Progettazione PCB - Come realizzare la progettazione di simulazione di galvanizzazione PCB?

La scheda PCB è il cuore di quasi tutti i prodotti elettronici e trasporta i componenti e i fili di rame che realizzano le sue funzioni. Il processo di fabbricazione di solito include la placcatura elettrolitica e la placcatura di disegni diversi sarà diversa. Ciò richiede ingegneri di simulazione e ottimizzazione per creare costantemente nuovi modelli. Se è possibile delegare la maggior parte del lavoro al personale di progettazione, ingegneria e tecnico che progetta e produce schede PCB, lasciare che facciano la simulazione galvanica da soli, allora cosa accadrà? Vieni qui per vedere come raggiungerlo.

1. Applicazione software di simulazione galvanica personalizzata

È possibile utilizzare l'App Developer e il modulo galvanica in COMSOL Multiphysics versione 5.0 per personalizzare l'App galvanica. Con esso, i progettisti di schede PCB possono utilizzare la simulazione per analizzare molti fattori nel processo di progettazione e produzione. Possono giudicare se un progetto può soddisfare le specifiche del filo di rame, valutare le prestazioni di tali dispositivi e stimare il costo di produzione del processo di galvanizzazione senza avere conoscenza della galvanizzazione.

2. Sfide di progettazione nella grafica in rame placcato

Le schede PCB comuni utilizzano uno o più strati di fili di rame per collegare i componenti attivi e passivi sulla scheda. D'altra parte, schede PCB più avanzate utilizzano modelli di rame galvanizzato per generare circuiti. Prima di iniziare effettivamente la galvanizzazione, uno strato di pellicola isolante modellata dovrebbe essere preparato sul PCB. Questo processo si realizza attraverso le seguenti fasi.

Preparare uno strato di film isolante modellato sulla scheda PCB:

Il primo passo è placcare un sottile strato conduttivo di semi di rame sul PCB. Successivamente, la superficie della scheda PCB deve essere rivestita con uno strato di fotoresist (film polimerico fotosensibile). Questo processo è solitamente chiamato fotolitografia. In questo processo, il photoresist che copre la maschera modellata viene posto sotto luce ultravioletta e l'area esposta viene sciolta. Il risultato è una scheda PCB con un film isolante modellato e lo strato di seme nella parte inferiore del modello è stato esposto.

Nel processo di galvanizzazione PCB, la scheda PCB e l'anodo di rame (come una striscia di rame solida) sono immersi nel serbatoio di galvanizzazione, che contiene un elettrolita di acido solforico e solfato di rame. Una tensione viene applicata tra l'anodo e il catodo dello strato di seme, che provoca una reazione di riduzione elettrochimica e gli ioni di rame sono ridotti al metallo rame placcato (depositato) sullo strato di seme. Col passare del tempo, lo spessore del rivestimento è direttamente proporzionale alla velocità della reazione elettrochimica e la velocità è determinata dalla densità corrente in diverse posizioni dello strato di seme. Pertanto, la cavità fotoresist modellata è riempita con rame solido. La densità media di corrente può essere controllata per mantenere la velocità di placcatura (ad esempio, la corrente totale nell'area modellata da placcare).

Infine, il restante photoresist viene rimosso e viene inciso un sottile strato di semi per separare i diversi fili placcati in rame.

3. Uniformità della velocità di galvanizzazione:

Un problema noto in questo processo è che la velocità di placcatura nell'intera scheda PCB non è sempre uniforme. Il campo elettrico nell'elettrolita è concentrato sul modello conduttivo circondato dalla grande area isolante e dal modello vicino al bordo della scheda PCB. La non uniformità del campo elettrico produce una maggiore densità di corrente locale sulla superficie catodica in queste regioni, e questo effetto è comunemente indicato come raggruppamento di corrente. Nel tempo, lo spessore dello strato di placcatura è direttamente proporzionale alla densità corrente, che causerà cambiamenti indesiderati nello spessore del filo di rame nel PCB. Ciò significa che la resistenza tra i fili di rame in diverse posizioni sul PCB varia. Quando le schede PCB sono utilizzate in dispositivi elettronici, questa variazione di spessore può essere un problema di prestazioni e anche nel peggiore dei casi, la causa principale del guasto del dispositivo.

Quarto, la simulazione e l'ottimizzazione della fase di progettazione PCB

Al fine di evitare il degrado delle prestazioni o il guasto del dispositivo durante il funzionamento dei dispositivi elettronici, i circuiti in filo di rame devono soddisfare una serie di specifiche di uniformità dello spessore. Normalmente, i progettisti di circuiti stampati si affidano a semplici regole di progettazione, come larghezze di linea massime e minime, spaziatura e densità del modello. Tuttavia, attraverso la simulazione di galvanizzazione, il cambiamento previsto nello spessore dello strato di rame può essere calcolato in modo più accurato. Con queste informazioni, il progetto può essere modificato in una fase iniziale senza attendere i risultati del prototipo.

Per evitare l'effetto di clustering vicino al bordo della scheda PCB, un foro con un'apertura può essere posizionato tra l'anodo e il serbatoio di galvanizzazione, cioè uno strato di schermatura isolante. La figura a destra mostra la dimensione dell'apertura del poro che può ottenere il più piccolo cambiamento di spessore dopo l'ottimizzazione mediante simulazione, e il suo posizionamento nel bagno di galvanizzazione.

Quinto, considerazione del costo di produzione della scheda PCB

Se i produttori di schede PCB vogliono essere competitivi, devono considerare i costi di produzione. Come accennato in precedenza, il prodotto finale deve sempre soddisfare una specifica di uniformità dello spessore del rame. L'uniformità dello spessore dipende essenzialmente dalla velocità totale di placcatura durante il processo di galvanizzazione; Maggiore è la velocità complessiva, maggiore è la variazione dello spessore. Inoltre, il tempo totale di lavorazione determina il volume di produzione della linea di produzione e, quindi, determina anche il costo di produzione.

Sesto, i costi di produzione e galvanizzazione dei PCB sono ridotti al minimo

Al fine di ridurre al minimo i costi di produzione, la lavorazione verrà eseguita alla massima velocità possibile in grado di soddisfare le specifiche di spessore. Utilizzando la simulazione per studiare l'effetto della velocità di placcatura, la velocità di placcatura che dovrebbe essere utilizzata per una specifica di uniformità di spessore data può essere calcolata. Questo ci permette di stimare il costo di produzione in fase di progettazione.

Migliorando il design, o utilizzando i pori per migliorare l'uniformità, è possibile simulare la più alta velocità di galvanizzazione che può essere supportata, così come i risparmi sui costi che possono essere risparmiati nella produzione di schede PCB.

Sette, esegui la simulazione attraverso l'app di galvanizzazione

Coloro che hanno un background elettrochimico e comprendono modelli di simulazione e software hanno creato modelli di simulazione galvanica. I progettisti di schede PCB sono solitamente bravi nella progettazione elettrica, ma hanno poca o nessuna conoscenza dei processi elettrochimici nella produzione.