Diseño electrónico - ¿¿ cómo realizar el diseño de simulación de galvanoplastia de pcb?

El tablero de PCB es el núcleo de casi todos los productos electrónicos y lleva componentes y cables de cobre que realizan sus funciones. El proceso de fabricación suele incluir la galvanoplastia, que varía de un diseño a otro. Esto requiere que los ingenieros de simulación y optimización sigan creando nuevos modelos. ¿Si puedes confiar la mayor parte del trabajo a los diseñadores, ingenieros y técnicos que diseñan y fabrican placas de PCB para que hagan sus propias simulaciones de galvanoplastia, ¿ qué pasará? Ven aquí a ver cómo se logra.

1. aplicación de software de simulación de galvanoplastia personalizado

Puede usar el desarrollador de aplicaciones y el módulo de galvanoplastia en la versión 5.0 de comsol multiphysics para definir la aplicación de galvanoplastia. Con él, los diseñadores de placas de PCB pueden usar simulaciones para analizar muchos factores en el proceso de diseño y fabricación. Pueden juzgar si el diseño cumple con las especificaciones de alambre de cobre sin conocer la galvanoplastia, evaluar el rendimiento de tales equipos y estimar el costo de fabricación del proceso de galvanoplastia.

2. desafíos de diseño de gráficos de cobre chapado

Las placas de PCB comunes utilizan componentes activos y pasivos en una o más placas de conexión de alambre de cobre. Por otro lado, las placas de PCB más avanzadas utilizan patrones recubiertos de cobre para generar circuitos. Antes de comenzar realmente la galvanoplastia, se debe preparar una película aislante de patrón en el pcb. Este proceso se realiza a través de los siguientes pasos.

Preparar una película aislante de patrón en la placa de pcb:

El primer paso es recubrir el PCB con una fina capa de cristal de semillas de cobre conductor. A continuación, la superficie de la placa de PCB debe estar cubierta con una capa de fotorresistente (película de polímero fotosensible). Este proceso se llama generalmente litografía. En este proceso, el fotorresistente que cubre la máscara de patrón se coloca bajo luz ultravioleta y se disuelve el área expuesta. El resultado es una placa de PCB con película aislante de patrón, y la capa de semilla en la parte inferior del patrón ha sido expuesta.

Durante el proceso de galvanoplastia de pcb, las placas de PCB y los ánodos de cobre (como las cintas de cobre sólidas) se sumergen en el tanque de galvanoplastia, que contiene electrolitos de ácido sulfúrico y sulfato de cobre. Se aplica un voltaje entre el ánodo y el cátodo de la capa de semilla, lo que provoca una reacción de reducción electroquímica, y los iones de cobre se reducen al metal de cobre chapado (depositado) en la semilla. Con el tiempo, el espesor del recubrimiento es proporcional a la velocidad de la reacción electroquímica, y la velocidad está determinada por la densidad de corriente en diferentes posiciones de la capa de semilla. Por lo tanto, la cavidad del fotorresistente patrón está llena de cobre sólido. Se puede controlar la densidad media de corriente para mantener la velocidad de galvanoplastia (por ejemplo, la corriente total en la zona de patrón a recubrir).

Finalmente, se eliminan los fotoresistencias restantes y se erosiona la capa de semilla delgada para separar los diferentes cables recubiertos de cobre.

3. uniformidad de la velocidad de galvanoplastia:

Un problema conocido en este proceso es que la velocidad de galvanoplastia en toda la placa de PCB no siempre es uniforme. Los campos eléctricos en los electrolitos se concentran en patrones conductores rodeados de grandes áreas aislantes y patrones cerca del borde de la placa de pcb. La desigualdad del campo eléctrico produce una mayor densidad de corriente local en la superficie del cátodo en estas áreas, un efecto que generalmente se conoce como acumulación de corriente. Con el tiempo, el espesor del recubrimiento es proporcional a la densidad de corriente, lo que provocará cambios no deseados en el espesor del cable de cobre en el pcb. Esto significa que la resistencia entre los cables de cobre en diferentes posiciones del PCB cambiará. Este cambio de espesor puede ser un problema de rendimiento cuando se utilizan placas de PCB en dispositivos electrónicos, e incluso en el peor de los casos, es la causa fundamental del fallo del equipo.

En cuarto lugar, simulación y optimización de la etapa de diseño de PCB

Para evitar la disminución del rendimiento o la avería del equipo durante el funcionamiento del equipo electrónico, el circuito de alambre de cobre debe cumplir con un conjunto de especificaciones de uniformidad de espesor. En general, los diseñadores de placas de circuito impreso dependen de reglas de diseño simples, como anchos de línea máximos y mínimos, espaciamiento y densidad de patrones. Sin embargo, a través de la simulación de galvanoplastia, se pueden calcular con mayor precisión los cambios esperados en el espesor de la capa de cobre. Con esta información, el diseño se puede modificar en una etapa temprana sin esperar los resultados del prototipo.

Para evitar el efecto de aglomeración cerca del borde de la placa de pcb, se puede colocar un agujero con una apertura, es decir, una capa de blindaje térmico, entre el ánodo y el tanque de galvanoplastia. La imagen derecha muestra el tamaño del agujero abierto, que puede lograr un cambio mínimo de espesor después de la optimización simulada, y su ubicación en el tanque de galvanoplastia.

En quinto lugar, consideraciones sobre los costos de fabricación de placas de PCB

Si los fabricantes de placas de PCB quieren ser competitivos, deben considerar los costos de fabricación. Como se mencionó anteriormente, el producto final siempre debe cumplir con las especificaciones de uniformidad del espesor del cobre. La uniformidad del espesor depende básicamente de la velocidad total de galvanoplastia durante el proceso de galvanoplastia; Cuanto mayor sea la velocidad total, mayor será el cambio de espesor. Además, el tiempo total de procesamiento determina la producción de la línea de producción, por lo que también determina los costos de fabricación.

En sexto lugar, minimizar los costos de fabricación y galvanoplastia de PCB

Para minimizar los costos de fabricación, el procesamiento se llevará a cabo a la velocidad máxima posible para cumplir con las especificaciones de espesor. A través de la simulación para estudiar la influencia de la velocidad de galvanoplastia, se puede calcular la velocidad de galvanoplastia que debe utilizarse en la especificación de uniformidad de espesor dada. Esto nos permite estimar los costos de fabricación en la etapa de diseño.

Al mejorar el diseño o utilizar poros para mejorar la uniformidad, se puede simular la velocidad máxima de galvanoplastia que se puede soportar, así como los costos que se pueden ahorrar en la producción de placas de pcb.

VII. simulación de funcionamiento a través de aplicaciones de galvanoplastia

Aquellos con antecedentes electroquímicos y que conocen modelos y software de simulación crearon modelos de simulación de galvanoplastia. Los diseñadores de placas de PCB suelen ser buenos en el diseño eléctrico, pero saben muy poco o nada sobre los procesos electroquímicos en la fabricación.