電路設計 - 如何實現PCB電鍍模擬設計？

這個 PCB板 是幾乎所有電子產品的覈心, 它攜帶實現其功能的元件和銅線. 製造過程通常包括電鍍, 不同設計的電鍍會有所不同. 這需要模擬和優化工程師不斷創建新模型. 如果你能把大部分工作委託給設計, 設計和製造的工程技術人員 PCB板s, 讓他們自己做電鍍類比, 那麼會發生什麼? 來這裡看看如何實現它.

1、定制電鍍類比軟體應用

您可以使用應用程序開發人員和COMSOL Multiphysics 5.0版中的電鍍模塊來定制電鍍應用程序。 有了它，PCB板設計人員可以使用模擬來分析設計和製造過程中的許多因素。 他們可以判斷設計是否符合銅線規格，評估此類設備的效能，並在不瞭解電鍍知識的情况下估計電鍍過程的製造成本。

2、電鍍銅圖形的設計挑戰

普通PCB板使用一層或多層銅線連接板上的有源和無源元件。 另一方面，更先進的PCB板使用電鍍銅圖案來生成電路。 在實際開始電鍍之前，應在PCB上製備一層圖案絕緣膜。 該過程通過以下步驟實現。

在PCB板上製備一層圖案化絕緣膜：

第一步是在PCB上鍍一層薄的導電銅種子層。 接下來，PCB板的表面需要塗一層光刻膠（光敏聚合物膜）。 這個過程通常被稱為光刻。 在此過程中，將覆蓋圖案掩模的光刻膠置於紫外光下，並溶解暴露區域。 結果是一塊具有圖案絕緣膜的PCB板，並且圖案底部的種子層已經暴露。

在 PCB電鍍工藝, 這個 PCB板 and the copper anode (such as a solid copper strip) are immersed in the electroplating tank, 含有硫酸和硫酸銅的電解質. 在種子層的陽極和陰極之間施加電壓, 引起電化學還原反應, and copper ions are reduced to the copper metal plated (deposited) on the seed layer. 隨著時間的推移, 塗層厚度與電化學反應速率成正比, 速率由種子層不同位置的電流密度决定. 因此, 圖案化光致抗蝕劑腔填充有固體銅. The average current density can be controlled to maintain the plating speed (for example, the total current in the patterned area to be plated).

最後，去除剩餘的光刻膠，並蝕刻薄種子層以分離不同的鍍銅導線。

3、電鍍速度均勻性：

該過程中的一個已知問題是，整個PCB板中的電鍍速度並不總是均勻的。 電解液中的電場集中在由大絕緣區域包圍的導電圖案和靠近PCB板邊緣的圖案上。 電場的不均勻性在這些區域的陰極表面上產生更高的局部電流密度，這種效應通常被稱為電流聚集。 隨著時間的推移，鍍層的厚度與電流密度成正比，這將導致PCB中銅線的厚度發生不期望的變化。 這意味著PCB上不同位置的銅線之間的電阻將不同。 當PCB板用於電子設備時，這種厚度變化可能是效能問題，甚至在最壞的情况下，也是設備故障的根本原因。

第四，PCB設計階段的模擬和優化

為了避免電子設備運行期間的效能下降或設備故障，銅線電路必須滿足一組厚度均勻性規範。 通常，印刷電路板的設計者依賴於簡單的設計規則，例如最大和最小線寬、間距和圖案密度。 然而，通過電鍍類比，可以更準確地計算銅層厚度的預期變化。 有了這些資訊，可以在早期階段修改設計，而無需等待原型的結果。

為了避免靠近PCB板邊緣的聚集效應，可以在陽極和電鍍槽之間放置具有開口的孔，即絕緣遮罩層。 右圖顯示了通過類比優化後可以實現最小厚度變化的孔開口尺寸及其在電鍍槽中的位置。

第五，考慮PCB板製造成本

如果PCB板製造商想要具有競爭力，他們必須考慮製造成本。 如前所述，最終產品始終需要滿足銅厚度均勻性規範。 厚度均勻性在本質上取決於電鍍過程中的總電鍍速度； 總速度越高，厚度變化越大。 此外，總加工時間决定了生產線的產量，囙此也决定了製造成本。

第六, PCB製造 電鍍成本最小化

為了最大限度地降低製造成本，將以滿足厚度規格的最大可能速度進行加工。 通過使用類比研究電鍍速度的影響，可以計算給定厚度均勻性規範應使用的電鍍速度。 這使我們能够在設計階段估算製造成本。

通過改進設計，或使用孔隙改善均勻性，可以類比可支持的最高電鍍速度，以及可在PCB板生產中節省的成本。

第七，通過電鍍應用程序運行類比

具有電化學背景並瞭解類比模型和軟件的人員創建了電鍍類比模型。 PCB板設計師通常擅長電力設計，但對製造中的電化學過程知之甚少或一無所知。