印刷電(diàn)路板铜分(fēn)布均匀的两种方法

2021-06-23

印刷電(diàn)路板铜分(fēn)布均匀的两种方法

首先，它是什么，為(wèi)什么我们要在 PCB 上均匀分(fēn)布铜？查看材料堆叠，因為(wèi)它在导體(tǐ)和電(diàn)介质材料之间交替。目标是在您从中心線(xiàn)向外工作时构建铜配重的镜像。

除了指定交替的形状和布線(xiàn)层之外，“最环保”的 PC 板将涉及最少的蚀刻。很(hěn)直观的是，去除更少的材料将需要更少的时间在溶剂罐中。时间就是金钱，因此应该有(yǒu)足够的理(lǐ)由让所有(yǒu)层都偏向铜填充。

除了在设备上更容易之外，铜偏置设计将有(yǒu)助于保持整个電(diàn)路板的均匀厚度。虽然我们通常会从供应商(shāng)那里获得 +/- 10% 的厚度公差，但在涉及实际 PCB 厚度时，我们通常需要更紧密的分(fēn)布。

我们基本上必须允许 10% 的厚度公差，同时旨在通过提供充分(fēn)利用(yòng)原材料的艺术品来获得 5% 的差异。我们设计的電(diàn)路板越均匀，结果就越一致。

这适用(yòng)于翘曲（扭曲和弯曲）占板总長(cháng)度的百分(fēn)比。顺便说一句，0.75% 是新(xīn)的 1%，因為(wèi)我们继续推动制造商(shāng)提供支持高引脚数表面贴装设备的更平坦的電(diàn)路板。

最后，目标是最终得到厚度和薄饼一样平坦的印刷電(diàn)路板。我们正在寻找的最终结果是组装过程中的高产量和低缺陷率，同时在制造过程中节省资源。好的，让我们一起做。

高清互连 (HDI) 策略

与传统的通孔技术相比，使用(yòng) HDI 有(yǒu)更多(duō)的自由度。我的建议是在信号层完全连接后在走線(xiàn)周围添加接地填充物(wù)。一旦铜線(xiàn)泛滥到位，跟踪推挤会话将有(yǒu)利于路由层的地方将更加明显。

我们希望在他(tā)们自己的法拉第笼中隔离差分(fēn)对。出于不同的原因，时钟网和传感网也布線(xiàn)在各自的通道中。时钟是侵略者，而您知道，许多(duō)传感線(xiàn)对外部影响很(hěn)敏感，尤其是来自时钟和高速连接的影响。

图 1. 图片来源

一旦将走線(xiàn)分(fēn)组以最大化铜泛滥，同时保持理(lǐ)想的走線(xiàn)间距，在逐层基础上围绕形状周边放样接地通孔将相对容易。HDI 构造中使用(yòng)的微通孔将适合小(xiǎo)空间，并且仅跨越将局部地平面缝合到其专用(yòng)层上的通用(yòng)地平面所需的层。

PCB 使用(yòng) HDI 技术总是有(yǒu)原因的。总是，一个或多(duō)个组件是技术驱动因素，而電(diàn)路板上的其他(tā)電(diàn)路则被这种细间距几何结构过度服務(wù)。微通孔仍然可(kě)以用(yòng)作典型稳压器上较大的電(diàn)源和接地引脚的焊盘中通孔解决方案，即使它们适用(yòng)于更主流的解决方案。 

一旦有(yǒu)了微通孔，您不妨充分(fēn)利用(yòng)它们。制作微通孔总是比制作通孔要快得多(duō)。是的，当它们一次一层地通过電(diàn)路板时，它们的数量更多(duō)，但这个过程很(hěn)好理(lǐ)解并且众所周知是相当可(kě)靠的。

具有(yǒu)電(diàn)镀通孔策略的電(diàn)路板

在 PCB 结构方面，预算限制常常迫使我们保持低技术水平。当然，有(yǒu)时只需要老派的制造。電(diàn)镀通孔 (PTH) 工艺是使用(yòng)中最可(kě)靠的技术。我们经常发现它在我们的車(chē)辆引擎盖下或在火箭上被射入太空。无论我们谈论的是成本规模的低端还是高端，PTH 板仍有(yǒu)很(hěn)長(cháng)的路要走。

问题是每个过孔都穿过每一层，所以当我们尝试使用(yòng)过孔来创建热路径或法拉第笼时，很(hěn)容易得到太多(duō)好的东西。缝合通孔的密度会在電(diàn)源层和布線(xiàn)层上形成障碍，从而减少流量。

图 2. 图片来源：在过多(duō)过孔会造成破坏的位置加载金属。

通常，HDI 板用(yòng)于管理(lǐ)電(diàn)流密度和高速传输線(xiàn)的程度比其 PTH 表亲更大。在中低密度设计中，引脚之间的空间会更加宽松，因此布線(xiàn)解决方案可(kě)能(néng)会更简单。

我们仍然会看到電(diàn)源、接地和信号层之间的金属负载存在很(hěn)大差异。為(wèi)了防止 PCB 像薯片，我们要使铜分(fēn)布均匀。所有(yǒu)层，无论其功能(néng)如何，都应具有(yǒu)相似的金属化覆盖百分(fēn)比。

您可(kě)以通过在所有(yǒu)未使用(yòng)區(qū)域上淹没铜接地层来到达那里。然后问题就变成了用(yòng)过孔固定每个形状的周長(cháng)。如果让它们“漂浮”，那么形状更有(yǒu)可(kě)能(néng)成為(wèi)将噪音从一个地方传输到另一个地方的管道。

当接地层无论走到哪里都没有(yǒu)良好连接时，地弹、纹波和其他(tā)信号完整性影响更為(wèi)常见。组件、布線(xiàn)总線(xiàn)和電(diàn)源平面可(kě)能(néng)使添加每层覆铜所需的过孔变得困难。

出于这个原因，我倾向于在不建议接地的地方添加非功能(néng)性铜。可(kě)以有(yǒu)一个制造说明，说明非功能(néng)性铜的尺寸、形状和间距。在没有(yǒu)关于该主题的注释的情况下将不平衡的電(diàn)路板贴出会触发晶圆厂要求允许添加“窃取”。

制造商(shāng)自愿这样做是為(wèi)了满足 IPC 对平整度和厚度的要求，但我相信如果您带头，他(tā)们会更高兴。我不想把它留给他(tā)们，所以我继续将窃取作為(wèi)艺术品的一部分(fēn)而不是依赖于晶圆厂筆(bǐ)记。

关于实施盗铜的最后思考

你听说过黄金比例吗？它是在自然界中发现的东西，例如鹦鹉螺壳或飓风的腔室。它也受到建筑师和平面设计师的青睐。这是我在创建盗贼區(qū)域时喜欢使用(yòng)的几何图形。制作一排排偏移的矩形以类似于砖墙是我最喜欢的方法，但一堆小(xiǎo)点也可(kě)以用(yòng)于金属装载。我喜欢认為(wèi)板从砖墙方法中获得了更多(duō)的刚度，尽管没有(yǒu)证据。

图 3. 图片来源：在小(xiǎo)矩形中可(kě)以看到黄金比例的几何形状。数值上接近1:1.6

的间距规则将驱动空气间隙和待填充将通知砖的尺寸的區(qū)域的大小(xiǎo)。这种填充方法可(kě)用(yòng)于任何层，但最常见于组件和布線(xiàn)层。底線(xiàn)：不要等待被要求平衡金属负载，只需通过设计说明或对布局工具感到满意即可(kě)。