A fabricação de PCB é o processo de construção de um PCB físico a partir de um projeto de PCB de acordo com um determinado conjunto de especificações. Compreender as especificações do projeto é muito importante, pois afeta a capacidade de fabricação, o desempenho e o rendimento de produção do PCB.
Uma das especificações de projeto importantes a seguir é o "Cobre Balanceado" na fabricação de PCB. Uma cobertura consistente de cobre deve ser alcançada em cada camada do empilhamento da PCB para evitar problemas elétricos e mecânicos que podem prejudicar o desempenho do circuito.
O que significa cobre balanceado de PCB?
O cobre balanceado é um método de traços simétricos de cobre em cada camada do empilhamento da PCB, o que é necessário para evitar torcer, dobrar ou empenar a placa. Alguns engenheiros de layout e fabricantes insistem que o empilhamento espelhado da metade superior da camada seja completamente simétrico à metade inferior do PCB.
Função de cobre de equilíbrio PCB
Roteamento
A camada de cobre é gravada para formar os traços, e o cobre usado como traços carrega o calor junto com os sinais por toda a placa. Isso reduz os danos causados pelo aquecimento irregular da placa que pode causar a quebra dos trilhos internos.
Radiador
O cobre é usado como camada de dissipação de calor do circuito de geração de energia, o que evita o uso de componentes adicionais de dissipação de calor e reduz bastante o custo de fabricação.
Aumente a espessura dos condutores e das almofadas de superfície
O cobre usado como revestimento em uma placa de circuito impresso aumenta a espessura dos condutores e das superfícies. Além disso, conexões robustas de cobre entre camadas são obtidas através de furos passantes revestidos.
Impedância de terra reduzida e queda de tensão
O cobre balanceado PCB reduz a impedância de aterramento e a queda de tensão, reduzindo assim o ruído e, ao mesmo tempo, pode melhorar a eficiência da fonte de alimentação.
Efeito de cobre de equilíbrio PCB
Na fabricação de PCB, se a distribuição de cobre entre as pilhas não for uniforme, podem ocorrer os seguintes problemas:
Equilíbrio de pilha incorreto
Equilibrar uma pilha significa ter camadas simétricas em seu projeto, e a ideia ao fazer isso é renunciar às áreas de risco que poderiam deformar durante os estágios de montagem da pilha e laminação.
A melhor maneira de fazer isso é iniciar o projeto da pilha no centro do tabuleiro e colocar as camadas grossas ali. Freqüentemente, a estratégia do projetista de PCB é espelhar a metade superior da pilha com a metade inferior.
Superposição Simétrica
Camadas de PCB
O problema vem principalmente do uso de cobre mais espesso (50um ou mais) em núcleos onde a superfície do cobre está desequilibrada e, pior, quase não há preenchimento de cobre no padrão.
Neste caso, a superfície de cobre precisa ser complementada com áreas ou planos "falsos" para evitar derramamento de pré-impregnado no padrão e subsequente delaminação ou curto-circuito entre camadas.
Sem delaminação de PCB: 85% do cobre é preenchido na camada interna, portanto, basta preencher com pré-impregnado, não há risco de delaminação.
Sem risco de delaminação de PCB
Existe o risco de delaminação do PCB: o cobre é preenchido apenas em 45%, e o pré-impregnado intercalar não está suficientemente preenchido e há risco de delaminação.
A espessura da camada dielétrica é irregular
O gerenciamento da pilha de camadas de placas é um elemento-chave no projeto de placas de alta velocidade. Para manter a simetria do layout, a forma mais segura é equilibrar a camada dielétrica, e a espessura da camada dielétrica deve ser disposta simetricamente como as camadas do Telefonehado.
Mas às vezes é difícil conseguir uniformidade na espessura dielétrica. Isto se deve a algumas restrições de fabricação. Neste caso, o projetista terá que relaxar a tolerância e permitir espessuras irregulares e algum grau de empeNomento.
A seção transversal da placa de circuito é irregular
Um dos problemas comuns de projeto desequilibrado é a seção transversal inadequada da placa. Os depósitos de cobre são maiores em algumas camadas do que em outras. Este problema decorre do facto de a consistência do cobre não ser mantida através das diferentes camadas. Como resultado, quando montadas, algumas camadas ficam mais espessas, enquanto outras camadas com baixa deposição de cobre permanecem mais finas. Quando a pressão é aplicada lateralmente à placa, ela se deforma. Para evitar isto, a cobertura de cobre deve ser simétrica em relação à camada central.
Laminação híbrida (material misto)
Às vezes, os projetos usam materiais mistos nas camadas do Telefonehado. Diferentes materiais têm diferentes coeficientes térmicos (CTC). Este tipo de estrutura híbrida aumenta o risco de empeNomento durante a montagem por refluxo.
A influência da distribuição desequilibrada de cobre
Variações na deposição de cobre podem causar empeNomento do PCB. Algumas deformações e defeitos são mencionados abaixo:
Deformação
O empeNomento nada mais é do que uma deformação da forma da placa. Durante o cozimento e manuseio da placa, a folha de cobre e o substrato sofrerão diferentes expansões e compressões mecânicas. Isto leva a desvios no seu coeficiente de expansão. Posteriormente, tensões internas desenvolvidas na placa levam ao empeNomento.
Dependendo da aplicação, o material do PCB pode ser fibra de vidro ou qualquer outro material compósito. Durante o processo de fabricação, as placas de circuito passam por diversos tratamentos térmicos. Se o calor não for distribuído uniformemente e a temperatura exceder o coeficiente de expansão térmica (Tg), a placa irá deformar.
Galvanoplastia deficiente do padrão condutor
Para configurar adequadamente o processo de galvanização, o equilíbrio do cobre na camada condutora é muito importante. Se o cobre não estiver equilibrado na parte superior e inferior, ou mesmo em cada camada individual, pode ocorrer sobreposição e causar vestígios ou sub-gravação das conexões. Em particular, isto diz respeito a pares diferenciais com valores de impedância medidos. Configurar o processo de galvanização correto é complexo e às vezes impossível. Portanto, é importante complementar o equilíbrio do cobre com patches “falsos” ou cobre total.
Suplementado com Cobre Balanceado
Sem Equilíbrio Suplementar de Cobre
Se o arco estiver desequilibrado, a camada de PCB terá curvatura cilíndrica ou esférica
Em linguagem simples, podemos dizer que os quatro cantos de uma mesa são fixos e o topo da mesa se eleva acima deles. Chamava-se arco e foi resultado de uma falha técnica
O arco cria tensão na superfície na mesma direção da curva. Além disso, faz com que correntes aleatórias fluam pela placa.
Arco
Efeito arco
1. A torção é afetada por fatores como material e espessura da placa de circuito. A torção ocorre quando qualquer canto da placa não está alinhado simetricamente com os outros cantos. Uma superfície específica sobe diagonalmente e depois os outros cantos giram. Muito semelhante a quando uma almofada é puxada de um canto da mesa enquanto o outro canto é torcido. Consulte a figura abaixo.
Efeito de distorção
1. Os vazios de resina são simplesmente o resultado de um revestimento de cobre inadequado. Durante a tensão de montagem, a tensão é aplicada à placa de maneira assimétrica. Como a pressão é uma força lateral, as superfícies com finos depósitos de cobre sangrarão a resina. Isso cria um vazio naquele local.
2. Medição de arco e torção De acordo com o IPC-6012, o valor máximo permitido para arco e torção é de 0,75% em placas com componentes SMT e 1,5% para outras placas. Com base neste padrão, também podemos calcular a curvatura e torção para um tamanho específico de PCB.
Tolerância de proa = comprimento ou largura da placa × porcentagem de tolerância de proa / 100
A medição da torção envolve o comprimento diagonal da placa. Considerando que a placa está restringida por um dos cantos e a torção atua nos dois sentidos, o fator 2 é incluído.
Torção máxima permitida = 2 x comprimento diagonal da placa x porcentagem de tolerância de torção / 100
Aqui você pode ver exemplos de placas com 4" de comprimento e 3" de largura, com diagonal de 5".
Tolerância de flexão em todo o comprimento = 4 x 0,75/100 = 0,03 polegadas
Tolerância de flexão em largura = 3 x 0,75/100 = 0,0225 polegadas
Distorção máxima permitida = 2 x 5 x 0,75/100 = 0,075 polegadas
