Conception électronique - Comment réaliser la conception de simulation de placage PCB?

La carte PCB est au cœur de presque tous les produits électroniques, elle porte les composants et les fils de cuivre qui remplissent ses fonctions. Le processus de fabrication comprend généralement le placage, qui variera d'un design à l'autre. Cela nécessite que les ingénieurs de simulation et d'optimisation créent constamment de nouveaux modèles. Que se passerait - il si vous pouviez déléguer la majeure partie de votre travail à la conception, à l'ingénierie et aux techniciens qui conçoivent et fabriquent les cartes PCB, en les laissant faire leurs propres simulations de placage? Venez voir comment y parvenir.

1. Application logicielle personnalisée de simulation de placage

Vous pouvez utiliser le développeur d'applications et le module de placage dans comsol multiphysics version 5.0 pour définir des applications de placage. Avec elle, les concepteurs de cartes PCB peuvent utiliser la simulation pour analyser de nombreux facteurs dans les processus de conception et de fabrication. Ils peuvent juger si la conception est conforme aux spécifications du fil de cuivre sans comprendre le placage, évaluer les performances de ce type d'équipement et estimer le coût de fabrication du processus de placage.

2. Défis de conception pour les graphiques en cuivre plaqué

Les cartes PCB courantes utilisent une ou plusieurs couches de fils de cuivre pour connecter les composants actifs et passifs sur la carte. D'autre part, les cartes PCB plus avancées utilisent des motifs galvaniquement cuivrés pour générer des circuits. Avant de commencer réellement le placage, un film isolant à motifs doit être préparé sur le PCB. Ce processus est mis en œuvre par les étapes suivantes.

Préparer un film isolant à motifs sur la carte PCB:

La première étape consiste à déposer une fine couche conductrice de germes de cuivre sur le PCB. Ensuite, la surface de la carte PCB doit être revêtue d'une couche de photorésist (film polymère photosensible). Ce processus est souvent appelé lithographie. Dans ce procédé, la photorésine recouvrant le masque à motifs est placée sous lumière ultraviolette et dissout les zones exposées. Le résultat est une carte PCB avec un film isolant à motifs et la couche de germination à la base du motif a été exposée.

Au cours du processus de placage de PCB, les plaques de PCB et les anodes en cuivre telles que les bandes de cuivre solides sont immergées dans un bain de placage contenant de l'acide sulfurique et un électrolyte de sulfate de cuivre. Une tension électrique est appliquée entre l'anode et la cathode de la couche de germe, ce qui provoque une réaction de réduction électrochimique et les ions cuivre sont réduits en métal cuivré plaqué (déposé) sur le germe. Au cours du temps, l'épaisseur du revêtement est proportionnelle à la vitesse de la réaction électrochimique et la vitesse est déterminée par la densité de courant à différents endroits de la couche de germination. Ainsi, la cavité photorésistive structurée est remplie de cuivre massif. La densité de courant moyenne peut être contrôlée pour maintenir la vitesse de placage (par example le courant total dans la zone à placage).

Enfin, la résine photosensible restante est retirée et la fine couche de germination est gravée pour séparer les différents fils cuivrés.

3. Uniformité de vitesse de placage:

Un problème connu dans ce procédé est que la vitesse de placage n'est pas toujours uniforme dans toute la carte PCB. Le champ électrique dans l'électrolyte est concentré sur les motifs conducteurs entourés de grandes zones isolantes et sur les motifs proches des bords de la carte PCB. L'inhomogénéité du champ électrique crée des densités de courant locales plus élevées sur la surface cathodique de ces zones, un effet communément appelé agrégation de courant. Au fil du temps, l'épaisseur du placage est proportionnelle à la densité de courant, ce qui entraînera des changements indésirables dans l'épaisseur du fil de cuivre dans le PCB. Cela signifie que la résistance entre les fils de cuivre à différents endroits sur le PCB va changer. Cette variation d'épaisseur peut être un problème de performance et, dans le pire des cas, une cause sous - jacente de défaillance de l'appareil lorsque la carte PCB est utilisée dans l'électronique.

Quatrièmement, simulation et optimisation de la phase de conception de PCB

Afin d'éviter une dégradation des performances de l'électronique ou une défaillance de l'équipement pendant le fonctionnement, les circuits à fil de cuivre doivent répondre à un ensemble de spécifications d'uniformité d'épaisseur. Généralement, les concepteurs de cartes de circuits imprimés s'appuient sur des règles de conception simples telles que la largeur maximale et minimale des lignes, l'espacement et la densité des motifs. Cependant, avec la simulation de placage, il est possible de calculer plus précisément la variation attendue de l'épaisseur de la couche de cuivre. Avec ces informations, la conception peut être modifiée à un stade précoce sans attendre le résultat du prototype.

Pour éviter les effets d'agrégation au voisinage des bords de la carte PCB, il est possible de placer un trou avec une ouverture, c'est - à - dire un blindage isolant, entre l'anode et le bain de placage. La figure de droite montre la taille du trou ouvert qui permet d'obtenir une variation d'épaisseur minimale après Optimisation par simulation, ainsi que sa position dans le bain de placage.

Cinquièmement, considérations sur le coût de fabrication de la carte PCB

Si les fabricants de cartes PCB veulent être compétitifs, ils doivent tenir compte des coûts de fabrication. Comme mentionné précédemment, le produit final doit toujours répondre aux spécifications d'uniformité de l'épaisseur du cuivre. L'uniformité de l'épaisseur dépend essentiellement de la vitesse totale de placage au cours du processus de placage; Plus la vitesse totale est élevée, plus la variation d'épaisseur est importante. En outre, le temps de traitement total détermine le rendement de la ligne de production et donc le coût de fabrication.

Sixièmement, les coûts de fabrication et de placage de PCB sont minimisés

Afin de minimiser les coûts de fabrication, l'usinage sera effectué à la vitesse maximale possible pour répondre aux spécifications d'épaisseur. En étudiant l'influence de la vitesse de placage par simulation, il est possible de calculer la vitesse de placage à utiliser pour une spécification d'uniformité d'épaisseur donnée. Cela nous permet d'estimer les coûts de fabrication au stade de la conception.

En améliorant la conception, ou en utilisant des pores pour améliorer l'uniformité, il est possible de simuler les vitesses de placage les plus élevées qui peuvent être prises en charge, ainsi que les économies qui peuvent être réalisées dans la production de cartes PCB.

Vii. Exécuter la simulation par l'application de placage

Ceux qui ont une formation en électrochimie et connaissent les modèles de simulation et les logiciels créent des modèles de simulation de placage. Les concepteurs de cartes PCB sont généralement spécialisés dans la conception électrique, mais connaissent peu ou pas de processus électrochimiques dans la fabrication.