Qu'est-ce que le vol dans les PCBs et pourquoi est-ce fait ?

Dans nos cours de conception à haute vitesse, nous distribuons des échantillons de PCB pour que les étudiants puissent voir la représentation physique des concepts que nous décrivons en classe. Une question qui nous est fréquemment posée concerne le thieving et les avantages qu'il procure. Cet article décrit le thieving (parfois appelé vol de cuivre), les sections de la carte auxquelles il est appliqué ; à quel moment de la fabrication il est réalisé, comment il se rapporte aux opérations de placage ; qui est responsable de l'ajout du thieving sur l'artwork de la couche externe et ses inconvénients et avantages.

Descriptions et représentations

Les questions qui surgissent par rapport au thieving incluent :

• Qu'est-ce que le thieving ?
• Pourquoi est-il ajouté aux couches externes ?
• Pourquoi la taille des points de thieving varie-t-elle ?
• Qui est responsable de placer les points sur l'artwork de la couche externe du PCB ?

Les réponses à ces questions sont fournies dans le commentaire suivant. Tout d'abord, le vol est l'ajout de "pads fantômes" sur la surface qui sont plaqués en même temps que les caractéristiques conçues sur les couches extérieures. Le but du processus est de fournir une distribution uniforme de cuivre sur les couches extérieures pour rendre le courant de placage et le placage dans les trous plus uniformes. Ces pads fantômes sont connectés ensemble ainsi que toutes les autres caractéristiques qui seront plaquées par le cuivre de la couche extérieure laminé sur l'empilement du PCB. Après le placage, le cuivre entre les pads fantômes est gravé, les laissant isolés les uns des autres ainsi que des autres caractéristiques sur les couches de surface.

Les figures 1 et 2 montrent deux exemples de vol de cuivre. Comme on peut le voir sur la Figure 1, il y a des points ronds autour d'un BGA. Ici, le vol doit être effectué pour rendre le cuivre de la même hauteur sur toute la carte et le composant. La figure 2 montre le vol autour d'un connecteur à ajustement par pression. Cela garantit que le placage dans les trous est uniforme en épaisseur.

Pour mieux comprendre le vol de cuivre sur les PCB, il est utile de passer en revue les opérations de placage décrites ci-dessous. Note : Le vol n'est pas nécessaire sur les couches internes car elles sont uniquement exposées à la gravure et ne nécessitent pas de placage.

Opérations de Placage

Placage de la Couche Externe

Le placage de la couche externe est effectué pour déposer du cuivre dans les vias et les trous des pattes des composants afin que des connexions soient formées d'un côté du PCB à l'autre. Cela est également fait pour réaliser les connexions aux signaux et aux plans sur les couches internes. Les deux couches extérieures d'un PCB sont maintenues en cuivre solide jusqu'à ce que les processus de perçage et de placage aient été complétés pour fournir un chemin pour le courant de placage nécessaire pour plaquer le cuivre dans les trous.

Placage du Panneau

Aux premiers jours de la fabrication des PCB, le panneau entier sur lequel un PCB était formé serait immergé dans le bain de placage après que les trous aient été percés et que les bavures et débris aient été nettoyés. Cela est appelé placage du panneau. Le défi avec le placage du panneau est que le cuivre est plaqué sur toute la surface même dans ces zones où aucune trace ou pastille ne sera placée après le processus de gravure. Cela résulte en deux problèmes :

• La gravure du cuivre indésirable doit traverser le cuivre plaqué sur la surface extérieure ainsi que le cuivre original sur la couche externe. Cela nécessite l'utilisation de plus de produits chimiques et prend également plus de temps.
• À mesure que la gravure se fait à travers le cuivre, elle se fait aussi latéralement, ce qui entraîne un contrôle moins précis de la largeur des pistes. Cela a conduit au processus de placage de motifs décrit ci-dessous.

Placage de Motifs

Le placage de motifs est un processus où le cuivre est plaqué uniquement sur les éléments qui resteront après que les couches extérieures aient finalement été gravées. Habituellement, les caractéristiques incluses sont tous les trous métallisés, les pistes et les pads de montage des composants. Ce processus est accompli en appliquant un résist de placage aux deux couches extérieures après que le perçage ait été terminé. Ce résist de placage est photosensible et est exposé à une lumière qui solidifie le résist dans les zones qui ne doivent pas être plaquées. Ce résist non exposé est lavé, et les zones qui doivent être plaquées sont laissées exposées. Le placage est l'étape suivante qui a lieu.

Le problème avec le placage par motif est que si les caractéristiques sur les couches extérieures ne sont pas réparties uniformément sur la surface, les courants de placage ne seront également pas répartis de manière uniforme et certaines caractéristiques, telles que les vias et les trous de connecteurs, seront moins ou pas uniformément plaquées par rapport aux autres qui sont plus espacés. Lorsqu'il est nécessaire d'avoir un placage très uniforme, comme dans les trous d'un connecteur press-fit, comme illustré dans la Figure 2, il faut faire quelque chose pour répartir le courant de placage uniformément sur toute la surface. C'est là que le vol de cuivre entre en jeu.

Qui ajoute le Vol de Cuivre à l'Artwork de la Couche Extérieure et pourquoi les Points Varient-ils en Forme et en Taille ?

Chaque fabricant dispose d'algorithmes qui examinent la distribution du cuivre dans l'artwork fourni par le client. Le personnel d'ingénierie de fabrication chez le fabricant déterminera combien de cuivre doit être ajouté pour atteindre un placage uniforme. Ce cuivre supplémentaire est ajouté sous forme de points ou de carrés. Comme on peut le voir dans les figures incluses avec cet article, chaque fabricant a une forme et une taille différente pour les caractéristiques de vol de cuivre sur le PCB.

Une Mise en Garde Concernant le Vol de Cuivre

Si des pistes se trouvent sur les couches juste en dessous de l'endroit où le vol de cuivre a été ajouté, l'impédance de ces pistes peut être affectée négativement si le vol est appliqué au-dessus d'elles. Pour éviter cela, une note doit être ajoutée au dessin de fabrication indiquant si le vol est autorisé et où il est permis. Voici une manière de spécifier cela sur un dessin de fabrication :

• « Le vol de cuivre est autorisé sur les couches externes pour assurer un placage uniforme. Le vol de cuivre ne doit pas être à moins de 0,100” (2,5 mm) de toute autre caractéristique en cuivre sur les couches externes. Il ne doit pas être à moins de 0,100” (2,5 mm) des pistes sur la première couche de signal enterrée sous les couches externes. Le motif de vol de cuivre est à la discrétion du fournisseur et ne doit pas consister en du cuivre plein. »

Les conséquences de ne pas ajouter de vol de cuivre aux couches externes

Si le vol de cuivre n'a pas été ajouté à la couche externe des PCB qui présentent une distribution inégale des caractéristiques à plaquer telles que les pistes à impédance contrôlée, les trous pour les connecteurs à pression, et les pads de montage des composants, les caractéristiques isolées se verront plaquer bien plus de cuivre que celles qui sont densément regroupées.

Le paramètre de contrôle pour le placage des couches extérieures d'un PCB est de s'assurer qu'il y a suffisamment de cuivre déposé dans les vias et les trous de montage des composants pour garantir des connexions robustes. Dans la plupart des cas, les trous les plus critiques sont ceux qui recevront les broches à ajustement par pression des connecteurs. Le contrôle sur ceux-ci est généralement de +/- 2 mils ou 0,05 mm. Les plateurs continueront le placage jusqu'à ce que cette spécification soit satisfaite. Sans vol de cuivre, la plupart des autres caractéristiques seront plaquées avec des quantités excessives de cuivre de sorte que la taille finale du trou soit trop petite ou que l'impédance des pistes soit affectée.

Résumé

Le vol de cuivre est une méthode utilisée par les fabricants pour assurer un placage uniforme du cuivre dans les trous percés à travers un PCB. Pour accomplir cela, le courant de placage doit être uniformément distribué sur les surfaces des couches extérieures du PCB. Le vol de cuivre assure que le cuivre sera uniformément dispersé lorsque la distribution des trous à plaquer n'est pas uniforme.

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