Recubrimiento de Cobre en Tu PCB

Nadie quiere comprar un nuevo dispositivo electrónico, solo para que falle una semana después. He tenido el mismo monitor de pantalla plana durante más de cinco años, y probablemente es el dispositivo electrónico más resistente que he tenido. Si te gustan los diseños confiables, entonces probablemente prestas atención a los estándares de la industria diseñados para mejorar la vida útil del dispositivo.

El recubrimiento de vías en un PCB debería ser lo suficientemente confiable como para resistir choques y ciclos térmicos. Aquí es donde los procesos de recubrimiento se vuelven críticos, y los nuevos requisitos de recubrimiento IPC 6012E especifican técnicas de recubrimiento que están diseñadas para mejorar la fiabilidad de las estructuras via-in-pad.

Estructuras de Recubrimiento de Cobre

Las estructuras via-in-pad rellenas requieren que los agujeros de vía sean recubiertos de cobre para enrutar señales entre capas en un PCB multicapa. Este recubrimiento se conecta a otros pads en estructuras via-in-pad, así como directamente a una pista usando un pequeño anillo anular. Estas estructuras son indispensables, pero se sabe que tienen algunos problemas de fiabilidad bajo ciclos térmicos repetidos.

Las normas IPC 6012E recientemente añadieron un requisito de recubrimiento de cobre envolvente para estructuras de vía-en-pad. El recubrimiento de cobre lleno debe continuar alrededor del borde del agujero de la vía y extenderse sobre el anillo anular que rodea el pad de la vía. Este requisito mejora la fiabilidad del recubrimiento de la vía y tiene el potencial de reducir fallos debido a grietas, o debido a la separación entre características superficiales y el agujero de la vía recubierto.

Las estructuras de recubrimiento de cobre lleno aparecen en dos variedades. Primero, se puede aplicar una película continua de cobre en el interior de una vía, que luego se envuelve sobre las capas superior e inferior en los extremos de la vía. Este recubrimiento de cobre envolvente forma entonces el pad de la vía y la pista que conduce a la vía, creando una estructura de cobre continua.

Alternativamente, la vía puede tener su propio pad separado formado alrededor de los extremos de la vía. Esta capa de pad separada se conecta a pistas o planos de masa. El recubrimiento de cobre que llena la vía luego se envuelve sobre la parte superior de este pad externo, formando una unión a tope entre el recubrimiento de cobre lleno y el pad de la vía. Ocurre cierta unión entre el recubrimiento de llenado y el pad de la vía, pero los dos no se fusionan juntos y no forman una estructura continua única.

Perforación de agujeros de vía en un PCB

Fiabilidad bajo ciclos térmicos

A medida que una PCB es sometida a ciclos térmicos con el tiempo, la expansión volumétrica crea estrés compresivo o tensil en el recubrimiento de cobre de la vía, el material de relleno de la vía y las interfaces del laminado. La cantidad de estrés depende de varios factores, incluyendo el gradiente de temperatura entre la placa y el ambiente, los coeficientes de expansión térmica para cada material involucrado y el número de capas en la placa.

Los coeficientes de expansión térmica incompatibles para los materiales de la placa son una causa de estrés significativo en el recubrimiento de cobre de la vía. Esto puede causar que el recubrimiento en el barril de la vía se agriete y se separe de la unión a tope. El recubrimiento continuo de cobre de la vía también puede agrietarse en el ángulo recto al final de la vía.

Una vez que el interior de la vía se separa de la unión a tope, o si la vía se agrieta en el borde del recubrimiento de cobre, ocurre una falla de circuito abierto en la vía. Ocurrirán más fallas a medida que la placa se flexiona durante los ciclos térmicos repetidos. Las vías que terminan más cerca de la capa más externa en la placa son mucho más propensas a fracturarse bajo ciclos térmicos, ya que la placa naturalmente se flexionará en mayor medida en estas capas.

A pesar del potencial de fallo en estas estructuras, el recubrimiento de cobre envolvente sigue siendo más fiable que las vías que no utilizan recubrimiento de cobre envolvente. Esta capa extra de cobre envolvente proporciona una integridad estructural adicional al recubrimiento en la pared de la vía, así como aumenta el área de contacto entre el recubrimiento de la vía y el anillo anular.

La visibilidad y estabilidad del cobre en tu placa es valiosa.

La integridad estructural puede aumentarse aún más añadiendo un recubrimiento de botón sobre el recubrimiento envolvente. Algunos fabricantes hacen esto por principio. El recubrimiento de botón también se envolverá sobre los bordes superior e inferior de la vía, al igual que el recubrimiento envolvente. Luego se elimina el resistente al recubrimiento, la vía se llena con un epoxi, y la superficie finalmente se planariza, dejando una superficie lisa. Esto es, posiblemente, la mejor manera de maximizar la fiabilidad mientras se cumplen aún los estándares IPC 6012E.

El recubrimiento conforme a IPC 6012E también puede aplicarse fácilmente a vías enterradas, siempre y cuando las vías enterradas estén segmentadas en pilas de capas separadas. Las pilas de capas internas pueden ser recubiertas con envoltura de cobre, justo como en el caso de una vía pasante. Estas vías en capas interiores pueden ser recubiertas justo como se haría con una vía pasante. Cada pila segmentada es recubierta, el apilamiento final puede ser organizado usando un prepreg.

Moviendo un Diseño a Fabricación y Manufactura

Al enviar su placa de circuito para fabricación y manufactura, querrá asegurarse de tener el software disponible para transmitir con precisión su placa de circuito e información de partes. Su proceso de diseño no debería interrumpirse por tener que buscar nuevamente un proveedor o encontrar un nuevo fabricante que pueda trabajar con sus instrucciones exactas.

Usar una buena lista de materiales puede permitirle tener instrucciones claras de partes para sus socios y proveedores. Tener un software de diseño que se empareje con archivos de salida de manufactura y lista de materiales puede hacer que su diseño avance hacia la fabricación con facilidad y precisión.

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