Kradzież miedzi vs. Bilansowanie miedzi w produkcji PCB

W produkcji płyt PCB dwie krytyczne techniki ‒ złodziejstwo miedzi i bilans miedzi ‒ rozwiązują różne, ale ze sobą powiązane problemy: nierównomierne pokrycie i wypaczanie płyt.Kradzież miedzi dodaje niefunkcjonalne formy miedzi do pustych obszarów PCB, aby zapewnić spójne pokrycieObie są niezbędne dla wysokiej jakości PCB: kradzież zwiększa wydajność produkcyjną nawet o 10%,i równoważenie zmniejsza delaminację o 15%W niniejszym przewodniku przedstawiono różnice między tymi dwiema technikami, ich przypadki zastosowania oraz sposoby ich wdrożenia w celu uniknięcia kosztownych wad, takich jak nierównomierna grubość miedzi lub skręcone deski.

Kluczowe wnioski
1.Złodzieje miedzi rozwiązują problemy z pokryciem: dodaje nieprzewodzące formy miedzi ( kropki, siatki) do pustych obszarów, zapewniając jednolitą grubość miedzi i zmniejszając nadmierne/niewielkie grawerowanie.
2Wyważanie miedzi zapobiega wypaczaniu: równomiernie rozprowadza miedź we wszystkich warstwach, zapobiegając gięciu desek podczas produkcji (np. laminowania, lutowania) i używania.
3W celu uzyskania najlepszych wyników należy stosować oba rodzaje płyt: kradzież dotyczy jakości powłoki, a równoważenie zapewnia stabilność strukturalną, która jest kluczowa dla wielowarstwowych płyt PCB (powyżej 4 warstw).
4.Reguły projektowania mają znaczenie: Trzymaj wzory kradzieży ≥ 0,2 mm od śladów sygnału; sprawdź równowagę miedzi na każdej warstwie, aby uniknąć delaminacji.
5.Współpraca z producentami: wczesne informacje od producentów PCB zapewniają zgodność wzorców kradzieży/równoważenia z możliwościami produkcyjnymi (np. rozmiar zbiornika do pokrycia, ciśnienie laminacji).

Kradzież miedzi z płytek drukowanych: definicja i cel
Złodzenie miedzi jest techniką koncentrującą się na produkcji, która dodaje niefunkcjonalne kształty miedzi do pustych powierzchni PCB.), nie przewożą sygnałów ani energii. Ich jedynym zadaniem jest poprawa jednolitości pokrycia miedzi., kluczowy krok w produkcji PCB.

Co to jest kradzież miedzi?
Kradzież miedzi wypełnia "martwe strefy" na PCB – duże puste obszary bez śladów, podkładek lub płaszczyzn – z małymi, rozmieszczonymi między sobą cechami miedzi.PCB z dużą pustą sekcją pomiędzy mikrokontrolerem a złączem miałoby punkty w tej lukie.Te kształty:

1Nie podłączać do żadnego obwodu (wyodrębnionego od śladów/padów).
2Są zazwyczaj wielkości 0,5 mm i 0,5 mm od siebie.
3.Może być w kształcie indywidualnym ( kropki, kwadraty, siatki), ale kropki są najczęstsze (łatwe do zaprojektowania i płyty).

Dlaczego kradzież miedzi jest konieczna
Płytkowanie PCB (płytkowanie miedzi na płytę) opiera się na jednolitym rozkładzie prądu.

1Nierównomierna grubość miedzi: Puste obszary otrzymują zbyt duży prąd, co powoduje grubszą miedź (przełożenie), podczas gdy gęste obszary śladowe otrzymują zbyt mało (przełożenie).
2Wady etasowania: Obszary nadpłaty są trudniejsze do etasowania, pozostawiając nadmiar miedzi, który powoduje krótkie sznurki; obszary podpłaty etasować zbyt szybko, rozrzedzanie śladów i ryzyko otwartych obwodów.

Wykorzystując miedź, można rozwiązać ten problem poprzez "rozrzucenie" prądu pokrycia. Puste obszary o kształcie kradzieży mają teraz jednolity przepływ prądu, odpowiadający gęstości regionów bogatych w ślady.

Jak działa kradzież miedzi (krok po kroku)
1.Zidentyfikowanie pustej powierzchni: Użyj oprogramowania do projektowania płyt PCB (np. Altium Designer) do oznaczania obszarów większych niż 5 mm × 5 mm bez żadnych komponentów lub śladów.
2Dodaj wzory kradzieży: umieść nieprzewodzące formy miedzi w tych obszarach.
Punkty: średnica 1 mm, odległość 0,3 mm (najbardziej uniwersalne).
Sieci: kwadraty o wymiarach 1 mm × 1 mm z przerwami 0,2 mm (odpowiednie dla dużych pustych przestrzeni).
Bloki stałe: Małe wypełnienia miedziane (2 mm × 2 mm) dla wąskich przestrzeni między śladami.
3.Wzory izolacji: Upewnij się, że kształty kradzieży znajdują się ≥ 0,2 mm od śladów sygnału, podkładek i płaszczyzn, aby zapobiec przypadkowym zwarciom i zakłóceniom sygnału.
4.Weryfikacja za pomocą kontroli DFM: Użyj narzędzi projektowania do wykonania (DFM) w celu potwierdzenia, że wzory kradzieży nie naruszają zasad nakładki (np. minimalne rozstawienie, rozmiar kształtu).

Za i przeciw kradzieży miedzi

Idealne przypadki kradzieży miedzi
1.PCB z dużymi pustymi powierzchniami: np. PCB zasilania z dużą przepaścią między wejściem AC a wyjściem DC.
2Wymagania dotyczące wysokiej precyzji pokrycia: np. PCB HDI z drobnymi śladami (0,1 mm szerokości), które wymagają dokładnej grubości miedzi (18 μm ± 1 μm).
3.PCB jedno-/wielowarstwowe: Kradzież jest równie skuteczna dla prostych płyt 2-warstwowych i złożonych 16-warstwowych HDI.

CWyważanie: Definicja i cel
Równoważenie miedzi jest techniką strukturalną, która zapewnia równomierne rozmieszczenie miedzi we wszystkich warstwach PCB.równoważenie patrzy na całą płytę od górnej do dolnej warstwy, aby zapobiec wypaczeniu, delaminacja i awaria mechaniczna.

Co to jest równoważenie miedzi?
Wyważanie miedzi zapewnia, że ilość miedzi na każdej warstwie jest w przybliżeniu równa (różnica ± 10%).4-warstwowy PCB z 30% pokryciem miedzi na warstwie 1 (szybki sygnał) potrzebowałby ~27% pokrycia na warstwie 2 (ziemia)Równowaga ta przeciwdziałuje "obciążeniu termicznemu", gdy różne warstwy rozszerzają się/zmniejszają w różnych tempach podczas produkcji (np. laminowanie, lutowanie z powrotem).

Dlaczego równoważenie miedzi jest konieczne
PCB składają się z nawzajem zmieniających się warstw miedzi i dielektryku (np. FR-4). Miedź i dielektryki mają różne prędkości rozszerzania termicznego: miedź rozszerza się o ~17 ppm/°C, podczas gdy FR-4 rozszerza się o ~13 ppm/°C.Jeśli jedna warstwa zawiera 50% miedzi, a druga 10%, nierównomierne rozszerzenie powoduje:

1.Wykręcanie: deski zgięte lub skręcone podczas laminowania (ciepło + ciśnienie) lub lutowania (250°C).
2Delaminacja: warstwy oddzielają się (odgrzewają się), ponieważ naprężenie między warstwami bogatymi w miedź i ubogimi w miedź przekracza wytrzymałość kleju dielektryku.
3Nieprawidłowości mechaniczne: Płyty wygięte nie pasują do obudowy; płyty delaminatowane tracą integralność sygnału i mogą ulegać krótkometrażowi.

Równoważenie miedzi eliminuje te problemy, zapewniając równomierne rozszerzanie/zmniejszanie wszystkich warstw.

Jak wprowadzić równowagę miedzi
Równoważenie miedzi wykorzystuje mieszankę technik w celu wyrównania pokrycia miedzi w warstwach:

1.Wypływ miedzi: wypełnienie dużych pustych obszarów miedzią stałą lub krzyżową (połączoną z ziemią / płaszczyznami napędowymi), aby zwiększyć zasięg na rzadkich warstwach.
2Wzorce odbicia: Kopiowanie kształtów miedzi z jednej warstwy do drugiej (np. odbicie płaszczyzny gruntu z warstwy 2 do warstwy 3) w celu zapewnienia równowagi.
3.Strategiczne kradzieże: Użyj kradzieży jako narzędzia drugorzędnego dodaj niefunkcjonalną miedź do warstw o niskim pokryciu, aby dopasować je do warstw o wysokim pokryciu.
4.Optymalizacja układania warstw: w przypadku wielowarstwowych płyt PCB, układaj warstwy, aby zmieniać wysoką i niską zawartość miedzi (np. Warstwa 1: 30% → Warstwa 2: 25% → Warstwa 3: 28% → Warstwa 4: 32%) w celu równomiernego rozkładu naprężeń.

Za i przeciw równoważenia miedzi

Idealne przypadki zastosowań do bilansowania miedzi
1.Wielowarstwowe płyty PCB (4+ warstwy): Laminat wielu warstw wzmacnia naprężenie. Wyważanie jest obowiązkowe dla płyt 6-warstwowych+.
2.Wykorzystanie w warunkach wysokiej temperatury: PCB do podwozia samochodowego (od 40°C do 125°C) lub do pieców przemysłowych wymagają równoważenia, aby poradzić sobie z ekstremalnymi cyklami cieplnymi.
3.Krytyczne pod względem strukturalnym PCB: Urządzenia medyczne (np. rozruszniki serca PCB) lub elektronika lotnicza nie mogą tolerować warpingu.

Kradzież miedzi i równoważenie miedzi: kluczowe różnice
Podczas gdy obie techniki obejmują dodanie miedzi, ich cele, metody i wyniki są różne.

Przykład z życia: Kiedy używać którego
Scenariusz 1: Dwuwarstwowe płytki PCB z czujnikiem IoT z dużym pustym obszarem między anteną a złączem akumulatora.
Wykorzystanie miedzi do wypełnienia luki zapobiega nierównomiernemu pokrywaniu śladu anteny (krytyczne dla siły sygnału).

Scenariusz 2: 6-warstwowy PCB ECU samochodowy z płaszczyznami napędowymi na warstwach 2 i 5.
Użyj równoważenia miedzi: dodanie miedzi do warstw 1, 3, 4 i 6, aby dopasować pokrycie warstw 2 i 5, zapobiega odkształceniu deski w cieple silnika.

Scenariusz 3: 8-warstwowe płytki HDI dla smartfona (wysoka gęstość + wymagania strukturalne).
Wykorzystaj obie metody: wypełnianie małych przepaści między cienkimi BGA (zapewnia jakość pokrycia), a równoważenie rozprowadza miedź na wszystkie warstwy (zapobiega skręcaniu podczas lutowania).

Praktyczne wdrożenie: wytyczne projektowe i częste błędy
Aby jak najlepiej wykorzystać złodziejstwo miedzi i równoważenie, należy przestrzegać tych zasad projektowania i unikać powszechnych pułapek.

Kradzież miedzi: opracowanie najlepszych praktyk
1Rozmiar wzoru i rozstawienie
Użyj kształtów o długości 0,5 mm (punkty najlepiej sprawdzają się w większości projektów).
Utrzymuj odległość między kształtami ≥ 0,2 mm w celu uniknięcia mostków.
Upewnij się, że kształty znajdują się ≥ 0,2 mm od śladów/padów sygnału, aby zapobiec przesłaniu krzyżowemu sygnału (krytyczne dla sygnałów dużych prędkości, takich jak USB 4).
2. Unikaj nadmiernego kradzieży
Nie wypełniaj każdej małej luki, wypełniaj tylko strefy docelowe ≥ 5 mm × 5 mm. Nadmierne kradzieże zwiększają pojemność PCB, co może spowolnić sygnały wysokiej częstotliwości.
3.Zaliczyć z możliwościami pokrycia
Zwróć się do producenta o ustalenie limitów zbiornika do pokrycia: niektóre zbiorniki nie mogą obsługiwać kształtów mniejszych niż 0,5 mm (ryzyko nierównomiernego pokrycia).

Wyważanie miedzi: opracowanie najlepszych praktyk
1Oblicz pokrycie miedzi
Użyj oprogramowania do projektowania płyt PCB (np. Altium's Copper Area Calculator) do pomiaru pokrycia każdej warstwy.
2Priorytety dla miedzi funkcjonalnej
Wykorzystuj płaszczyznę mocy/ziemi (miedź funkcjonalną) w celu zrównoważenia pokrycia przed dodaniem niefunkcjonalnego kradzieży.
3Badanie naprężenia termicznego
Wykonaj symulację termiczną (np. Ansys Icepak), aby sprawdzić, czy równoważone warstwy rozszerzają się równomiernie.

Powszechne błędy, których należy unikać

Jak współpracować z producentami PCB
Wczesna współpraca z producentami PCB zapewnia, że projekty ukręcenia/równoważenia są zgodne z ich możliwościami produkcyjnymi.

1.Dzielenie się plikami projektowymi na wczesnym etapie
a.Wysyłaj projekty układów płyt PCB (pliki Gerber) do producenta w celu "przedwczesnej kontroli".
Kradnące kształty są za małe dla ich zbiorników.
Miedź pokrywa luk na wewnętrznych warstwach, które spowoduje wypaczenie.

2.Zapytaj o wskazówki dotyczące nakładania
a.Producenci mają określone zasady dotyczące kradzieży (np. "minimalny rozmiar kształtu: 0,8 mm") w oparciu o ich urządzenia do pokrycia.

3.Warydacja parametrów laminacji
a.W celu zrównoważenia należy potwierdzić ciśnienie laminacji (zwykle 20-30 kg/cm2) i temperaturę (170-190°C) producenta.± 5% pokrycia dla PCB lotniczych).

4. Poproś o próbki
a.W przypadku projektów krytycznych (np. wyrobów medycznych) zamówić niewielką partię (10-20 PCB) w celu przetestowania ukradzieży/wyważenia.
Jednolita grubość miedzi (do pomiaru szerokości śladu użyć mikrometru).
Płaskość deski (w celu sprawdzenia, czy nie występuje wypaczanie, należy użyć równika).

Częste pytania
1Czy kradzież miedzi wpływa na integralność sygnału?
W przypadku sygnałów dużych prędkości (> 1 GHz) należy użyć mniejszych kształtów kradzieży (0.5 mm) z szerszą odległością (0,5 mm) w celu zminimalizowania pojemności.

2Czy równoważenie miedzi może być stosowane na jednowarstwowych PCB?
Tak, ale to mniej krytyczne. więc ryzyko wypaczenia jest mniejsze.równoważenie (dodawanie miedzi do pustych obszarów) nadal pomaga w zarządzaniu cieplnym i wytrzymałością mechaniczną.

3- Jak obliczyć pokrycie miedzi w celu zrównoważenia?
Użyj oprogramowania do projektowania płyt PCB:

a.Altium Designer: Użyj narzędzia "Obszar miedzi" (Narzędzia → Raporty → Obszar miedzi).
b.Cadence Allegro: uruchomić skrypt "Copper Coverage" (Ustawienie → Raporty → Copper Coverage).
c.W przypadku kontroli ręcznych: obliczyć powierzchnię miedzi (szlaki + samoloty + kradzieże) podzieloną przez całkowitą powierzchnię PCB.

4Czy kradzież miedzi jest konieczna dla PCB HDI?
Tak, PCB HDI mają drobne ślady (≤0,1 mm) i małe podkłady. Nierównomierne pokrycie może zawęzić ślady do <0,08 mm, powodując utratę sygnału.

5. Jaki jest wpływ na koszty kradzieży/wyważania miedzi?
Minimalne. Kradzież wykorzystuje istniejące warstwy miedzi (bez dodatkowych kosztów materiałowych). Wyważanie może zwiększyć czas projektowania o 5-10%, ale zmniejsza koszty ponownej pracy (delaminacja płyt kosztuje po 50-200 USD).

Wniosek
Złodzenie miedzi i równoważenie miedzi nie są opcjonalne, są one niezbędne do produkcji niezawodnych, wysokiej jakości płyt PCB.zwiększenie wydajności i zapobieganie wadom w etasieWyważenie utrzymuje płaską i mocną płytę, unikając wypaczeń i delaminacji, które mogą zniszczyć nawet najlepiej zaprojektowane obwody.

Kluczem do sukcesu jest zrozumienie, kiedy stosować każdą technikę: kradzież dla jakości powlekania, równoważenie dla stabilności strukturalnej.Zastosowanie obu metod zapewnia najlepsze wyniki.Wykorzystując wytyczne projektowe (np. utrzymywanie kradzieży z dala od śladów) i wcześnie współpracując z producentami,unikniesz kosztownych wad i wyprodukujesz PCB spełniające standardy wydajności i niezawodności.

Ponieważ PCB stają się mniejsze (np. urządzenia do noszenia) i bardziej złożone (np. moduły 5G), kradzież i równoważenie będą miały coraz większe znaczenie.Posiadanie tych technik gwarantuje, że projekty przekształcą się w funkcjonalne, trwałe produkty, niezależnie od tego, czy budujesz prosty czujnik, czy kluczową jednostkę sterującą samochodową.