Какова функция меди в печатных платах?
Чтобы понять, какова функция меди в печатных платах (PCB), давайте проясним следующее:
Печатные платы состоят из множества слоев и компонентов, включая схемы, символы, металлические слои и другие материалы. Схемы являются соединяющими компонентами PCB, потому что без схем не происходит движение заряда, поэтому можно сказать, что схемы действуют как кровеносные сосуды в костях PCB, и без схем ни одна PCB не сможет функционировать должным образом. Без PCB не существует понятия электронных устройств. В наше время каждое устройство использует PCB. По сравнению с другими компонентами, PCB больше всего зависят от меди, потому что медь помогает формировать линии. Причина использования меди заключается в её проводимости. Проводимость меди обеспечивает непрерывную скорость передачи сигналов в электронных устройствах. Причина высокой проводимости меди заключается в том, что у неё есть всего один электрон на внешнем слое. Этот электрон может легко перемещаться от одного атома к другому без сопротивления. Поэтому медь может проводить заряд, не теряя сигнала.
Для создания непрерывной металлической фольги используется медь, которая является отрицательным электролитом, на первом слое PCB. Из-за низкого уровня кислорода на поверхности медь можно легко использовать в различных типах подложек, металлов и изоляционных слоев. Медь используется с защитным слоем после травления для формирования различных схем, потому что она легко связывается с изоляционным слоем PCB. Медная фольга может обеспечивать лучшую непрерывность электромагнитного экранирования, поэтому она размещается на поверхности подложки.
Некоторые вещи, которые вам нужно знать о «сбалансированной меди» в PCB. Производство PCB — это процесс создания физической печатной платы на основе её дизайна в соответствии с набором спецификаций. Понимание спецификаций дизайна очень важно, так как это влияет на возможность производства, производительность и выход продукции PCB. Одной из важных спецификаций дизайна является «сбалансированная медь» в производстве PCB. Необходимо обеспечить равномерное покрытие меди на каждом слое стеклопакета PCB, чтобы избежать электрических и механических проблем, которые могут препятствовать работе схемы.
Что означает сбалансированная медь в PCB?
Сбалансированная медь — это метод симметричных медных дорожек на каждом слое стеклопакета PCB, что необходимо для предотвращения скручивания, изгиба или деформации платы. Некоторые инженеры по компоновке и производители настаивают на том, чтобы зеркальное стеклопакетирование верхней половины слоя было полностью симметрично нижней половине PCB.
Функции сбалансированной меди:
Маршрутизация: Медный слой травится для формирования дорожек, и медь, используемая в качестве дорожек, передает тепло вместе с сигналом по всей плате. Это снижает ущерб от неравномерного нагрева платы, который может привести к разрушению внутренних дорожек.
В качестве радиатора: Медь используется в качестве слоя теплоотвода для цепи генерации энергии, что позволяет избежать использования дополнительных компонентов для теплоотвода и значительно снижает затраты на производство.
Увеличение толщины проводников и контактных площадок: Медь, используемая в качестве покрытия на PCB, увеличивает толщину проводников и контактных площадок. Кроме того, сквозные отверстия с гальваническим покрытием обеспечивают прочное медное соединение между слоями.
Снижение импеданса земляной линии и падения напряжения: Сбалансированная медь в PCB снижает импеданс земляной линии и падение напряжения, уменьшая таким образом шум, одновременно повышая эффективность энергоснабжения.
Какие проблемы возникают из-за неравномерного распределения меди в слоях стеклопакета PCB?
В производстве PCB, если распределение меди между слоями стеклопакета неравномерное, могут возникнуть следующие проблемы:
- Неправильный баланс стеклопакета
Сбалансированный стеклопакет означает наличие симметричных слоев в вашем дизайне, идея заключается в том, чтобы избежать рискованных областей, которые могут деформироваться во время сборки стеклопакета и этапов ламинирования. Лучший подход — начать проектирование стеклопакета с центра платы и разместить там толстые слои. Часто стратегия среди разработчиков PCB заключается в зеркальном отображении верхней половины стеклопакета с нижней половиной.
- Плата PCB будет расслаиваться
Проблема возникает в основном из-за использования более толстой меди (50 мкм и более) на сердцевине, где поверхность меди не сбалансирована, и что хуже всего, почти нет заполнения медью в узоре. В этом случае поверхность меди нужно дополнить «фиктивными» областями или плоскостями, чтобы предотвратить вытекание препрега в узор и последующее расслоение или короткие замыкания между слоями.
Нет расслоения PCB: 85% меди заполнено во внутренних слоях, поэтому заполнение препрега достаточно и нет риска расслоения.
Риск расслоения PCB: Заполнение медью составляет всего 45%, и препрег между слоями недостаточен, поэтому существует риск расслоения.
- Неравномерная толщина диэлектрического слоя
Управление стеклопакетом слоев — это ключевой элемент в разработке плат для высокоскоростных устройств. Чтобы поддерживать симметрию компоновки, наиболее безопасной практикой является балансировка диэлектрических слоев, и толщина диэлектрического слоя должна быть организована симметрично.
- Неравномерное поперечное сечение платы
Одна из распространенных проблем несбалансированного дизайна — неправильное поперечное сечение платы. В некоторых слоях меди осаждается больше, чем в других. Эта проблема возникает из-за того, что не соблюдается равномерность меди на разных слоях. В результате, при сборке некоторые слои становятся толще, в то время как другие слои с низким осаждением меди остаются тоньше. Когда на плату оказывается боковое давление, она деформируется. Чтобы избежать этого, покрытие медью должно быть симметричным относительно центрального слоя.
- Гибридная (смешанная) ламинация
Иногда в дизайне используются смешанные материалы в верхнем слое. Разные материалы имеют разные термические коэффициенты (CTC). Этот тип смешанной структуры увеличивает риск деформации во время пайки оплавлением.
Влияние вариаций осаждения меди
Вариации осаждения меди могут вызвать деформацию платы PCB. Некоторые из деформаций и дефектов описаны ниже:
- Деформация: Деформация — это не что иное, как изменение формы платы.
Во время выпекания и обработки платы медная фольга и подложка проходят различные механические расширения и сжатия. Это вызывает отклонения в их коэффициентах расширения. Впоследствии внутренние напряжения, возникающие в плате, вызывают деформацию. В зависимости от применения материалом PCB может быть стекловолокно или любой другой композитный материал. Во время производственного процесса плата проходит несколько термообработок. Если тепло распределяется неравномерно и температура превышает коэффициент теплового расширения (Tg), плата деформируется.
- Плохое гальваническое покрытие проводящих узоров
Для правильной настройки процесса гальванического покрытия очень важно соблюдение баланса меди в проводящем слое. Если медь не сбалансирована сверху и снизу, или даже в каждом отдельном слое, происходит чрезмерное покрытие и возникает соединение дорожек или недостаточное травление. Особенно это касается дифференциальных пар с измеренными значениями импеданса. Настройка правильного процесса гальванического покрытия сложна и иногда невозможна. Поэтому важно дополнить баланс меди «фиктивными» участками или сплошной медью.
- Изгиб
Если заливка медью не сбалансирована, слой PCB будет иметь цилиндрическую или сферическую кривизну. Простыми словами, можно сказать, что четыре угла стола закреплены, а верхняя часть стола поднимается вверх. Это называется изгибом и является результатом технического сбоя. Изгиб создает напряжение на поверхности в том же направлении, что и изгиб. Кроме того, это вызывает случайный ток по плате.
Спецификации дизайна сбалансированной меди в PCB
Таким образом, должны соблюдаться следующие спецификации дизайна сбалансированной меди в PCB:
При проектировании стеклопакета рекомендуется установить центральный слой с максимальной толщиной меди и дальше сбалансировать оставшиеся слои, чтобы они соответствовали зеркальному отображению противоположных слоев. Эта рекомендация важна для предотвращения эффекта «картофельных чипсов», обсужденного ранее.
Там, где на PCB есть широкие медные области, разумно спроектировать их как решетку, а не сплошной слой, чтобы избежать несоответствия плотности меди в этом слое. Это в значительной степени предотвращает проблемы изгиба и скручивания.
В стеклопакете слои питания должны размещаться симметрично, и вес меди, используемой в каждом слое питания, должен быть одинаковым.
Баланс меди необходим не только в слоях сигналов или питания, но и в ядре и препреговых слоях PCB. Обеспечение равномерного соотношения меди в этих слоях — хороший способ поддержания общего баланса меди в PCB.
Если в конкретном слое имеются избыточные медные области, симметричный противоположный слой должен быть заполнен мелкими медными решетками для балансировки. Эти мелкие медные решетки не будут подключены ни к какой сети и не будут мешать работе. Но необходимо убедиться, что эта техника балансировки меди не повлияет на целостность сигнала или импеданс платы.
Медь в PCB обеспечивает проводимость сигнала, рассеивание тепла и структурную целостность. Сбалансированный дизайн меди предотвращает такие проблемы, как деформация, расслоение, неравномерные диэлектрические слои и неправильное гальваническое покрытие. Чтобы предотвратить дефекты, симметричное распределение меди необходимо на всех слоях PCB, включая слои питания, сигналов и ядра.
