Cos'è il Thieving nelle PCB e perché viene fatto?

Nel corso delle nostre lezioni su progettazione ad alta velocità, passiamo ai nostri studenti dei campioni di PCB affinché possano vedere la rappresentazione fisica di ciò che descriviamo in classe. Una domanda che ci viene posta frequentemente riguarda il thieving e i benefici che apporta. Questo articolo descrive il thieving (a volte chiamato furto di rame), a quali sezioni della scheda viene applicato; in quale punto della fabbricazione viene eseguito, come si relaziona alle operazioni di placcatura; chi è responsabile dell'aggiunta del thieving all'artwork dello strato esterno e i suoi difetti e benefici.

Descrizioni e Rappresentazioni

Le domande che sorgono relativamente al thieving includono:

• Che cos'è il thieving?
• Perché viene aggiunto agli strati esterni?
• Perché i punti di thieving variano in dimensione?
• Chi è responsabile dell'aggiunta dei punti sull'artwork dello strato esterno del PCB?

Le risposte a queste domande sono fornite nei seguenti commenti. In primo luogo, il "thieving" è l'aggiunta di pad "finti" sulla superficie che vengono placcati insieme alle caratteristiche progettate sugli strati esterni. Lo scopo del processo è fornire una distribuzione uniforme di rame sugli strati esterni per rendere la corrente di placcatura e la placcatura nei fori più uniformi. Questi pad finti sono collegati insieme a tutte le altre caratteristiche che saranno placcate dal rame dello strato esterno laminato sullo stackup del PCB. Dopo la placcatura, il rame tra i pad finti viene asportato, lasciandoli isolati l'uno dall'altro insieme ad altre caratteristiche sugli strati superficiali.

Le figure 1 e 2 mostrano due esempi di thieving del rame. Come si può vedere nella Figura 1, ci sono punti rotondi intorno a un BGA. Qui, il thieving deve essere fatto per rendere il rame della stessa altezza su tutta la scheda e il componente. La Figura 2 mostra il thieving intorno a un connettore press-fit. Questo assicura che la placcatura nei fori sia uniforme nello spessore.

Per comprendere meglio il furto di rame nei PCB, è utile esaminare le operazioni di placcatura come descritto di seguito. Nota: Il furto non è necessario negli strati interni poiché sono esposti solo all'incisione e non richiedono placcatura.

Operazioni di Placcatura

Placcatura dello Strato Esterno

La placcatura dello strato esterno viene effettuata per depositare rame nei via e nei fori dei terminali dei componenti in modo che si formino connessioni da un lato all'altro del PCB. Viene anche effettuata per realizzare le connessioni ai segnali e ai piani sugli strati interni. I due strati esterni di un PCB sono mantenuti in rame solido fino al completamento dei processi di foratura e placcatura per fornire un percorso per la corrente di placcatura necessaria a placcare il rame nei fori.

Placcatura del Pannello

Nei primi giorni della produzione di PCB, l'intero pannello su cui veniva formato un PCB veniva immerso nel bagno di placcatura dopo che i fori erano stati trapanati e le bave e i detriti erano stati rimossi. Questo è noto come placcatura del pannello. La sfida con la placcatura del pannello è che il rame viene placcato su tutta la superficie anche in quelle aree dove non verranno posizionati tracce o pad dopo il processo di incisione. Ciò comporta due problemi:

• L'incisione del rame indesiderato deve attraversare sia il rame depositato sulla superficie esterna sia il rame originale dello strato esterno. Questo richiede l'uso di più sostanze chimiche e richiede anche più tempo.
• Man mano che l'incisione procede attraverso il rame, essa incide anche lateralmente, risultando in un controllo meno accurato della larghezza delle tracce. Questo ha portato al processo di placcatura a modello descritto di seguito.

Placcatura a Modello

La placcatura a modello è un processo in cui il rame viene depositato solo sulle caratteristiche che rimarranno dopo che gli strati esterni sono stati infine incisi. Di solito, le caratteristiche incluse sono tutti i fori passanti placcati, le tracce e i pad di montaggio dei componenti. Questo processo viene realizzato applicando una resistenza alla placcatura ai due strati esterni dopo che la perforazione è stata completata. Questa resistenza alla placcatura è fotosensibile ed è esposta a una luce che solidifica la resistenza nelle aree che non devono essere placcate. La resistenza non esposta viene lavata via, e le aree che devono essere placcate rimangono esposte. La placcatura è il passo successivo che avviene.

Il problema con la galvanizzazione a modello è che se le caratteristiche sugli strati esterni non sono distribuite uniformemente sulla superficie, neanche le correnti di galvanizzazione saranno distribuite in modo uniforme e alcune caratteristiche, come le vie e i fori dei connettori, saranno rivestite meno intensamente o uniformemente rispetto ad altre che sono posizionate più distanti. Quando c'è la necessità di una galvanizzazione molto uniforme, come nei fori di un connettore press-fit, come mostrato nella Figura 2, deve essere fatto qualcosa per distribuire la corrente di galvanizzazione uniformemente su tutta la superficie. È qui che entra in gioco il furto di rame.

Chi aggiunge il Furto di Rame all'Artwork dello Strato Esterno e perché i Punti Variano in Forma e Dimensione?

Ogni fabbricante ha algoritmi che esaminano la distribuzione del rame nell'artwork fornito dal cliente. Il personale di ingegneria di produzione presso il fabbricante determinerà quanto rame deve essere aggiunto per ottenere una galvanizzazione uniforme. Questo rame extra viene aggiunto sotto forma di punti o quadrati. Come si può vedere nelle figure incluse in questo articolo, ogni fabbricante ha una forma e dimensione differente per le caratteristiche di furto di rame sul PCB.

Una Cautela sul Furto di Rame

Se ci sono tracce negli strati appena sotto dove è stato aggiunto il furto di rame, l'impedenza di queste tracce può essere negativamente influenzata se il furto viene applicato sopra di esse. Per assicurarsi che ciò non accada, deve essere aggiunta una nota al disegno di fabbricazione che istruisca se il furto è consentito e dove è permesso. Il seguente è un modo per specificare ciò su un disegno di fabbricazione:

• “Il furto è consentito sugli strati esterni per garantire una placcatura uniforme. Il furto non deve essere più vicino di 0,100” (2,5 mm) da qualsiasi altra caratteristica di rame sugli strati esterni. Non deve essere entro 0,100” (2,5 mm) dalle tracce sul primo strato di segnale sepolto sotto gli strati esterni. Il modello di furto sarà a discrezione del fornitore e non consistere di rame solido.”

Le Conseguenze di Non Aggiungere Furto agli Strati Esterni

Se il furto di rame non è stato aggiunto allo strato esterno dei PCB che presentano una distribuzione disomogenea di caratteristiche da placcare come tracce a impedenza controllata, fori per connettori press-fit e pad di montaggio dei componenti, le caratteristiche che sono isolate si ricopriranno di molto più rame rispetto a quelle che sono densamente impacchettate.

Il parametro di controllo per la placcatura degli strati esterni di un PCB è garantire che vi sia un adeguato deposito di rame nei via e nei fori di montaggio dei componenti per assicurare connessioni robuste. Nella maggior parte dei casi, i fori più critici sono quelli che riceveranno i pin a pressione dei connettori. Il controllo su questi è solitamente di +/- 2 mils o 0,05 mm. I placcatori permetteranno che la placcatura continui fino a quando questa specifica non sia stata soddisfatta. Senza il furto, la maggior parte delle altre caratteristiche sarà placcata con quantità eccessive di rame in modo tale che la dimensione finale del foro sia troppo piccola o l'impedenza della traccia sia influenzata.

Riassunto

Il furto è un metodo utilizzato dai fabbricanti per garantire che vi sia una placcatura uniforme di rame nei fori praticati attraverso un PCB. Per ottenere ciò, la corrente di placcatura deve essere distribuita uniformemente sulle superfici degli strati esterni del PCB. Il furto assicura che il rame sarà disperso uniformemente quando la distribuzione dei fori da placcare non è uniforme.

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