Mạ Đồng Bọc Trong PCB của Bạn

Không ai muốn mua một thiết bị điện tử mới, chỉ để thấy nó hỏng sau một tuần. Tôi đã sử dụng cùng một màn hình phẳng trong hơn năm năm, và có lẽ đó là thiết bị điện tử bền bỉ nhất mà tôi từng sở hữu. Nếu bạn yêu thích những thiết kế đáng tin cậy, thì có lẽ bạn sẽ chú ý đến các tiêu chuẩn ngành được thiết kế để cải thiện tuổi thọ của thiết bị.

Việc mạ lớp trong PCB cần đủ đáng tin cậy để có thể chịu được sốc và chu kỳ nhiệt. Đây là nơi mà quy trình mạ trở nên quan trọng, và yêu cầu mạ lớp mới IPC 6012E đã chỉ định các kỹ thuật mạ được thiết kế để cải thiện độ tin cậy của cấu trúc via-in-pad.

Cấu Trúc Mạ Đồng Bao Quanh

Cấu trúc via-in-pad cần được mạ đồng cho các lỗ via để truyền tín hiệu giữa các lớp trong một PCB đa lớp. Lớp mạ này kết nối với các pad khác trong cấu trúc via-in-pad, cũng như trực tiếp với một đường dẫn sử dụng một vòng nhỏ. Những cấu trúc này là không thể thiếu, nhưng chúng được biết đến với một số vấn đề độ tin cậy dưới sự lặp lại của chu kỳ nhiệt.

Các tiêu chuẩn IPC 6012E gần đây đã bổ sung yêu cầu mạ đồng bao quanh cho cấu trúc via-in-pad. Lớp mạ đồng được lấp đầy nên tiếp tục quanh mép lỗ via và mở rộng ra vòng annular bao quanh pad via. Yêu cầu này cải thiện độ tin cậy của lớp mạ via và có khả năng giảm thiểu sự cố do nứt, hoặc do sự tách rời giữa các đặc điểm bề mặt và lỗ via được mạ.

Cấu trúc mạ đồng bao quanh xuất hiện ở hai dạng. Đầu tiên, một lớp phim đồng liên tục có thể được áp dụng vào bên trong của một via, sau đó bao quanh lên trên và dưới các lớp ở hai đầu của via. Lớp mạ đồng này sau đó tạo thành pad via và đường dẫn đến via, tạo thành một cấu trúc đồng liên tục.

Ngược lại, via có thể có pad riêng biệt được hình thành xung quanh hai đầu của via. Lớp pad riêng biệt này kết nối với các đường dẫn hoặc mặt phẳng tiếp địa. Lớp mạ đồng lấp đầy via sau đó bao quanh phía trên của pad bên ngoài này, tạo thành một mối nối giữa lớp mạ đồng lấp đầy và pad via. Một số liên kết xảy ra giữa lớp mạ lấp đầy và pad via, nhưng hai cái không hợp nhất lại và không tạo thành một cấu trúc liên tục duy nhất.

Khoan lỗ via trên PCB

Độ Tin Cậy Dưới Sự Thay Đổi Nhiệt

Khi một PCB được chu trình nhiệt qua thời gian, sự giãn nở thể tích tạo ra áp lực nén hoặc kéo căng lên lớp phủ đồng, chất liệu lấp via và giao diện lớp cốt liệu. Lượng áp lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm gradient nhiệt độ giữa bảng mạch và môi trường, hệ số giãn nở nhiệt cho từng loại vật liệu liên quan, và số lượng lớp trên bảng mạch.

Sự không khớp hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu làm bảng mạch là nguyên nhân gây ra áp lực đáng kể lên lớp phủ đồng. Điều này có thể khiến lớp phủ trong ống via bị nứt và tách ra khỏi mối nối đít. Lớp phủ đồng liên tục cũng có thể bị nứt ở góc vuông tại cuối via.

Một khi bên trong via tách ra khỏi mối nối đít, hoặc nếu via bị nứt ở mép của lớp phủ, một lỗi mạch mở sẽ xảy ra trong via. Càng nhiều lỗi sẽ xảy ra khi bảng mạch uốn cong trong quá trình chu trình nhiệt lặp đi lặp lại. Các via kết thúc gần lớp ngoài cùng trên bảng mạch có khả năng bị gãy cao hơn dưới tác động của chu trình nhiệt vì bảng mạch sẽ tự nhiên uốn cong nhiều hơn ở những lớp này.

Mặc dù có khả năng thất bại trong những cấu trúc này, việc sử dụng lớp phủ đồng bọc vẫn đáng tin cậy hơn so với các via không sử dụng lớp phủ đồng bọc. Lớp đồng bọc thêm này cung cấp thêm tính toàn vẹn cấu trúc cho lớp phủ trong tường via, cũng như tăng diện tích tiếp xúc giữa lớp phủ via và vòng annular.

Khả năng hiển thị và ổn định của đồng trên bo mạch của bạn là quý giá.

Tính toàn vẹn cấu trúc có thể được tăng cường hơn nữa bằng cách thêm lớp phủ nút trên đỉnh của lớp phủ bọc. Một số nhà sản xuất thực hiện điều này theo nguyên tắc. Lớp phủ nút cũng sẽ bọc qua phần trên và dưới của via, giống như lớp phủ bọc. Sau đó, lớp chống phủ được gỡ bỏ, via được lấp đầy bằng epoxy, và bề mặt cuối cùng được làm phẳng, để lại một bề mặt mịn. Đây có lẽ là cách tốt nhất để tối đa hóa độ tin cậy trong khi vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn IPC 6012E.

Lớp phủ tuân thủ IPC 6012E cũng có thể được áp dụng dễ dàng cho các via chôn, miễn là các via chôn được phân chia thành các lớp riêng biệt. Các lớp bên trong có thể được phủ đồng, giống như trong trường hợp của một via xuyên lỗ. Những via trên các lớp bên trong có thể được phủ giống như người ta làm với một via xuyên lỗ. Mỗi lớp phân chia được phủ, bố cục cuối cùng có thể được sắp xếp sử dụng prepreg.

Chuyển Thiết Kế Sang Gia Công và Sản Xuất

Khi gửi bảng mạch của bạn đi gia công và sản xuất, bạn sẽ muốn đảm bảo rằng bạn có phần mềm sẵn có để chính xác truyền đạt thông tin bảng mạch và các bộ phận của bạn một cách chính xác. Quá trình thiết kế của bạn không nên bị gián đoạn bởi việc phải tìm nguồn cung cấp mới hoặc tìm một nhà sản xuất mới có thể làm việc theo chỉ dẫn chính xác của bạn.

Sử dụng một bill of materials tốt có thể giúp bạn có hướng dẫn rõ ràng về các bộ phận cho các đối tác và nhà cung cấp của bạn. Có một phần mềm thiết kế kết hợp với các tệp xuất sản xuất và bill of materials có thể giúp thiết kế của bạn được chuyển qua gia công một cách dễ dàng và chính xác.

Phần mềm thiết kế mạch in PCB tuyệt vời như Altium Designer giúp bạn dễ dàng xác định cấu trúc lớp, các tùy chọn mạ và thiết kế các via sẽ xuất hiện trong PCB đa lớp của bạn. Một gói phần mềm thiết kế PCB chất lượng cao như Altium Designer có thể giúp bạn thiết kế các thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn IPC.

Nếu bạn quan tâm muốn tìm hiểu thêm về Altium Designer, hãy nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay.