Πόσα γνωρίζετε για τον ισορροπημένο χαλκό σε PCB (一)

Η κατασκευή PCB είναι η διαδικασία κατασκευής ενός φυσικού PCB από ένα σχέδιο PCB σύμφωνα με ένα σύνολο προδιαγραφών. Η κατανόηση των προδιαγραφών σχεδιασμού είναι σημαντική καθώς επηρεάζει την κατασκευαστικότητα, την απόδοση και την απόδοση παραγωγής PCB.

Μία από τις σημαντικές προδιαγραφές σχεδιασμού που πρέπει να ακολουθήσετε είναι το "Balanced Copper" στην κατασκευή PCB. Πρέπει να επιτυγχάνεται σταθερή κάλυψη από χαλκό σε κάθε στρώμα της στοίβαξης PCB για να αποφευχθούν ηλεκτρικά και μηχανικά προβλήματα που μπορεί να εμποδίσουν την απόδοση του κυκλώματος.

Πρώτον, τι σημαίνει χαλκός ισορροπίας PCB;

Ο ισορροπημένος χαλκός είναι μια μέθοδος συμμετρικών ιχνών χαλκού σε κάθε στρώμα της στοίβαξης PCB, η οποία είναι απαραίτητη για την αποφυγή συστροφής, κάμψης ή παραμόρφωσης της σανίδας. Ορισμένοι μηχανικοί διάταξης και κατασκευαστές επιμένουν ότι η αντικατοπτρισμένη στοίβαξη του πάνω μισού του στρώματος είναι εντελώς συμμετρική με το κάτω μισό του PCB.

Δεύτερον, η λειτουργία χαλκού ισορροπίας PCB

1. Δρομολόγηση

Το στρώμα χαλκού είναι χαραγμένο για να σχηματιστούν τα ίχνη και ο χαλκός που χρησιμοποιείται ως ίχνη μεταφέρει τη θερμότητα μαζί με τα σήματα σε όλο τον πίνακα. Αυτό μειώνει τη ζημιά από την ακανόνιστη θέρμανση της πλακέτας που θα μπορούσε να προκαλέσει σπάσιμο των εσωτερικών σιδηροτροχιών.

2. Καλοριφέρ

Ο χαλκός χρησιμοποιείται ως το στρώμα απαγωγής θερμότητας του κυκλώματος παραγωγής ενέργειας, το οποίο αποφεύγει τη χρήση πρόσθετων εξαρτημάτων απαγωγής θερμότητας και μειώνει σημαντικά το κόστος κατασκευής.

3. Αυξήστε το πάχος των αγωγών και των επιφανειακών μαξιλαριών

Ο χαλκός που χρησιμοποιείται ως επιμετάλλωση σε ένα PCB αυξάνει το πάχος των αγωγών και των επιφανειακών προσγειώσεων. Επιπλέον, στιβαρές χάλκινες ενδιάμεσες συνδέσεις επιτυγχάνονται μέσω επιμεταλλωμένων διαμπερών οπών.

4. Μειωμένη αντίσταση γείωσης και πτώση τάσης

Ο χαλκός ισορροπημένος με PCB μειώνει την αντίσταση γείωσης και την πτώση τάσης, μειώνοντας έτσι τον θόρυβο ενώ ταυτόχρονα αυξάνει την απόδοση της τροφοδοσίας.

Τρίτον, αποτέλεσμα χαλκού ισορροπίας PCB

Στην κατασκευή PCB, εάν η κατανομή του χαλκού μεταξύ των στρωμάτων δεν είναι ομοιόμορφη, ενδέχεται να προκύψουν τα ακόλουθα προβλήματα:

1. Λανθασμένη ισορροπία στοίβας

Η εξισορρόπηση μιας στοίβας σημαίνει ότι έχετε συμμετρικά στρώματα στο σχέδιό σας και η ιδέα με αυτόν τον τρόπο είναι να παραιτηθείτε από περιοχές κινδύνου που θα μπορούσαν να παραμορφωθούν κατά τα στάδια συναρμολόγησης στοίβας και πλαστικοποίησης.

Ο καλύτερος τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι να ξεκινήσετε το σχέδιο στοίβας στο κέντρο της σανίδας και να τοποθετήσετε εκεί τα παχιά στρώματα. Συχνά, η στρατηγική του σχεδιαστή PCB είναι να αντικατοπτρίζει το επάνω μισό του stackup με το κάτω μισό.

Συμμετρική υπέρθεση

2. Στρώση PCB

Το πρόβλημα προέρχεται κυρίως από τη χρήση παχύτερου χαλκού (50um ή περισσότερο) σε πυρήνες όπου η επιφάνεια του χαλκού δεν είναι ισορροπημένη, και χειρότερα, δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου χάλκινο γέμισμα στο σχέδιο.

Σε αυτή την περίπτωση, η επιφάνεια του χαλκού πρέπει να συμπληρωθεί με "ψευδείς" περιοχές ή επίπεδα για να αποφευχθεί η διαρροή προεμποτισμού στο σχέδιο και η επακόλουθη αποκόλληση ή βραχυκύκλωμα ενδιάμεσου στρώματος.

Χωρίς αποκόλληση PCB: Το 85 τοις εκατό του χαλκού είναι γεμάτο στα εσωτερικά στρώματα, επομένως η πλήρωση με prepreg είναι επαρκής χωρίς κίνδυνο αποκόλλησης.

Δεν υπάρχει κίνδυνος αποκόλλησης PCB

Υπάρχει κίνδυνος αποκόλλησης των PCB: ο χαλκός είναι γεμάτος μόνο κατά 45 τοις εκατό και το προεμποτισμένο ενδιάμεσο στρώμα είναι ανεπαρκώς γεμάτο και υπάρχει κίνδυνος αποκόλλησης.

3. Το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος είναι ανομοιόμορφο

Η διαχείριση στοίβας επιπέδων πλακέτας είναι ένα βασικό στοιχείο στο σχεδιασμό πλακών υψηλής ταχύτητας. Προκειμένου να διατηρηθεί η συμμετρία της διάταξης, ο ασφαλέστερος τρόπος είναι να εξισορροπηθεί η διηλεκτρική στρώση και το πάχος της διηλεκτρικής στρώσης θα πρέπει να διατάσσεται συμμετρικά όπως τα στρώματα της οροφής.

Αλλά μερικές φορές είναι δύσκολο να επιτευχθεί ομοιομορφία στο πάχος του διηλεκτρικού. Αυτό οφείλεται σε ορισμένους κατασκευαστικούς περιορισμούς. Σε αυτή την περίπτωση, ο σχεδιαστής θα πρέπει να χαλαρώσει την ανοχή και να επιτρέψει ανομοιόμορφο πάχος και κάποιο βαθμό παραμόρφωσης.

συμμετρικό διηλεκτρικό στρώμα

4. Η διατομή της πλακέτας κυκλώματος είναι ανομοιόμορφη

Ένα από τα κοινά προβλήματα μη ισορροπημένης σχεδίασης είναι η ακατάλληλη διατομή της σανίδας. Τα κοιτάσματα χαλκού είναι μεγαλύτερα σε ορισμένα στρώματα από άλλα. Αυτό το πρόβλημα πηγάζει από το γεγονός ότι η συνοχή του χαλκού δεν διατηρείται στα διάφορα στρώματα. Ως αποτέλεσμα, όταν συναρμολογούνται, ορισμένα στρώματα γίνονται πιο παχιά, ενώ άλλα στρώματα με χαμηλή εναπόθεση χαλκού παραμένουν λεπτότερα. Όταν ασκείται πίεση πλευρικά στην πλάκα, αυτή παραμορφώνεται. Για να αποφευχθεί αυτό, η κάλυψη του χαλκού πρέπει να είναι συμμετρική ως προς το κεντρικό στρώμα.

5. Υβριδική (μεικτό υλικό) πλαστικοποίηση

Μερικές φορές τα σχέδια χρησιμοποιούν ανάμεικτα υλικά στα στρώματα της οροφής. Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικούς θερμικούς συντελεστές (CTC). Αυτός ο τύπος υβριδικής δομής αυξάνει τον κίνδυνο παραμόρφωσης κατά τη συναρμολόγηση επαναροής.
Τέταρτον, η επίδραση της ανισορροπίας της κατανομής του χαλκού

Διακυμάνσεις στην εναπόθεση χαλκού μπορεί να προκαλέσουν παραμόρφωση PCB. Μερικές παραμορφώσεις και ελαττώματα αναφέρονται παρακάτω:

1. Warpage

Το Warpage δεν είναι παρά μια παραμόρφωση του σχήματος της σανίδας. Κατά το ψήσιμο και το χειρισμό της σανίδας, το φύλλο χαλκού και το υπόστρωμα θα υποστούν διαφορετική μηχανική διαστολή και συμπίεση. Αυτό οδηγεί σε αποκλίσεις στον συντελεστή διαστολής τους. Στη συνέχεια, οι εσωτερικές τάσεις που αναπτύσσονται στην πλακέτα οδηγούν σε στρέβλωση.

Ανάλογα με την εφαρμογή, το υλικό PCB μπορεί να είναι fiberglass ή οποιοδήποτε άλλο σύνθετο υλικό. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής, οι πλακέτες κυκλωμάτων υποβάλλονται σε πολλαπλές θερμικές επεξεργασίες. Εάν η θερμότητα δεν κατανέμεται ομοιόμορφα και η θερμοκρασία υπερβαίνει τον συντελεστή θερμικής διαστολής (Tg), η πλακέτα θα παραμορφωθεί.

2. Κακή επιμετάλλωση αγώγιμων σχεδίων

Για τη σωστή ρύθμιση της διαδικασίας επιμετάλλωσης, η ισορροπία του χαλκού στο αγώγιμο στρώμα είναι πολύ σημαντική. Εάν ο χαλκός δεν είναι ισορροπημένος στο επάνω και στο κάτω μέρος, ή ακόμα και σε κάθε μεμονωμένη στρώση, μπορεί να προκύψει επικάλυψη και να οδηγήσει σε ίχνη ή υποχάραξη των συνδέσεων. Ειδικότερα, αυτό αφορά διαφορικά ζεύγη με μετρημένες τιμές σύνθετης αντίστασης. Η ρύθμιση της σωστής διαδικασίας επιμετάλλωσης είναι περίπλοκη και μερικές φορές αδύνατη. Επομένως, είναι σημαντικό να συμπληρώσετε την ισορροπία χαλκού με «ψεύτικα» μπαλώματα ή πλήρη χαλκό.

Συμπληρώνεται με ισορροπημένο χαλκό

χωρίς συμπληρωματικό ισοζύγιο χαλκού

3. Αρχ

Εάν η ροή του χαλκού δεν είναι ισορροπημένη, το στρώμα PCB θα εμφανίσει κυλινδρική ή σφαιρική καμπυλότητα. Σε απλή γλώσσα, μπορείτε να πείτε ότι οι τέσσερις γωνίες ενός τραπεζιού είναι σταθερές και η κορυφή του τραπεζιού υψώνεται πάνω από αυτό. Ονομάστηκε τόξο και ήταν αποτέλεσμα τεχνικής βλάβης.

Το τόξο δημιουργεί τάση στην επιφάνεια στην ίδια κατεύθυνση με την καμπύλη. Επίσης, προκαλεί τυχαία ρεύματα να ρέουν μέσα από την πλακέτα.

τόξο

4. Εφέ φιόγκου

1) στρίψιμο

Η παραμόρφωση επηρεάζεται από παράγοντες όπως το υλικό της σανίδας, το πάχος κ.λπ. Η συστροφή συμβαίνει όταν οποιαδήποτε γωνία της σανίδας δεν είναι ευθυγραμμισμένη συμμετρικά με τις άλλες γωνίες. Μια συγκεκριμένη επιφάνεια ανεβαίνει διαγώνια και μετά οι άλλες γωνίες στρίβουν. Πολύ παρόμοιο με όταν ένα μαξιλάρι τραβιέται από τη μια γωνία ενός τραπεζιού ενώ η άλλη γωνία είναι στριμμένη. Ανατρέξτε στο παρακάτω σχήμα.

επίδραση παραμόρφωσης

2) Κενά ρητίνης

Τα κενά ρητίνης είναι απλώς το αποτέλεσμα ακατάλληλης επιμετάλλωσης χαλκού. Κατά τη διάρκεια της τάσης συναρμολόγησης, ασκείται τάση στην πλάκα με ασύμμετρο τρόπο. Δεδομένου ότι η πίεση είναι μια πλευρική δύναμη, οι επιφάνειες με λεπτές εναποθέσεις χαλκού θα αιμορραγούν τη ρητίνη. Αυτό δημιουργεί ένα κενό σε αυτή τη θέση.

3) Μέτρηση Bow and Twist

Σύμφωνα με το IPC{{0}}, η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή για κάμψη και περιστροφή είναι 0,75 τοις εκατό σε πλακέτες με στοιχεία SMT και 1,5 τοις εκατό για άλλες σανίδες. Με βάση αυτό το πρότυπο, μπορούμε επίσης να υπολογίσουμε την κάμψη και τη συστροφή για ένα συγκεκριμένο μέγεθος PCB.

Επίδομα τόξου=μήκος ή πλάτος πλάκας × ποσοστό επιτρεπόμενου τόξου / 100

Η μέτρηση περιστροφής περιλαμβάνει το διαγώνιο μήκος της σανίδας. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η πλάκα περιορίζεται από μία από τις γωνίες και η συστροφή δρα και προς τις δύο κατευθύνσεις, περιλαμβάνεται ο παράγοντας 2.

Μέγιστο επιτρεπόμενο στρίψιμο=2 x μήκος διαγώνιου σανίδας x ποσοστό περιστροφής / 100

Εδώ μπορείτε να δείτε παραδείγματα σανίδων που έχουν μήκος 4" και πλάτος 3" με διαγώνιο 5".

Μέτρηση στρέψης τόξου

Περιθώριο κάμψης σε όλο το μήκος {{0}} x 0,75/100=0,03 ίντσες

Περιθώριο κάμψης σε πλάτος {{0}} x 0,75/100=0,0225 ίντσες

Μέγιστη επιτρεπόμενη παραμόρφωση {{0}} x 5 x 0,75/100=0,075 ίντσες