¿Qué es el "Thieving" en PCBs y por qué se realiza?

En nuestros cursos de diseño de alta velocidad, pasamos muestras de PCBs para que los estudiantes puedan ver la representación física de los conceptos que describimos en clase. Una pregunta que frecuentemente nos hacen se relaciona con el robo de cobre y los beneficios que ofrece. Este artículo describe el robo de cobre (a veces llamado thieving), a qué secciones de la placa se aplica; en qué punto de la fabricación se realiza, cómo se relaciona con las operaciones de chapado; quién es responsable de añadir el robo de cobre al arte de la capa exterior y sus desventajas y beneficios.

Descripciones y Representaciones

Las preguntas que surgen en relación con el robo de cobre incluyen:

• ¿Qué es el robo de cobre?
• ¿Por qué se añade a las capas exteriores?
• ¿Por qué varían en tamaño los puntos de robo?
• ¿Quién es responsable de colocar los puntos en el arte de la capa exterior del PCB?

Las respuestas a estas preguntas se proporcionan en el siguiente comentario. Primero, el "thieving" es la adición de almohadillas "falsas" a lo largo de la superficie que se platean junto con las características diseñadas en las capas exteriores. El propósito del proceso es proporcionar una distribución uniforme de cobre a través de las capas exteriores para hacer que la corriente de plateado y el plateado en los agujeros sean más uniformes. Estas almohadillas falsas se conectan entre sí junto con todas las otras características que serán plateadas por el cobre de la capa exterior laminado sobre el apilado del PCB. Después del plateado, el cobre entre las almohadillas falsas se elimina por grabado, dejándolas aisladas unas de otras junto con otras características en las capas superficiales.

Las figuras 1 y 2 muestran dos ejemplos de robo de cobre. Como se puede ver en la Figura 1, hay puntos redondos alrededor de un BGA. Aquí, se debe realizar el robo para hacer que el cobre tenga la misma altura en toda la placa y el componente. La Figura 2 muestra el robo alrededor de un conector de ajuste a presión. Esto asegura que el plateado en los agujeros sea uniforme en grosor.

Para comprender mejor el robo de cobre en PCB, es útil revisar las operaciones de chapado como se describe a continuación. Nota: El robo no es necesario en las capas internas ya que solo están expuestas al grabado y no requieren chapado.

Operaciones de Chapado

Chapado de Capa Externa

El chapado de la capa externa se realiza para depositar cobre en los vias y los orificios de los componentes para que se formen conexiones de un lado del PCB al otro. También se hace para realizar las conexiones a señales y planos en capas internas. Las dos capas externas de un PCB se mantienen como cobre sólido hasta que los procesos de perforación y chapado se han completado para proporcionar un camino para la corriente de chapado necesaria para platear el cobre en los orificios.

Chapado de Panel

En los primeros días de la fabricación de PCB, todo el panel en el que se formaba un PCB se sumergía en el baño de chapado después de que se habían perforado los orificios y se limpiaban las rebabas y los escombros. Esto se conoce como chapado de panel. El desafío con el chapado de panel es que el cobre se platea por toda la superficie incluso en aquellas áreas donde no se colocarán trazas o almohadillas después del proceso de grabado. Esto resulta en dos problemas:

• El grabado del cobre no deseado debe atravesar el cobre depositado en la superficie exterior así como el cobre original en la capa exterior. Esto requiere el uso de más químicos y también toma más tiempo.
• A medida que el grabado avanza a través del cobre, también graba lateralmente, lo que resulta en un control menos preciso del ancho de las pistas. Esto llevó al proceso de chapado por patrón descrito a continuación.

Chapado por Patrón

El chapado por patrón es un proceso donde el cobre se deposita únicamente en aquellas características que permanecerán después de que las capas exteriores sean finalmente grabadas. Por lo general, las características incluidas son todos los agujeros pasantes metalizados, las pistas y las almohadillas de montaje de componentes. Este proceso se logra aplicando un resistente al chapado en las dos capas exteriores después de que se ha completado el taladrado. Este resistente al chapado es fotosensible y se expone a una luz que solidifica el resistente en áreas que no deben ser chapadas. Este resistente no expuesto se lava, y las áreas que deben ser chapadas quedan expuestas. El chapado es el siguiente paso que tiene lugar.

El problema con el chapado por patrón es que si las características en las capas exteriores no están distribuidas uniformemente a través de la superficie, las corrientes de chapado tampoco se distribuirán de manera uniforme y algunas características, como vías y agujeros de conectores, se chaparán menos intensamente o de manera menos uniforme que otras que están más separadas. Cuando se necesita un chapado muy uniforme, como en los agujeros de un conector de ajuste a presión, como se muestra en la Figura 2, se debe hacer algo para distribuir la corriente de chapado de manera uniforme en toda la superficie. Aquí es donde entra en juego el robo de cobre.

¿Quién añade Robo de Cobre al Arte de la Capa Exterior y por qué los Puntos Varían en Forma y Tamaño?

Cada fabricante tiene algoritmos que examinan la distribución de cobre en el arte proporcionado por el cliente. El personal de ingeniería de fabricación en el fabricante determinará cuánto cobre debe añadirse para lograr un chapado uniforme. Este cobre extra se añade en forma de puntos o cuadrados. Como se puede ver en las figuras incluidas con este artículo, cada fabricante tiene una forma y tamaño diferentes para las características de robo de cobre en PCB.

Una Advertencia Sobre el Robo de Cobre

Si hay pistas en las capas justo debajo de donde se ha añadido el robo de cobre, la impedancia de estas pistas puede verse afectada negativamente si el robo se aplica sobre ellas. Para asegurar que esto no ocurra, se debe añadir una nota al dibujo de fabricación instruyendo si se permite el robo de cobre y dónde está permitido. La siguiente es una forma de especificar esto en un dibujo de fabricación:

• “Se permite el robo de cobre en las capas exteriores para asegurar un chapado uniforme. El robo de cobre no debe estar a menos de 0.100” (2.5 mm) de cualquier otra característica de cobre en las capas exteriores. No debe estar dentro de 0.100” (2.5 mm) de las pistas en la primera capa de señal enterrada debajo de las capas exteriores. El patrón de robo de cobre será a discreción del proveedor y no consistirá en cobre sólido.”

Las Consecuencias de no Añadir Robo de Cobre a las Capas Exteriores

Si no se ha añadido robo de cobre a la capa exterior de PCBs que tienen una distribución desigual de características a ser chapadas como pistas de impedancia controlada, agujeros para conectores de ajuste a presión y almohadillas de montaje de componentes, las características que están aisladas se chaparán con mucho más cobre que aquellas que están densamente empaquetadas.

El parámetro de control para el chapado de las capas exteriores de un PCB es asegurar que haya suficiente cobre depositado en los vías y los orificios de montaje de componentes para garantizar conexiones robustas. En la mayoría de los casos, los orificios más críticos son aquellos que recibirán los pines de ajuste a presión de los conectores. El control sobre estos suele ser de +/- 2 mils o 0,05 mm. Los chapadores permitirán que el chapado continúe hasta que esta especificación se haya cumplido. Sin el uso de robo de corriente, la mayoría de las otras características se chaparán con cantidades excesivas de cobre de tal manera que el tamaño del orificio terminado sea demasiado pequeño o la impedancia de la traza se vea afectada.

Resumen

El robo de corriente es un método utilizado por los fabricantes para asegurar que haya un chapado uniforme de cobre en los orificios perforados a través de un PCB. Para lograr esto, la corriente de chapado debe distribuirse uniformemente sobre las superficies de la capa exterior del PCB. El robo de corriente asegura que el cobre se dispersará de manera uniforme cuando la distribución de los orificios que van a ser chapados no sea uniforme.

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