vrstvách zvyčajne dosahujú faktor 3,0 až 3,5. Alkalické systémy na vonkajších vrstvách majú nižšiu hodnotu, približne 2,5 až 3,0.
Vypočítajte to s faktorom leptania 3,0 pre meď s hmotnosťou 2 oz:
Požadovaná vertikálna hĺbka leptania: 70 mikrónov
Stranné podrezanie na každej strane: 70 ÷ 3.0 ≈ 23 mikrónov
Celková strata šírky na oboch stranách: približne 46 mikrónov
Z vodivého stopy s hrúbkou 50,8 mikróna odstráni chemický proces 46 mikrónov. Zostane len 4,8-mikrónový úzky pruh – ak vôbec prežije. Pri faktore leptania 3,5 má stopa šírku približne 10 mikrónov. V každom prípade ide o ostrý hrot, nie o vodič. Nedokáže prenášať prúd, nesplní požiadavky na odpor a ani pri bežnom manipulovaní nevydrží bez zlomenia.
A tá vzdialenosť 2 mil? Rovnaké 23-mikrónové podrezanie na každej strane vodivej stopy znižuje medzeru z 50 mikrónov na približne 4 mikróny. Riziko vzniku mediálnych mostíkov, mikrokrátkych spojení a časom rastúcich dendritov prudko stúpa.
Toto nie je problém s výnosom. Je to fyzikálny problém, ktorý sa prezentuje ako problém s návratom.
Tu je súčiastka, ktorá sa v procese priradenia viny stratí. Gravírovanie kompenzácie – CAM postup rozširovania návrhu, aby kompenzoval podrezávanie – je štandardnou praxou v každej serióznej výrobnej prevádzke. Dobrý výrobca upraví návrh s hrúbkou stopy 5 mil na 5,5 alebo 6 mil, aby finálna stopa mala hrúbku presne 5 mil. Toto funguje dokonale, ak je kompenzácia len malou časťou rozmery prvku.
Úplne zlyhá, keď je rozmery prvku už na hranici toho, čo je technicky možné.
Aby sa po približne 46 mikrónoch celkovej podrezanosti získal hotový vodič s šírkou 2 mil, musel by mať pôžičkový vzor na začiatku približne 97 mikrónov – teda takmer 4 mil. V súčasnosti sa matematika medzier zrúti: dva vodiče so šírkou 4 mil umiestnené v návrhu vo vzdialenosti 2 mil od seba znamenajú, že ich odolné atribúty sú na doske vzdialené len približne 51 mikrónov. Fotorezist tomu neodolá. Riedidlo ho podkopáva a zdvíha, čo má za následok nepredvídateľné a nerovnomerné leptanie po celej vrstve. Jemné leptanie na hrubom medi sa nezhoršuje postupne – zlyhá chaoticky.
Preto tabuľky minimálnych šírok vodičov pre tento odvetvie preskúmavajú práve tieto metódy. Pre meď s hrúbkou 1 oz je šírka vodiča 3 mil na hranici možností. Pre meď s hrúbkou 2 oz sa funkčná minimálna šírka zvýši na 5 mil. Pri 3 oz je to 9 mil. Pri 4 oz je to 12 mil. Toto nie sú tradičné predpoklady – ide o rozmery, pri ktorých už proces gravírovania prestáva byť rizikovým pokusom. Navrhnite atribút so šírkou 2 mil na vrstve s medenou hrúbkou 2 oz a požadujete technologický postup, ktorý neexistuje mimo výskumných laboratórií.
Zníženie výťažku nie je jemné. V mojej praxi pri približne 30 projektoch PCB s vysokou hmotnosťou medi za posledné 3 roky sa tento vzor opakuje:
Šírka vodiča pod ~ 3-násobkom hustoty medi: výťažok v rozmedzí 35 – 55 %, pričom poruchy sú prevažne prerušenia a takmer-prerušenia
Šírka vodiča okolo 4-násobku hustoty medi: výťažok v rozmedzí 70 – 85 %, s občasnými výkyvmi odolnosti
Šírka vodiča pri 5-násobku hustoty medi alebo vyššie: výťažok sa zotaví na úroveň 95 % a vyššie.
Najstrašnejšie zlyhania nie sú úplné skraty. Sú to náhodné prerušenia – vodivé dráhy, ktoré pri výrobnej kontroli spojitosti prejdú, pretože ich hrúbka je napríklad 5 mikrónov, no neskôr prasknú v dôsledku tepelného cyklovania alebo rezonancie a v prevádzke zlyhnú až o šesť mesiacov neskôr. Polohu zlyhaní v prevádzke som dokázal stopy späť až k doskám, ktoré výrobná prevádzka absolvovala s výborným výsledkom pri elektrickej skúške. Na obrázkoch z AOI kontroly sa vodivá dráha javila nepodozrivá. Nikto neprešiel rentgenom každú 2-milovú spojku a tie, ktoré boli vyryté až na hrúbku vlasu, boli nepozorovateľné až do chvíle ich zlomenia.
Existuje tiež problém s odporom. Aj keď sa tenká vodivá dráha podarí presadiť, jej prierez už nie je obdĺžnikový – má tvar lichobežníka, širší pri spodnej časti a užší pri vrchnej. Štandardne sa odolnosť proti rušeniu vypočíta pre obdĺžnikový prierez. lichobežníkový stopy posúvajú skutočnú impedanciu cieľa podľa pokynov, ktoré závisia od nahromadenia a podrezu. Pre diferenciálne sady sa chybové hodnoty menia: stopy sa zužujú a vzdialenosť medzi nimi sa zväčšuje, preto sa diferenciálna impedancia mení viac ako jednosmerná. Dosky, ktoré „mali“ mať 100 ohmov, namerali 96. Dosky s 90 ohmami namerali 87. Minimálne rozloženia úplne vyšli z špecifikácie.
Chcem byť spravodlivý voči návrhárom, ktorí požadujú 2 mil / 2 oz. Nikto túto kombináciu nedefinuje ako ťažkú. Uvažovanie zvyčajne vyzerá takto: „Potrebujem 3 A na tejto napájacej dráhe; kalkulačka uvádza, že stopa 1 oz musí mať šírku X, preto použijem 2 oz a ponechám stopu užšiu.“ Alebo: „Miesto je obmedzené a 2 oz mi umožňuje zmenšiť napájacie stopy.“
Chybou je považovať hmotnosť medi za ovládač, ktorý ovplyvňuje len prúdovú kapacitu. Nie je to tak – je to ovládač, ktorý ovplyvňuje celú vrstvu. minimálna veľkosť stopy a vzdialenosť medzi stopami spolu s tým. Hrší meď zvyšuje schopnosť prenášať prúd cez veľké stopy, ale súčasne zníži vašu schopnosť viesť akékoľvek komplikovanejšie trasy na tej istej vrstve. Na jednej hrúbke medi nemôžete mať oboje, pretože proces leptania neumožňuje kompromisy.
Videli sme tímy, ktoré sa tomuto problému vyhli, a riešenia nasledujú konzistentný vzor.
Rozdeľte hrúbky medi medzi jednotlivé vrstvy. Umiestnite medené vrstvy s hrúbkou 2 uncia (oz) a dokonca aj 3 uncia (oz) na vyhradenú napájaciu vrstvu s širokými stopami a generóznymi polygónmi. Logiku riadiacich obvodov s malým rozostupom kontaktov umiestnite na vrstvu s hrúbkou medi 0,5 unca (oz) alebo 1 unca (oz). Použitie dvoch rôznych hrúbok medi v jednom usporiadaní vrstiev je úplne bežné – väčšina výrobcov viacvrstvových dosiek plošných spojov (PCB) spravuje takéto kombinované usporiadania bez akýchkoľvek problémov. Cena dosky sa mierne zvýši. Rozdiel v percente výťažku často tento nárast viackrát kompenzuje.
Udržiavajte pri tenkej medi minimálnu šírku stopy 2 mil. Ak návrh skutočne vyžaduje dráhy a priestor s rozmerom 2 mil pre vývodové trasy BGA, napríklad, táto časť patrí na vrstvu dostatočne tenkú na spoľahlivé leptanie. Medená vrstva s hrúbkou 0,5 oz spolu s výbornou alkalickou leptacou linkou a LDI zobrazovaním dokáže presne reprodukovať prvky s rozmerom 2 mil. Medená vrstva s hrúbkou 2 oz to nedokáže – ani v žiadnej výrobnej prevádzke, pri žiadnom leptacom prostredí ani s akoukoľvek kompenzáciou CAM. Ide nie o otázku technologických možností, ale o geometrický problém.
Zväčšite šírku dráhy pred tým, ako zmeníte hmotnosť medi. Vedenie s prúdom 3 A pri hrúbke medi 1 oz potrebuje pre mierny nárast teploty dráhu približne 50–60 mil. Pri hrúbke medi 2 oz rovnaké vedenie vyžaduje približne polovicu tejto šírky – stále však výrazne viac než 2 mil. Ak sa vedenie do priestoru na trasovanie jednoducho nezmestí, riešením nie je použitie medi s hrúbkou 2 oz na jemných dráhach. Riešením je špeciálna výkonová vrstva alebo výrazne hrubšia medená vrstva bez jemných prvkov.
Požiadajte o DFM posúdenie ešte pred schválením usporiadania vrstiev, nie až po ňom. Každá vážna výrobná spoločnosť ponúka bezplatnú kontrolu usporiadania pre výrobnú realizovateľnosť po nahratí súboru Gerber. Tie, ktoré stojí za to používať, vopred upozornia na kombináciu 2 mil / 2 oz pred založením objednávky a oznámia vám, aké budú výsledky výroby. Ak výrobca cituje cenu vašej dosky 2 mil / 2 oz bez jediného pripomienkovania, je to varovný signál – buď ju vyrobí s veľmi nízkou výťažnosťou a náklady prenesie na vás, alebo ju vyrobí a nechá vás objaviť problém až po testovaní.
Hustá meď a tenké dráhy nie sú návrhovou voľbou – sú to navzájom vylučujúce pojmy. Rovnaký lept, ktorý umožňuje využitie medi 2 oz, zároveň odstraňuje dráhy 2 mil, a žiadne množstvo technologických úprav nemôže zmeniť tento pomer. Matematika leptacieho pomeru je verejná, stabilná a nezohľadňuje termíny dodania.
Skupiny, ktoré dodávajú dosky pre vysoký prúd včas, to zistili manuálne: meď umiestnite tam, kde je prúd, rozlíšenie umiestnite tam, kde sú signály, a nikdy nežiadajte jednu medenú vrstvu, aby robila oboje. Každá doska 2 mil / 2 oz, ktorú som kedy videl vyrobenú, bola buď prototyp s nízkou výťažnosťou, vyšetrovanie zlyhania v prevádzke čakajúce na výskyt, alebo mimoriadne drahá lekcia z chémie leptania. Žiadna z nich nebola dodaná dvakrát.
Horúce správy2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
