印刷電路板銅分布均勻的兩種方法

2021-06-23

印刷電路板銅分布均勻的兩種方法

首先，它是什么，為什么我們要在 PCB 上均勻分布銅？查看材料堆疊，因為它在導體和電介質(zhì)材料之間交替。目標是在您從中心線(xiàn)向外工作時(shí)構建銅配重的鏡像。

除了指定交替的形狀和布線(xiàn)層之外，“最環(huán)保”的 PC 板將涉及最少的蝕刻。很直觀(guān)的是，去除更少的材料將需要更少的時(shí)間在溶劑罐中。時(shí)間就是金錢(qián)，因此應該有足夠的理由讓所有層都偏向銅填充。

除了在設備上更容易之外，銅偏置設計將有助于保持整個(gè)電路板的均勻厚度。雖然我們通常會(huì )從供應商那里獲得 +/- 10% 的厚度公差，但在涉及實(shí)際 PCB 厚度時(shí)，我們通常需要更緊密的分布。

我們基本上必須允許 10% 的厚度公差，同時(shí)旨在通過(guò)提供充分利用原材料的藝術(shù)品來(lái)獲得 5% 的差異。我們設計的電路板越均勻，結果就越一致。

這適用于翹曲（扭曲和彎曲）占板總長(cháng)度的百分比。順便說(shuō)一句，0.75% 是新的 1%，因為我們繼續推動(dòng)制造商提供支持高引腳數表面貼裝設備的更平坦的電路板。

最后，目標是最終得到厚度和薄餅一樣平坦的印刷電路板。我們正在尋找的最終結果是組裝過(guò)程中的高產(chǎn)量和低缺陷率，同時(shí)在制造過(guò)程中節省資源。好的，讓我們一起做。

高清互連 (HDI) 策略

與傳統的通孔技術(shù)相比，使用 HDI 有更多的自由度。我的建議是在信號層完全連接后在走線(xiàn)周?chē)砑咏拥靥畛湮?。一旦銅線(xiàn)泛濫到位，跟蹤推擠會(huì )話(huà)將有利于路由層的地方將更加明顯。

我們希望在他們自己的法拉第籠中隔離差分對。出于不同的原因，時(shí)鐘網(wǎng)和傳感網(wǎng)也布線(xiàn)在各自的通道中。時(shí)鐘是侵略者，而您知道，許多傳感線(xiàn)對外部影響很敏感，尤其是來(lái)自時(shí)鐘和高速連接的影響。

圖 1. 圖片來(lái)源

一旦將走線(xiàn)分組以最大化銅泛濫，同時(shí)保持理想的走線(xiàn)間距，在逐層基礎上圍繞形狀周邊放樣接地通孔將相對容易。HDI 構造中使用的微通孔將適合小空間，并且僅跨越將局部地平面縫合到其專(zhuān)用層上的通用地平面所需的層。

PCB 使用 HDI 技術(shù)總是有原因的?？偸?，一個(gè)或多個(gè)組件是技術(shù)驅動(dòng)因素，而電路板上的其他電路則被這種細間距幾何結構過(guò)度服務(wù)。微通孔仍然可以用作典型穩壓器上較大的電源和接地引腳的焊盤(pán)中通孔解決方案，即使它們適用于更主流的解決方案。 

一旦有了微通孔，您不妨充分利用它們。制作微通孔總是比制作通孔要快得多。是的，當它們一次一層地通過(guò)電路板時(shí)，它們的數量更多，但這個(gè)過(guò)程很好理解并且眾所周知是相當可靠的。

具有電鍍通孔策略的電路板

在 PCB 結構方面，預算限制常常迫使我們保持低技術(shù)水平。當然，有時(shí)只需要老派的制造。電鍍通孔 (PTH) 工藝是使用中最可靠的技術(shù)。我們經(jīng)常發(fā)現它在我們的車(chē)輛引擎蓋下或在火箭上被射入太空。無(wú)論我們談?wù)摰氖浅杀疽幠５牡投诉€是高端，PTH 板仍有很長(cháng)的路要走。

問(wèn)題是每個(gè)過(guò)孔都穿過(guò)每一層，所以當我們嘗試使用過(guò)孔來(lái)創(chuàng )建熱路徑或法拉第籠時(shí)，很容易得到太多好的東西?？p合通孔的密度會(huì )在電源層和布線(xiàn)層上形成障礙，從而減少流量。

圖 2. 圖片來(lái)源：在過(guò)多過(guò)孔會(huì )造成破壞的位置加載金屬。

通常，HDI 板用于管理電流密度和高速傳輸線(xiàn)的程度比其 PTH 表親更大。在中低密度設計中，引腳之間的空間會(huì )更加寬松，因此布線(xiàn)解決方案可能會(huì )更簡(jiǎn)單。

我們仍然會(huì )看到電源、接地和信號層之間的金屬負載存在很大差異。為了防止 PCB 像薯片，我們要使銅分布均勻。所有層，無(wú)論其功能如何，都應具有相似的金屬化覆蓋百分比。

您可以通過(guò)在所有未使用區域上淹沒(méi)銅接地層來(lái)到達那里。然后問(wèn)題就變成了用過(guò)孔固定每個(gè)形狀的周長(cháng)。如果讓它們“漂浮”，那么形狀更有可能成為將噪音從一個(gè)地方傳輸到另一個(gè)地方的管道。

當接地層無(wú)論走到哪里都沒(méi)有良好連接時(shí)，地彈、紋波和其他信號完整性影響更為常見(jiàn)。組件、布線(xiàn)總線(xiàn)和電源平面可能使添加每層覆銅所需的過(guò)孔變得困難。

出于這個(gè)原因，我傾向于在不建議接地的地方添加非功能性銅?？梢杂幸粋€(gè)制造說(shuō)明，說(shuō)明非功能性銅的尺寸、形狀和間距。在沒(méi)有關(guān)于該主題的注釋的情況下將不平衡的電路板貼出會(huì )觸發(fā)晶圓廠(chǎng)要求允許添加“竊取”。

制造商自愿這樣做是為了滿(mǎn)足 IPC 對平整度和厚度的要求，但我相信如果您帶頭，他們會(huì )更高興。我不想把它留給他們，所以我繼續將竊取作為藝術(shù)品的一部分而不是依賴(lài)于晶圓廠(chǎng)筆記。

關(guān)于實(shí)施盜銅的最后思考

你聽(tīng)說(shuō)過(guò)黃金比例嗎？它是在自然界中發(fā)現的東西，例如鸚鵡螺殼或颶風(fēng)的腔室。它也受到建筑師和平面設計師的青睞。這是我在創(chuàng )建盜賊區域時(shí)喜歡使用的幾何圖形。制作一排排偏移的矩形以類(lèi)似于磚墻是我最喜歡的方法，但一堆小點(diǎn)也可以用于金屬裝載。我喜歡認為板從磚墻方法中獲得了更多的剛度，盡管沒(méi)有證據。

圖 3. 圖片來(lái)源：在小矩形中可以看到黃金比例的幾何形狀。數值上接近1:1.6

的間距規則將驅動(dòng)空氣間隙和待填充將通知磚的尺寸的區域的大小。這種填充方法可用于任何層，但最常見(jiàn)于組件和布線(xiàn)層。底線(xiàn)：不要等待被要求平衡金屬負載，只需通過(guò)設計說(shuō)明或對布局工具感到滿(mǎn)意即可。