Что такое "воровство" на печатных платах и зачем это делается?

На наших курсах по проектированию высокоскоростных устройств мы передаем студентам образцы печатных плат, чтобы они могли увидеть физическое воплощение того, о чем мы рассказываем на занятиях. Один из часто задаваемых вопросов касается использования технологии "воровства" меди и преимуществ, которые она предоставляет. В данной статье описывается "воровство" меди (иногда его называют кражей меди), к каким участкам платы оно применяется; на каком этапе изготовления это делается, как это связано с операциями гальванизации; кто отвечает за добавление "воровства" меди на внешний слой макета и его недостатки и преимущества.

Описания и Иллюстрации

Вопросы, которые возникают в связи с "воровством" меди, включают:

• Что такое "воровство" меди?
• Почему его добавляют на внешние слои?
• Почему точки "воровства" различаются по размеру?
• Кто отвечает за размещение точек на внешнем слое макета печатной платы?

Ответы на эти вопросы представлены в следующем комментарии. Во-первых, создание "лжеконтактов" - это добавление "фиктивных" контактных площадок по всей поверхности, которые покрываются медью вместе с элементами, разработанными на внешних слоях. Цель процесса - обеспечить равномерное распределение меди по внешним слоям для унификации тока покрытия и покрытия в отверстиях. Эти фиктивные контактные площадки соединяются вместе со всеми другими элементами, которые будут покрыты медью внешнего слоя ламинированного на стеке печатной платы. После покрытия медью, медь между фиктивными контактными площадками удаляется, оставляя их изолированными друг от друга вместе с другими элементами на поверхностных слоях.

На рисунках 1 и 2 показаны два примера использования лжеконтактов. Как видно на рисунке 1, вокруг BGA расположены круглые точки. Здесь необходимо использовать лжеконтакты, чтобы сделать медь одинаковой высоты по всей плате и компоненту. На рисунке 2 показаны лжеконтакты вокруг пресс-фитного соединителя. Это обеспечивает равномерность толщины покрытия в отверстиях.

Для лучшего понимания процесса кражи меди на печатных платах (PCB) полезно рассмотреть операции гальваники, описанные ниже. Обратите внимание: кража меди не требуется на внутренних слоях, так как они подвергаются только травлению и не требуют гальванизации.

Операции гальваники

Гальванизация внешних слоев

Гальванизация внешних слоев выполняется для осаждения меди в отверстиях для переходных отверстий (vias) и отверстиях для выводов компонентов, чтобы формировать соединения с одной стороны печатной платы на другую. Это также делается для создания соединений с сигналами и слоями на внутренних слоях. Два внешних слоя печатной платы остаются цельномедными до завершения процессов сверления и гальванизации, чтобы обеспечить путь для тока гальванизации, необходимого для осаждения меди в отверстиях.

Гальванизация панелей

В начале развития производства печатных плат вся панель, на которой формировалась печатная плата, погружалась в ванну для гальванизации после сверления отверстий и очистки от заусенцев и мусора. Это называется гальванизацией панелей. Проблема гальванизации панелей заключается в том, что медь осаждается по всей поверхности, даже в тех местах, где после процесса травления не будут размещены дорожки или площадки. Это приводит к двум проблемам:

• Травление нежелательной меди должно проходить через медь, нанесенную на внешнюю поверхность, а также через оригинальную медь на внешнем слое. Это требует использования большего количества химикатов и также занимает больше времени.
• По мере того как травление проникает сквозь медь, оно также распространяется в стороны, что приводит к менее точному контролю ширины дорожек. Это привело к процессу плакирования по шаблону, описанному ниже.

Плакирование по шаблону

Узорчатое покрытие — это процесс, при котором медь наносится только на те элементы, которые останутся после окончательного травления внешних слоев. Обычно в комплект входят все металлизированные сквозные отверстия, дорожки и монтажные площадки компонентов. Этот процесс осуществляется путем нанесения металлического резиста на два внешних слоя после завершения сверления. Этот гальванорезист светочувствителен и подвергается воздействию света, который затвердевает резист в областях, которые не подлежат покрытию. Этот неэкспонированный резист смывается, а участки, которые необходимо покрыть, остаются открытыми. Покрытие – это следующий этап.

Проблема с узорчатым покрытием заключается в том, что элементы внешних слоев неравномерно распределены по поверхности. Токи покрытия также не будут распределяться равномерно, и некоторые элементы, такие как переходные отверстия и отверстия разъемов, будут покрываться менее плотно или равномерно, чем другие, расположенные дальше друг от друга. Когда необходимо добиться очень равномерного покрытия, например, в отверстиях разъема с запрессовкой, как показано на рисунке 2, необходимо что-то сделать, чтобы равномерно распределить ток покрытия по всей поверхности. Вот тут и вступает в игру воровство меди.

Кто добавляет "воровство" меди в внешний слой макета и почему точки различаются по форме и размеру?

Каждый производитель использует алгоритмы, которые анализируют распределение меди в макете, предоставленном заказчиком. Инженерный персонал производственного отдела на заводе определит, сколько меди необходимо добавить для достижения равномерного покрытия. Эта дополнительная медь добавляется в виде точек или квадратов. Как видно на рисунках, прилагаемых к этой статье, у каждого производителя своя форма и размер элементов для "воровства" меди на печатной плате.

Оговорка о "воровстве" меди

Если на слоях, расположенных непосредственно под местом добавления медного воровства, есть дорожки, импеданс этих дорожек может быть негативно затронут, если воровство применяется над ними. Чтобы этого не произошло, на чертеже изготовления должна быть добавлена заметка, указывающая, разрешено ли воровство и где это допустимо. Вот один из способов указать это на чертеже изготовления:

• «Воровство разрешено на внешних слоях для обеспечения равномерного покрытия. Воровство не должно находиться ближе чем на 0.100” (2.5 мм) от любой другой медной детали на внешних слоях. Оно не должно находиться в пределах 0.100” (2.5 мм) от дорожек на первом закрытом сигнальном слое под внешними слоями. Рисунок воровства находится на усмотрение поставщика и не должен состоять из сплошной меди.»

Последствия отсутствия добавления воровства на внешние слои

Если медное воровство не было добавлено на внешний слой печатных плат, которые имеют неравномерное распределение элементов для покрытия, таких как дорожки с контролируемым импедансом, отверстия для разъемов с пресс-подходом и площадки для монтажа компонентов, изолированные элементы будут покрываться гораздо большим количеством меди, чем те, что плотно упакованы.

Контролирующим параметром для покрытия внешних слоев печатной платы (PCB) является обеспечение адекватного нанесения меди в переходные отверстия (виас) и отверстия для монтажа компонентов, чтобы гарантировать надежные соединения. В большинстве случаев наиболее критичными являются отверстия, в которые будут установлены штыревые разъемы с пресс-подходом. Контроль за этим обычно составляет +/- 2 мил (0.05 мм). Гальванизаторы будут продолжать процесс до тех пор, пока эта спецификация не будет выполнена. Без использования метода "воровства" (thieving), большинство других элементов будут покрыты избыточным количеством меди, так что размер готового отверстия окажется слишком малым или будет затронута импедансная характеристика трасс.

Краткое описание

Метод "воровства" используется производителями для обеспечения равномерного покрытия медью отверстий, просверленных в печатной плате. Для этого ток гальванизации должен равномерно распределяться по поверхностям внешних слоев PCB. "Воровство" гарантирует, что медь будет равномерно распределена, когда распределение отверстий, подлежащих покрытию, неоднородно.

Хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам с вашим следующим проектом печатной платы? Обратитесь к эксперту Altium.