Elektronisches Design - Wie realisiert man PCB Galvanik Simulation Design?

Die Leiterplatte ist das Herz fast aller elektronischen Produkte, und es trägt die Komponenten und Kupferdrähte, die seine Funktionen realisieren. Der Herstellungsprozess umfasst in der Regel Galvanik, und das Galvanisieren verschiedener Designs wird unterschiedlich sein. Dies erfordert, dass Simulations- und Optimierungsingenieure ständig neue Modelle erstellen. Wenn Sie den Großteil der Arbeit an das Design delegieren können, Ingenieur- und technisches Personal, das konstruiert und herstellt Leiterplattes, Lassen Sie sie die Galvaniksimulation selbst durchführen, dann was wird passieren? Kommen Sie her, um zu sehen, wie Sie es erreichen können.

1. Kundenspezifische galvanische Simulationssoftware Anwendung

Sie können den App Developer und das Galvanikmodul in COMSOL Multiphysics Version 5.0 verwenden, um die Galvanik App anzupassen. Damit können Leiterplattendesigner Simulationen verwenden, um viele Faktoren im Design- und Herstellungsprozess zu analysieren. Sie können beurteilen, ob ein Entwurf Kupferdrahtspezifikationen erfüllen kann, die Leistung solcher Geräte bewerten und die Herstellungskosten des Galvanikprozesses schätzen, ohne Kenntnisse über Galvanik zu haben.

2. Designherausforderungen in der galvanischen Kupfergrafik

Gemeinsame Leiterplatten verwenden eine oder mehrere Schichten von Kupferdrähten, um die aktiven und passiven Komponenten auf der Platine zu verbinden. Auf der anderen Seite verwenden fortschrittlichere Leiterplatten galvanisierte Kupfermuster, um Schaltungen zu erzeugen. Vor dem eigentlichen Galvanisieren sollte eine Schicht gemusterter Isolierfolie auf der Leiterplatte vorbereitet werden. Dieser Prozess wird durch die folgenden Schritte erreicht.

Bereiten Sie eine Schicht gemusterter Isolierfolie auf der Leiterplatte vor:

Der erste Schritt besteht darin, eine dünne leitfähige Kupfersaatschicht auf die Leiterplatte zu platten. Als nächstes muss die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Schicht Fotolack (lichtempfindlicher Polymerfilm) beschichtet werden. Dieser Prozess wird normalerweise Photolithographie genannt. Bei diesem Prozess wird der Fotolack, der die gemusterte Maske bedeckt, unter ultraviolettes Licht platziert, und der exponierte Bereich wird aufgelöst. Das Ergebnis ist eine Leiterplatte mit einem gemusterten Isolierfilm und die Saatschicht an der Unterseite des Musters wurde freigelegt.

In der Galvanisierungsverfahren für Leiterplatten, die Leiterplatte and the copper anode (such as a solid copper strip) are immersed in the electroplating tank, das einen Elektrolyt von Schwefelsäure und Kupfersulfat enthält. Zwischen Anode und Kathode der Saatschicht wird eine Spannung angelegt, die eine elektrochemische Reduktionsreaktion verursacht, and copper ions are reduced to the copper metal plated (deposited) on the seed layer. Im Laufe der Zeit, Die Dicke der Beschichtung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion, und die Geschwindigkeit wird durch die Stromdichte an verschiedenen Positionen der Saatschicht bestimmt. Daher, Der gemusterte Photoresist-Hohlraum ist mit festem Kupfer gefüllt. The average current density can be controlled to maintain the plating speed (for example, the total current in the patterned area to be plated).

Schließlich wird der verbleibende Fotolack entfernt und eine dünne Samenschicht geätzt, um die verschiedenen verkupferten Drähte zu trennen.

3. Gleichmäßigkeit der Galvanikgeschwindigkeit:

Ein bekanntes Problem bei diesem Prozess ist, dass die Plattierungsgeschwindigkeit in der gesamten Leiterplatte nicht immer einheitlich ist. Das elektrische Feld im Elektrolyt konzentriert sich auf das leitfähige Muster, das von der großen Isolierfläche und dem Muster nahe der Kante der Leiterplatte umgeben ist. Die Ungleichmäßigkeit des elektrischen Feldes erzeugt in diesen Regionen eine höhere lokale Stromdichte auf der Kathodenoberfläche, und dieser Effekt wird allgemein als Stromclustering bezeichnet. Im Laufe der Zeit ist die Dicke der Beschichtungsschicht direkt proportional zur Stromdichte, was unerwünschte Veränderungen in der Dicke des Kupferdrahts in der Leiterplatte verursacht. Dies bedeutet, dass der Widerstand zwischen den Kupferdrähten an verschiedenen Positionen auf der Leiterplatte variieren wird. Wenn Leiterplatten in elektronischen Geräten verwendet werden, kann diese Dickenvariation ein Leistungsproblem und sogar im schlimmsten Fall die Hauptursache für Gerätefehler sein.

Viertens, die Simulation und Optimierung der PCB-Designphase

Um Leistungseinbußen oder Geräteausfälle während des Betriebs elektronischer Geräte zu vermeiden, müssen Kupferdrahtschaltungen eine Reihe von Dickenungleichmäßigkeitsspezifikationen erfüllen. Normalerweise verlassen sich Designer von Leiterplatten auf einfache Designregeln, wie maximale und minimale Linienbreiten, Abstand und Musterdichte. Durch Galvaniksimulation kann jedoch die erwartete Änderung der Kupferschichtdicke genauer berechnet werden. Mit diesen Informationen kann das Design frühzeitig modifiziert werden, ohne auf die Ergebnisse des Prototypen zu warten.

Um den Clustereffekt nahe der Kante der Leiterplatte zu vermeiden, kann zwischen der Anode und dem Galvanikbehälter ein Loch mit einer Öffnung platziert werden, das heißt eine isolierende Abschirmschicht. Die Abbildung rechts zeigt die Größe der Porenöffnung, die nach Optimierung durch Simulation die kleinste Dickenänderung erzielen kann, und ihre Platzierung im Galvanikbad.

Fünftens, Berücksichtigung der Herstellungskosten für Leiterplatten

Wenn Leiterplattenhersteller wettbewerbsfähig sein wollen, müssen sie die Herstellungskosten berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, muss das Endprodukt immer eine Spezifikation zur Gleichmäßigkeit der Kupferdicke erfüllen. Die Gleichmäßigkeit der Dicke hängt im Wesentlichen von der gesamten Beschichtungsgeschwindigkeit während des Galvanikprozesses ab; Je höher die Gesamtgeschwindigkeit, desto größer die Dickenvariation. Darüber hinaus bestimmt die Gesamtbearbeitungszeit das Produktionsvolumen der Produktionslinie und somit auch die Herstellungskosten.

Sechste, Leiterplattenherstellung und Galvanikkosten werden minimiert

Um die Herstellungskosten zu minimieren, wird die Verarbeitung mit der maximal möglichen Geschwindigkeit durchgeführt, die die Dickenspezifikationen erfüllen kann. Durch die Simulation, um den Effekt der Beschichtungsgeschwindigkeit zu untersuchen, kann die Beschichtungsgeschwindigkeit berechnet werden, die für eine gegebene Dickenuniformitätsspezifikation verwendet werden sollte. Dies ermöglicht es uns, die Herstellungskosten bereits in der Entwurfsphase abzuschätzen.

Durch die Verbesserung des Designs oder die Verwendung von Poren zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit kann die höchste unterstützte Galvanikgeschwindigkeit simuliert werden, sowie die Kosteneinsparungen, die bei der Herstellung von Leiterplatten eingespart werden können.

Seven, führen Sie die Simulation durch die Galvanik App

Diejenigen, die einen elektrochemischen Hintergrund haben und Simulationsmodelle und Software verstehen, erstellten galvanische Simulationsmodelle. Leiterplattendesigner sind in der Regel gut im elektrischen Design, haben aber wenig oder keine Kenntnisse über elektrochemische Prozesse in der Fertigung.