Placage de cuivre enveloppant dans votre PCB

Personne ne souhaite acheter un nouvel appareil électronique pour le voir tomber en panne une semaine plus tard. J'ai le même écran plat depuis plus de cinq ans, et c'est probablement l'appareil électronique le plus résistant que j'ai jamais possédé. Si vous aimez les conceptions fiables, alors vous prêtez probablement attention aux normes de l'industrie conçues pour améliorer la durée de vie des appareils.

Le placage des vias dans un PCB devrait être suffisamment fiable pour pouvoir résister aux chocs et aux cycles thermiques. C'est là que les processus de placage deviennent critiques, et les nouvelles exigences de placage IPC 6012E spécifient des techniques de placage conçues pour améliorer la fiabilité des structures via-in-pad.

Structures de Placage en Cuivre

Les structures via-in-pad remplies exigent que les trous de via soient plaqués en cuivre afin de router les signaux entre les couches dans un PCB multicouche. Ce placage se connecte à d'autres pads dans les structures via-in-pad, ainsi que directement à une piste à l'aide d'un petit anneau annulaire. Ces structures sont indispensables, mais elles sont connues pour avoir certains problèmes de fiabilité sous des cycles thermiques répétés.

Les normes IPC 6012E ont récemment ajouté une exigence de placage de cuivre enveloppant pour les structures via-in-pad. Le placage de cuivre rempli doit continuer autour du bord du trou de via et s'étendre sur l'anneau annulaire entourant le pad de via. Cette exigence améliore la fiabilité du placage de via et a le potentiel de réduire les défaillances dues à des fissures, ou à la séparation entre les caractéristiques de surface et le trou de via plaqué.

Les structures de cuivre enveloppant rempli apparaissent sous deux variétés. Premièrement, un film de cuivre continu peut être appliqué à l'intérieur d'un via, qui enveloppe ensuite les couches supérieure et inférieure aux extrémités du via. Ce placage de cuivre enveloppant forme alors le pad de via et la trace menant au via, créant une structure de cuivre continue.

Alternativement, le via peut avoir son propre pad séparé formé autour des extrémités du via. Cette couche de pad séparée se connecte aux traces ou aux plans de masse. Le placage de cuivre qui remplit le via enveloppe ensuite le dessus de ce pad externe, formant un joint bout à bout entre le placage de cuivre de remplissage et le pad de via. Une certaine liaison se produit entre le placage de remplissage et le pad de via, mais les deux ne fusionnent pas ensemble et ne forment pas une structure continue unique.

Forage de trous de via dans un PCB

Fiabilité sous cyclage thermique

Lorsqu'un PCB est soumis à des cycles thermiques au fil du temps, l'expansion volumétrique crée une contrainte de compression ou de traction sur le placage en cuivre, le matériau de remplissage des vias et les interfaces du stratifié. La quantité de contrainte dépend de plusieurs facteurs, y compris le gradient de température entre la carte et l'environnement, les coefficients d'expansion thermique de chaque matériau impliqué, et le nombre de couches dans la carte.

Des coefficients d'expansion thermique incompatibles pour les matériaux de la carte sont une cause de contrainte significative sur le placage en cuivre. Cela peut provoquer la fissuration du placage dans le barillet du via et sa séparation de la jonction bout à bout. Le placage en cuivre continu peut également se fissurer à angle droit à l'extrémité du via.

Une fois l'intérieur du via séparé de la jonction bout à bout, ou si le via se fissure au bord du placage, une défaillance de circuit ouvert se produit dans le via. Plus de défaillances se produiront à mesure que la carte se flexe lors de cycles thermiques répétés. Les vias qui se terminent plus près de la couche la plus externe de la carte sont beaucoup plus susceptibles de se fracturer sous l'effet du cyclage thermique, car la carte va naturellement se flexer davantage dans ces couches.

Malgré le potentiel de défaillance dans ces structures, le placage par enroulement de cuivre est toujours plus fiable que les vias qui n'utilisent pas de placage par enroulement de cuivre. Cette couche supplémentaire de cuivre enroulé offre une intégrité structurelle supplémentaire au placage dans la paroi du via, ainsi qu'une augmentation de la zone de contact entre le placage du via et l'anneau annulaire.

La visibilité et la stabilité du cuivre sur votre carte sont précieuses.

L'intégrité structurelle peut être encore augmentée en ajoutant un placage bouton sur le dessus du placage par enroulement. Certains fabricants font cela par principe. Le placage bouton enveloppera également les bords supérieur et inférieur du via, tout comme le placage par enroulement. Le résist de placage est ensuite retiré, le via est rempli d'un époxy, et la surface est finalement planarisée, laissant une surface lisse. C'est sans doute la meilleure façon de maximiser la fiabilité tout en respectant les normes IPC 6012E.

Le placage conforme à IPC 6012E peut également être facilement appliqué aux vias enterrés, tant que ces vias sont segmentés en piles de couches séparées. Les piles de couches internes peuvent être plaquées avec un enrobage de cuivre, tout comme dans le cas d'un via traversant. Ces vias sur les couches intérieures peuvent être plaqués de la même manière que l'on ferait avec un via traversant. Chaque pile segmentée est plaquée, la pile finale peut être arrangée en utilisant un pré-imprégné.

Déplacer un Design vers la Fabrication et la Production

Lorsque vous envoyez votre carte de circuit pour la fabrication et la production, vous voudrez vous assurer que vous disposez du logiciel nécessaire pour transmettre avec précision les informations de votre carte de circuit et de ses composants. Votre processus de conception ne devrait pas être interrompu par la nécessité de trouver un nouveau fournisseur ou un nouveau fabricant capable de travailler selon vos instructions exactes.

Utiliser un bon bill of materials peut vous permettre d'avoir des instructions claires pour vos partenaires et fournisseurs. Avoir un logiciel de conception qui s'associe aux fichiers de sortie de fabrication et au bill of materials peut faciliter le passage de votre conception à la fabrication avec aisance et précision.

Un excellent logiciel de conception de PCB comme Altium Designer facilite la définition de votre empilement de couches, des options de placage et la conception des vias qui apparaîtront dans votre PCB multicouche. Un logiciel de conception de PCB de haute qualité comme Altium Designer peut vous aider à concevoir des dispositifs qui répondent aux normes IPC.

Si vous êtes intéressé pour en savoir plus sur Altium Designer, parlez à un expert Altium dès aujourd'hui.