JuH > De' > 'a ghIH
Heavy og Extreme kopar fyrir hámarks áreiðanleika í PCB Hönnun og tilbúningur
Jul 05, 2018

Ýmsar rafeindatækni vörur eru hönnuð á hverjum degi fyrir ýmsum forritum. Í auknum mæli nýtast þessi verkefni með vaxandi tilhneigingu í prentuðu hringrásartækinu: þungur kopar og öfgafullur PCB kopar.

Hvað skilgreinir mikla koparrás? Mest fáanlegir PCB-tölvur eru framleiddar fyrir lágspennu / lágmarksvinnu, með koparsporum sem eru gerðir úr koparþyngd, allt frá ½-oz / ft2 til 3-oz / ft2. Stór koparhringur er framleiddur með koparþyngd einhvers staðar á milli 4-oz / ft2 til 20-oz / ft2. Koparþyngd yfir 20-oz / ft2 og allt að 200-oz / ft2 eru einnig mögulegar og er nefndur öfgafullur kopar.

Í þessum umfjöllun munum við fyrst og fremst leggja áherslu á mikla kopar. Aukinn koparþyngd ásamt hentugum undirlagi og þykkari málun í götunum umbreytir einu sinni óáreiðanlegt, veikt hringrásartæki í varanlegt og áreiðanlegt raflögnarmiðju.

Bygging þungar koparrásar gefur til kynna borð með ávinningi eins og:

Aukin þrek á varma stofnum

Aukin núverandi burðargeta

Aukin vélrænni styrkur á tengisvæðum og í PTH holum

Framandi efni notuð til fulls möguleika þeirra (þ.e. háhita) án þess að hringrás bilun

Minni vöruúrval með því að sameina marga koparþyngd á sama lagi rafrásanna (mynd 1)

Þungur koparhúðuð vias bera hærri straum í gegnum borðið og hjálpa til við að flytja hita yfir í ytri hitaskáp

Hettibúnaður um borð beint á borð við yfirborðið með því að nota allt að 120-oz koparflugvélar

Um borð í hár-máttur þéttleika planar spenni

Þrátt fyrir að gallarnir séu fáir er mikilvægt að skilja grunnbyggingu þungra koparrásarinnar til að meta hæfileika sína og hugsanlega forrit.

Mynd 1: Dæmi með 2-oz, 10-oz, 20-oz og 30-oz kopar lögun á sama laginu.

Heavy Kopar Hringrás Framkvæmdir

Standard PCB, hvort tveggja eða tvíhliða, eru framleidd með því að nota blöndu af kopar ets og málunarferli. Hringrásarlög byrja eins og þunnt blöð af koparþynnu (venjulega 0,5-oz / ft2 til 2-oz / ft2) sem er etsað til að fjarlægja óæskileg kopar og plata til að bæta koparþykkt við flugvélar, sneiðar, púða og málmhúðaðar holur. Allir hringrásarlögin eru lagskipt í heill pakkningu með því að nota epoxý-undirstaða hvarfefni, eins og FR-4 eða fjölimíð.

Stöður sem innihalda þungar koparrásir eru framleiddar á nákvæmlega sama hátt, þó með sérhæfðum eininga- og málunaraðferðum, svo sem háhraða / skrefi málmvinnslu og mismunandi einingu. Sögulega voru þungar kopargerðir mynduð að öllu leyti með því að etða þykkt koparhúðuð lagskipt borðefni sem veldur ójafnri hliðarveggjum og óviðunandi skurður. Framfarir í plating tækni hafa leyft þungur kopar lögun að myndast með blöndu af málun og etsingu, sem leiðir til beinar hliðar og óveruleg undirstöðu.

Plating á miklum kopar hringrás gerir stjórnar framleiðandi að auka magn af kopar þykkt í Útsala holur og um hliðarveggir. Nú er hægt að blanda þungt kopar með venjulegum eiginleikum á einu borði. Kostir fela í sér minni lagafjölda, dreifingu á lágum höggdeyfingu, minni fótspor og hugsanlega kostnaðarsparnað.

Venjulega voru háhraða / hár-máttur rafrásir og stjórna þeirra hringrás framleitt sérstaklega á aðskildum stjórnum. Heavy koparplötur gerir það mögulegt að samþætta háþróaða hringrás og stjórnrásir til að átta sig á mjög þéttum, en einföldum stjórnskipulagi.

Þungar kopargerðir geta verið óaðfinnanlega tengdir hefðbundnum hringrásum. Heavy kopar og staðalbúnaður má setja með lágmarks takmörkun að því tilskildu að hönnuður og framleiðandi fjalla um framleiðsluþol og hæfileika fyrir lokahönnun (mynd 2).

Mynd 2: 2-oz lögun tengja stýringu hringrás en 20-oz lögun bera hár-núverandi fullt.

Núverandi flutningsgeta og hitastig

Hversu mikið er hægt að bera koparás á öruggan hátt? Þetta er spurning sem oft er lýst af hönnuðum sem óska að fella þungar koparrásir í verkefnið. Þessi spurning er venjulega svarað með annarri spurningu: Hversu mikið hita hækkar getur verkefnið staðist? Þessi spurning stafar af því að hiti hækkar og núverandi flæði fer í hönd. Við skulum reyna að svara báðum þessum spurningum saman.

Þegar straumur rennur eftir spor, þá er það I2R (afltap) sem leiðir til staðbundinnar upphitunar. Leiðin kólnar með leiðni (í nærliggjandi efni) og convection (inn í umhverfið). Þess vegna, til þess að finna hámarksstrauminn sem rekja má á öruggan hátt, verður að finna leið til að meta hitastigið sem tengist beittri straumi. Tilvalið ástand væri að ná stöðugu hitastigi þar sem hitastigið er jafnt og kælt. Sem betur fer höfum við IPC formúlu sem við getum notað til að móta þennan atburð.

IPC-2221A: Útreikningur á núverandi getu utanaðkomandi lags [1]:

I = .048 * DT (.44) * (W * Th) (.725)

Þar sem ég er núverandi (magnara), DT er hitastig hækkun (° C), W er breidd sporsins (mil) og Th er þykkt sporsins (mil). Innri ummerki skal minnka um 50% (áætlun) í sömu hita. Með því að nota IPC formúlunni myndum við mynd 3, sem sýnir núverandi flutningsgetu nokkurra sneiða af mismunandi þvermálum með 30 ° C hitastig.

Mynd 3: U.þ.b. straumur fyrir tiltekna lagastærð (20˚C tímabundin hækkun).

Hvað telur viðunandi magn af hita hækkun mun vera mismunandi fromproject til verkefnisins. Flestir rafrásir díóbútækjanna geta þola hitastig 100 ° C yfir umlykur, þó að þessi upphæð breytinga á hitastigi væri óviðunandi í flestum tilfellum.

Hringrás stjórn styrk og Survivability

Framleiðendur og hönnuðir hringrásartækja geta valið úr fjölbreyttu dielectric efni, frá stöðluðu FR-4 (hitastig 130 ° C) við háhita pólýímíð (vinnslutími 250 ° C). Hátt hitastig eða öfgafullt umhverfisástand getur kallað fyrir framandi efni, en ef rásirnar og spjöldin eru venjuleg 1-oz / ft2, munu þeir lifa af þeim öfgustu aðstæður? Hringrás borð iðnaður hefur þróað prófunaraðferð til að ákvarða varma heilleika lokið hringrás vöru. Hitastigið kemur frá ýmsum stjórnarframleiðslu, samsetningar og viðgerðarferlum, þar sem munurinn á hitastigsspennuþéttni (CTE) Cu og PWB-lagskiptanna veitir drifkraftinn til kjarnaþrýstings og vöxtur við bilun hringrásarinnar. Hitaþrýstingsprófun (TCT) athugar að aukið viðnám hringrásar þar sem það fer frá hitastigi til lofts frá 25 ° C til 260 ° C.

Aukning á viðnám gefur til kynna sundurliðun á rafmagnsheilleika með sprungum í koparrásinni. Stöðluð afsláttarmiðahönnun fyrir þetta próf nýtir keðju með 32 útsettum götum sem hefur lengi verið talin vera veikasti punkturinn í hringrás þegar hann er háð hitastigi.

Rannsóknir á hitameðferð sem gerðar eru á stöðluðum FR-4 borðum með 0,8 mm til 1,2 mils koparhúðun hafa sýnt að 32% af hringrás mistakast eftir átta hringrásir (20% aukning á viðnám er talin bilun). Rannsóknir á hitameðferð sem gerðar eru á framandi efni sýna verulegar úrbætur á þessu bilunartíðni (3% eftir átta lotur fyrir sýanat ester) en eru óhóflega dýr (fimm til 10 sinnum efnisverð) og erfitt að vinna úr. Meðaltals yfirborðsfjölda tækniþættir sjá að minnsta kosti fjórar hitauppstreymi fyrir sendinguna og gætu séð til viðbótar tvö hitauppstreymi fyrir hverja hluti viðgerð.

Það er ekki óraunhæft fyrir SMOBC borð sem hefur farið í gegnum viðgerð og skipti hringrás til að ná samtals níu eða 10 hitauppstreymi hringrás. Niðurstöður TCT sýna greinilega að bilunarhraði, sama hvaða borðefni, getur orðið óviðunandi. Prentað hringrás borð framleiðendur vita að kopar rafhúðun er ekki nákvæm vísindi breytingar á núverandi þéttleika yfir borð og í gegnum fjölda holu / um stærðir leiða í kopar þykkt afbrigði allt að 25% eða meira. Flestir sviðir "þunnt kopar" eru á úthlutuðu holuveggjum. TCT niðurstöðurnar sýna greinilega að þetta sé raunin.

Notkun mikillar koparrásir myndi draga úr eða eyða þessum mistökum að öllu leyti. Plata 2-oz / ft2 kopar í holu vegg minnkar bilunarhraða að næstum núlli (TCT-niðurstöður sýna 0,57% bilunartíðni eftir átta lotur fyrir staðlaða FR-4 með að minnsta kosti 2,5 mil koparhúðun). Í raun er koparásin óhagstæð fyrir vélrænni álagið sem hitað er á með hitameðferðinni.

Thermal Management

Eins og hönnuðir leitast við að fá hámarksverðmæti og frammistöðu frá verkefnum sínum, eru prentuð brautir flóknari og eru knúin áfram að meiri styrkþéttleika. Miniaturization, notkun orkutengdra efna, mikla umhverfisaðstæður og miklar kröfur auka mikilvægi hitauppstreymis. Hærri tap í formi hita, sem oft myndast í rekstri rafeindatækni, þarf að losna frá upptökum og geisla í umhverfið; annars gætu þættirnir ofhitnað og mistök geta leitt til. Hins vegar geta þungir koparrásir hjálpað til við að draga úr I2R tapinu og með því að stilla hita í burtu frá verðmætum hlutum og draga úr bilunarmörkum verulega.

Til þess að ná fram réttri hitaleiðni frá hitagjöfum í og á yfirborði hringrásartafla eru heatsinks notuð. Tilgangur hvers heatsink er að útrýma hita frá upptökum kynslóðar með leiðni og gefa frá sér þessa hitastig með því að koma í veg fyrir umhverfið. Hitastigið á annarri hlið stjórnarinnar (eða innra hitastofnana) er tengt við koparveiru (stundum kallað "hita vias") á stóra beru kopar svæði á hinni hliðinni.

Venjulega eru klassískir heatsinks bundin við þetta bursta koparflöt með því að nota hitaleiðandi lím eða í sumum tilvikum eru þau klædd eða boltar. Flestir heatsinks eru úr kopar eða áli. Samsetningarferlið sem krafist er í klassískum heatsinks samanstendur af þremur vinnuþröngum og kostum skrefum.

Til að byrja, verður málmið sem húshitun að vera slegið eða skera í nauðsynleg form. Límið verður einnig að skera eða stimpla til að passa nákvæmlega milli hringrásarinnar og hitaskápinn. Síðast en ekki síst, skal hitaskápurinn vera rétt staðsettur á PCB og allur pakkinn þarf að húða fyrir rafmagns- og / eða tæringarþol með viðeigandi skúffu eða kápu.

Venjulega getur ofangreint ferli ekki verið sjálfvirk og þarf að gera með hendi. Tíminn og vinna sem þarf til að klára þetta ferli er þýðingarmikið og niðurstöðurnar eru óæðri en vélrænt sjálfvirk ferli. Hins vegar eru innbyggðar heatsinks búnar til við framleiðslu á PCB og þurfa ekki frekari samsetningu. Heavy kopar hringrás tækni gerir þetta mögulegt. Þessi tækni gerir það kleift að bæta við þykkum koparhitasölum nánast hvar sem er á ytri fleti borðsins. Heatsinks eru galvaniseruðu á yfirborðinu og tengjast því með hitaþyrpingu án tenginga sem hindra hitaleiðni.

Annar ávinningur er viðbótar koparhúðun í hitaþvottinum, sem dregur úr hitauppstreymi stjórnarhönnunarinnar og átta sig á að þeir geti búist við sömu nákvæmni og endurtekningarhæfni sem felst í PCB framleiðslu. Vegna þess að planar vafningar eru reyndar flötir leiðandi spor sem myndast á koparhúðuðum lagskiptum, bæta þau heildarþéttleiki miðað við sívalninga vírleiðara. Þessi ávinningur er vegna þess að lágmarki húðáhrif og meiri virkni í notkun.

Á borðplötur nást framúrskarandi grunn- og framhaldsskólakennsla og framhaldsskólakennsla vegna þess að sama dívalefnið er notað á milli allra laga og tryggir fullkomið innhólfun allra snúninga. Að auki er hægt að hella aðalrennsli þannig að efri vindarnir eru samsettir milli aðalhluta, að ná fram lágu lekahleypni. Standard PCB lamination tækni, með val á ýmsum epoxý kvoða, getur örugglega samloka allt að 50 lög af kopar vafningum eins þykkt og 10-oz / ft2.

Við framleiðslu á þungum koparrásum erum við venjulega að takast á við umtalsverð þykkt þykkt; Þess vegna verður að greiða fyrir að skilgreina snefileiðir og púðarstærð. Af þessum sökum eru hönnuðir ráðlagt að hafa stjórnunarbúnaðinn um borð snemma í hönnuninni.

Rafmagns vörur rafeindatækni sem nota þungar koparrásir hafa verið í notkun í mörg ár í hernaðar- og geimferðaiðnaði og eru að ná skriðþunga sem tæknibúnaður í iðnaðarframleiðslu. Talið er að kröfur markaðarins muni auka umsókn þessa tegundar vöru í náinni framtíð.

Tilvísanir:

1. IPC -2221A