Bei der PCB-HersTellung handelt es sich um den Prozess des Aufbaus einer physischen PCB aus einem PCB-Design gemäß bestimmten Spezifikationen. Das Verständnis der Designspezifikation ist sehr wichtig, da sie sich auf die HersTellbarkeit, Leistung und Produktionsausbeute der Leiterplatte auswirkt.
Eine der wichtigsten Designspezifikationen, die es zu beachten gilt, ist „Balanced Copper“ bei der LeiterplattenhersTellung. In jeder Schicht des Leiterplattenaufbaus muss eine gleichmäßige Kupferabdeckung erreicht werden, um elektrische und mechanische Probleme zu vermeiden, die die Leistung der Schaltung beeinträchtigen können.
Was bedeutet PCB-Balance-Kupfer?
Symmetrisches Kupfer ist eine Methode für symmetrische Kupferleiterbahnen in jeder Schicht des Leiterplattenaufbaus, die notwendig ist, um ein Verdrehen, Biegen oder Verziehen der Leiterplatte zu vermeiden. Einige Layout-Ingenieure und HersTeller bestehen darauf, dass der gespiegelte Aufbau der oberen Hälfte der Schicht vollständig symmetrisch zur unteren Hälfte der Leiterplatte ist.
PCB-Balance-Kupferfunktion
Routenführung
Die Kupferschicht wird geätzt, um die Leiterbahnen zu bilden, und das als Leiterbahnen verwendete Kupfer transportiert die Wärme zusammen mit den Signalen durch die Platine. Dies reduziert Schäden durch unregelmäßige Erwärmung der Platine, die zum Bruch der inneren Schienen führen könnten.
Kühler
Kupfer wird als Wärmeableitungsschicht des Stromerzeugungskreises verwendet, wodurch der Einsatz zusätzlicher Wärmeableitungskomponenten vermieden und die HersTellungskosten erheblich gesenkt werden.
Erhöhen Sie die Dicke der Leiter und Oberflächenpads
Kupfer, das als Beschichtung auf einer Leiterplatte verwendet wird, erhöht die Dicke von Leitern und Oberflächenpads. Darüber hinaus werden robuste Kupferverbindungen zwischen den Schichten durch plattierte Durchgangslöcher erreicht.
Reduzierte Erdimpedanz und SpannungsabfAlle
PCB-symmetrisches Kupfer reduziert die Erdimpedanz und den SpannungsabfAlle, reduziert dadurch das Rauschen und kann gleichzeitig die Effizienz der Stromversorgung verbessern.
PCB-Balance-Kupfereffekt
Wenn bei der LeiterplattenhersTellung die Kupferverteilung zwischen den Stapeln nicht gleichmäßig ist, können die folgenden Probleme auftreten:
Falsche Stapelbalance
Um einen Stapel auszubalancieren, müssen Sie symmetrische Schichten in Ihrem Design verwenden. Dabei geht es darum, Risikobereiche zu vermeiden, die sich während der Stapelmontage und der Laminierungsphase verformen könnten.
Der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, mit der Konstruktion des Stapelhauses in der Mitte des Bretts zu beginnen und dort die dicken Schichten zu platzieren. Oftmals besteht die Strategie des PCB-Designers darin, die obere Hälfte des Aufbaus mit der unteren Hälfte zu spiegeln.
Symmetrische Überlagerung
PCB-Schichtung
Das Problem entsteht hauptsächlich durch die Verwendung von dickerem Kupfer (50 µm oder mehr) auf Kernen, deren Kupferoberfläche unausgeglichen ist, und schlimmer noch, es gibt fast keine Kupferfüllung im Muster.
In diesem FAlle muss die Kupferoberfläche mit „falschen“ Bereichen oder Ebenen ergänzt werden, um ein Verschütten von Prepreg in das Muster und eine anschließende Delaminierung oder einen Kurzschluss zwischen den Schichten zu verhindern.
Keine Delaminierung der Leiterplatte: 85 % des Kupfers sind in der Innenschicht gefüllt, daher reicht die Füllung mit Prepreg aus, es besteht keine Gefahr einer Delaminierung.
Kein Risiko einer PCB-Delamination
Es besteht die Gefahr einer Delaminierung der Leiterplatte: Kupfer ist nur zu 45 % gefüllt, das Zwischenschicht-Prepreg ist unzureichend gefüllt und es besteht die Gefahr einer Delaminierung.
Die Dicke der dielektrischen Schicht ist ungleichmäßig
Die Stapelverwaltung der Platinenschichten ist ein Schlüsselelement beim Entwurf von Hochgeschwindigkeitsplatinen. Um die Symmetrie des Grundrisses aufrechtzuerhalten, ist es am sichersten, die dielektrische Schicht auszubalancieren, und die Dicke der dielektrischen Schicht sollte symmetrisch wie die Dachschichten angeordnet sein.
Alleerdings ist es manchmal schwierig, eine gleichmäßige Dicke des Dielektrikums zu erreichen. Dies ist auf einige HersTellungsbeschränkungen zurückzuführen. In diesem FAlle muss der Konstrukteur die Toleranz lockern und ungleichmäßige Dicke und einen gewissen Grad an Verzug berücksichtigen.
Der Querschnitt der Leiterplatte ist uneben
Eines der häufigsten unausgewogenen Designprobleme ist der falsche Platinenquerschnitt. In einigen Schichten sind die Kupfervorkommen größer als in anderen. Dieses Problem ist darauf zurückzuführen, dass die Konsistenz des Kupfers über die verschiedenen Schichten hinweg nicht erhalten bleibt. Dadurch werden einige Schichten beim Zusammenbau dicker, während andere Schichten mit geringer Kupferablagerung dünner bleiben. Wenn seitlich Druck auf die Platte ausgeübt wird, verformt sie sich. Um dies zu vermeiden, muss die Kupferabdeckung symmetrisch zur MitTelschicht sein.
Hybrid-Laminierung (Mischmaterial).
Manchmal werden in den Dachschichten gemischte Materialien verwendet. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Wärmekoeffizienten (CTC). Diese Art von Hybridstruktur erhöht das Risiko eines Verzugs bei der Reflow-Montage.
Der Einfluss einer unausgeglichenen Kupferverteilung
Schwankungen in der Kupferabscheidung können zu einer Verformung der Leiterplatte führen. Einige Verwerfungen und Mängel sind unten aufgeführt:
Verzug
Verzug ist nichts anderes als eine Verformung der Brettform. Während des Backens und der Handhabung der Platine unterliegen die Kupferfolie und das Substrat unterschiedlicher mechanischer Ausdehnung und Kompression. Dies führt zu Abweichungen in ihrem Ausdehnungskoeffizienten. Anschließend entstehen auf der Platine innere Spannungen, die zu Verwerfungen führen.
Je nach Anwendung kann das PCB-Material Glasfaser oder ein anderes Verbundmaterial sein. Während des HersTellungsprozesses werden Leiterplatten mehreren Wärmebehandlungen unterzogen. Wenn die Wärme nicht gleichmäßig verteilt wird und die Temperatur den Wärmeausdehnungskoeffizienten (Tg) überschreitet, verzieht sich die Platte.
Schlechte Galvanisierung des Leitermusters
Um den Galvanisierungsprozess richtig einzurichten, ist das Gleichgewicht des Kupfers auf der leitenden Schicht sehr wichtig. Wenn das Kupfer auf der Ober- und Unterseite oder sogar in jeder einzelnen Schicht nicht ausgeglichen ist, kann es zu Überplattierungen kommen, die zu Spuren oder Unterätzungen von Verbindungen führen. Dies betrifft insbesondere Differenzpaare mit gemessenen Impedanzwerten. Die Einrichtung des richtigen Beschichtungsprozesses ist komplex und manchmal unmöglich. Daher ist es wichtig, den Kupferhaushalt durch „falsche“ Pflaster oder Vollkupfer zu ergänzen.
Ergänzt mit ausgewogenem Kupfer
Kein zusätzliches Balance-Kupfer
Wenn die Biegung unausgeglichen ist, weist die Leiterplattenschicht eine zylindrische oder sphärische Krümmung auf
Vereinfacht ausgedrückt kann man sagen, dass die vier Ecken eines Tisches feststehen und die Tischplatte darüber hinausragt. Es hieß Bogen und war das Ergebnis einer technischen Panne
Der Bogen erzeugt Spannung auf der Oberfläche in der gleichen Richtung wie die Kurve. Außerdem führt es dazu, dass zufällige Ströme durch die Platine fließen.
Bogen
Bogeneffekt
1. Die Verdrehung wird durch Faktoren wie das Material und die Dicke der Leiterplatte beeinflusst. Eine Verdrehung tritt auf, wenn eine Ecke des Bretts nicht symmetrisch zu den anderen Ecken ausgerichtet ist. Eine bestimmte Fläche steigt diagonal an und die anderen Ecken verdrehen sich. Sehr ähnlich, wenn ein Kissen aus einer Ecke eines Tisches gezogen wird, während die andere Ecke gedreht wird. Bitte beachten Sie die Abbildung unten.
Verzerrungseffekt
1. Harzhohlräume sind einfach die Folge einer unsachgemäßen Verkupferung. Bei der Montagebelastung wird die Platte asymmetrisch beansprucht. Da es sich bei Druck um eine seitliche Kraft handelt, kommt es bei Oberflächen mit dünnen Kupferablagerungen zum Ausbluten von Harz. Dadurch entsteht an dieser STelle eine Lücke.
2. Messung von Biegung und Verdrehung Gemäß IPC-6012 beträgt der maximal zulässige Wert für Biegung und Verdrehung 0,75 % bei Platinen mit SMT-Komponenten und 1,5 % bei anderen Platinen. Basierend auf dieser Norm können wir auch die Biegung und Verdrehung für eine bestimmte Leiterplattengröße berechnen.
Bogenzugabe = Plattenlänge oder -breite × Prozentsatz der Bogenzugabe / 100
Bei der Verdrehungsmessung handelt es sich um die diagonale Länge des Bretts. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Platte durch eine der Ecken eingeschränkt wird und die Verdrehung in beide Richtungen wirkt, wird Faktor 2 berücksichtigt.
Maximal zulässige Verdrehung = 2 x BrettdiagonAlleänge x Verdrehungszugabeprozentsatz / 100
Hier sehen Sie Beispiele für Bretter mit einer Länge von 4 Zoll und einer Breite von 3 Zoll und einer Diagonale von 5 Zoll.
Biegezugabe über die gesamte Länge = 4 x 0,75/100 = 0,03 Zoll
Biegezugabe in der Breite = 3 x 0,75/100 = 0,0225 Zoll
Maximal zulässige Verzerrung = 2 x 5 x 0,75/100 = 0,075 Zoll
