Медное покрытие в вашей печатной плате

Никому не хочется покупать новое электронное устройство, чтобы оно вышло из строя через неделю. У меня уже более пяти лет один и тот же плоский монитор, и, пожалуй, это самое надежное электронное устройство, которое у меня когда-либо было. Если вы цените надежные конструкции, то, вероятно, обращаете внимание на отраслевые стандарты, призванные улучшить срок службы устройств.

Металлизация отверстий в печатной плате должна быть настолько надежной, чтобы выдерживать удары и термические циклы. Здесь процессы металлизации становятся критически важными, и новые требования к металлизации IPC 6012E определяют техники металлизации, предназначенные для повышения надежности структур с металлизацией в отверстиях.

Структуры металлизации с обмоткой из меди

Структуры с металлизацией в отверстиях, требующие заполнения отверстий, должны быть покрыты медью для маршрутизации сигналов между слоями в многослойной печатной плате. Эта металлизация соединяется с другими площадками в структурах с металлизацией в отверстиях, а также напрямую с дорожкой с использованием небольшого кольцевого зазора. Эти структуры незаменимы, но известно, что они имеют некоторые проблемы с надежностью при повторяющихся термических циклах.

В недавно добавленные стандарты IPC 6012E было включено требование о медном покрытии краёв для структур с отверстиями в площадках. Заполненное медное покрытие должно продолжаться вокруг края отверстия и выходить на кольцевую зону вокруг площадки отверстия. Это требование повышает надежность покрытия отверстий и может снизить вероятность отказов из-за трещин или из-за разделения между поверхностными элементами и покрытым отверстием.

Структуры с медным покрытием бывают двух видов. Во-первых, на внутреннюю сторону отверстия может быть нанесена непрерывная медная пленка, которая затем оборачивается вокруг верхнего и нижнего слоёв на концах отверстия. Это медное покрытие затем формирует площадку и дорожку отверстия, создавая непрерывную медную структуру.

В качестве альтернативы, отверстие может иметь свою отдельную площадку, сформированную вокруг его концов. Этот отдельный слой площадки соединяется с дорожками или земляными плоскостями. Медное покрытие, заполняющее отверстие, затем оборачивается вокруг верхней части этой внешней площадки, формируя стыковое соединение между медным заполнением и площадкой отверстия. Происходит некоторое соединение между заполнением и площадкой отверстия, но они не сливаются вместе и не формируют единую непрерывную структуру.

Сверление отверстий в печатной плате

Надежность при термоциклировании

По мере того как печатная плата (PCB) подвергается термическому циклированию со временем, объемное расширение создает сжимающее или растягивающее напряжение на медном покрытии сквозных отверстий, материале заполнения сквозных отверстий и интерфейсах ламината. Величина напряжения зависит от ряда факторов, включая температурный градиент между платой и окружающей средой, коэффициенты теплового расширения для каждого материала и количество слоев в плате.

Несоответствие коэффициентов теплового расширения материалов платы является причиной значительного напряжения на медном покрытии сквозных отверстий. Это может привести к тому, что покрытие в барреле сквозного отверстия потрескается и отделится от соединения встык. Непрерывное медное покрытие сквозных отверстий также может треснуть под прямым углом в конце сквозного отверстия.

Как только внутренняя часть сквозного отверстия отделяется от соединения встык, или если сквозное отверстие трескается на краю покрытия, в сквозном отверстии происходит отказ в виде разрыва цепи. Дополнительные отказы будут происходить по мере того, как плата гнется при повторном термическом циклировании. Сквозные отверстия, заканчивающиеся ближе к наружному слою платы, гораздо более склонны к разрушению при термическом циклировании, поскольку плата естественно будет гнуться в большей степени в этих слоях.

Несмотря на потенциальную возможность отказа в этих структурах, медное обвалование все еще более надежно, чем сквозные отверстия без использования медного обвалования. Этот дополнительный слой обвалованной меди обеспечивает дополнительную структурную целостность покрытия в стенке сквозного отверстия, а также увеличивает площадь контакта между покрытием сквозного отверстия и кольцевой зоной.

Видимость и стабильность меди на вашей плате ценны.

Структурную целостность можно дополнительно увеличить, добавив покрытие в виде кнопки поверх обвалованного покрытия. Некоторые производители делают это из принципа. Покрытие в виде кнопки также будет обволакивать верхние и нижние края сквозного отверстия, как и обвалованное покрытие. Затем снимается защитный лак, сквозное отверстие заполняется эпоксидной смолой, и поверхность в конечном итоге выравнивается, оставляя гладкую поверхность. Это, возможно, лучший способ максимизировать надежность, при этом соответствуя стандартам IPC 6012E.

Покрытие, соответствующее стандарту IPC 6012E, также может быть легко нанесено на скрытые переходные отверстия (buried vias), при условии, что эти отверстия разделены на отдельные слои. Внутренние слои могут быть покрыты медью, как и в случае сквозного переходного отверстия. Эти переходные отверстия на внутренних слоях могут быть покрыты так же, как и сквозные. Каждый разделенный слой покрывается, итоговая структура может быть организована с использованием препрега.

Переход к изготовлению и производству

Отправляя вашу печатную плату на изготовление и производство, вы захотите убедиться, что у вас есть программное обеспечение, позволяющее точно передать информацию о вашей печатной плате и компонентах. Ваш процесс проектирования не должен прерываться необходимостью искать нового поставщика или находить нового изготовителя, который сможет работать с вашими точными инструкциями.

Использование хорошего перечня материалов может позволить вам четко передать инструкции по компонентам вашим партнерам и поставщикам. Наличие программного обеспечения для проектирования, которое сочетается с файлами результатов производства и перечнем материалов, может облегчить процесс передачи вашего проекта на изготовление с легкостью и точностью.

Отличное программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как Altium Designer, упрощает процесс определения стека слоев, вариантов металлизации и проектирования переходных отверстий (виас), которые будут использоваться в вашей многослойной печатной плате. Качественный пакет программного обеспечения для проектирования печатных плат, такой как Altium Designer, может помочь вам разрабатывать устройства, соответствующие стандартам IPC.

Если вы заинтересованы в получении дополнительной информации об Altium Designer, обратитесь к эксперту Altium уже сегодня.