Comments 28
Ключевые характеристики материалов для производства печатных плат
Вспомнил вторую половину 60-х годов, когда увлёкся радиоделом. В те далёкие времена фольгированный текстолит или гетинакс были на вес золота. Даже пытались сами делать. А для изготовления печатных схем для своих радиолюбительских приёмников фольгированный текстолит или гетинакс искали на свалках. Для рисования схемы использовали красную нитрокраску/лак, который помню по моей просьбе мама приносила с завода в маленьком пузырьке, также как и банку соляной кислоты.
Тоненькой кисточкой рисовали схему, клали в ванночку для фотопечати и заливали разбавленной кислотой. Минут через пять сливали раствор, промывали и вот она печатная плата. Я своими платами очень гордился и учился тогда 5-8 классах:
Вместо корпуса мыльница. Апофеозом стал магнитофон, где самое трудное было собрать лентопротяжный механизм, и миниатюрный телевизор. Последнее осталось незаконченным, хотя была разработана схема и изготовлена печатная плата.
в моё время сами платы фольгировать уже не приходилось, но ручное рисование я ещё застал.
Тоненькой кисточкой рисовали схему,
Очень помогал рейсфедер, чтобы проводить аккуратные дорожки ровной ширины, главное не забыть отмыть его от лака...
также как и банку соляной кислоты.
соляная кислота не растворяет медь.
Конечно использовалась не чистая соляная кислота:
"Для форсированного (в течение 4—6 мин) травления можно использовать следующий состав (в массовых частях): 38%-ная соляная кислота плотностью 1,19 г/см3 (20), 30 %-ный пероксид (перекись) водорода — пергидроль (20), вода (60). Если пероксид водорода будет иметь концентрацию 16—18%, то на 20 массовых частей кислоты берут 40 частей пероксида и столько же воды. Сначала смешивают с водой пероксид, а затем добавляют кислоту. Печатные проводники и контактные площадки следует защищать кислотостойкой краской, например нитроэмалью НЦ-11".
Соляная кислота — это в каком-то военном городке… У нас в областном центре травили электролизом в соли — получались платы сразноцветными разводами в вытравленных местах. Барство — если у родителей удавалось выпросить медный купорос, который потом год жил под шкафом в баночке из-под селёдки, ну а про хлорное железо, которое травит платы всего за 15 минут — только пересказывали легенды, что кто-то где-то у кого-то видел...
В случае разработки многослойных печатных плат в стеке могут попадаться слои с довольно малым диэлектрическим зазором (в один препрег, до 0.1-0.75мм для производства по умеренной сложности). Вносят ли такие конструкции, по вашему опыту, ограничения с точки зрения надежности в ходе жизни устройств, есть ли конструкции, которых пытаются избежать?
Производитель проводит проверки соответствия нормам по зазорам и конструкции, но, всё-таки, не всё способен опознать, часто напряжения в цепях и линиях питания в файлах проекта не передаются и в неудачных случаях соседствовать могут, например низковольтное питание и полигон внешних +12 или 24в.
4-5 mils это скорее стандарт при контроле волнового сопротивления, т.е. примерно 100% современных плат. По крайней мере, за последние 15 лет контрактной разработки плат я не видел стекапов с 15 mils препрегами. Они всё ещё присутствуют в стандартных сборках у локальных производителей. Я знаю, почему они там есть, осознаю, насколько они были бы полезны в 1987 году, но я даже не представляю, для чего их можно использовать сейчас.
Большая толщина диэлектрика позволяет сделать трассу пошире при таком же импедансе, попытавшись уменьшить тем самым потери, или удешевить плату.
С теми «стандартными» сборками, что помнят падение Берлинской стены, 50 Ом получается в районе 12 mils, 40 Ом под 18 mils. Чтобы пользоваться такими нормами, надо вернуться к корпусам с питчем 1,27мм и пассивам 0805, а с DIP вообще будет шикарно. Интерфейсы тоже должны быть из того героического времени, с линииями 60-80 Ом и частотами до 30-60 МГц. Это технологический уклад явно не 2023 года.
Есть где-то исследование влияния на потери шероховатости меди и ширины трассы?
75 Ом используется в видео и радио.
Такой проводник будет на плате один и с ним одним есть чего делать. И такая плата бывает одна и раз в 10 лет. Сейчас другие корпуса и другие интерфейсы, современный DDR со стандартными резонитовскими сборками вы физически не прораутаете и не оттюните от слова совсем. Они прекрасны, если нужно делать что-то в стиле 1987-1992 года.
Отвечают наши коллеги из департамента проектирования электронных модулей:
Надёжность складывается из многих факторов. На упомянутом примере можно сразу отметить следующее.
а) Процентное заполнение меди на слоях, а значит и величина усадки препрега при прессовании — важно отсутствие т.н. resin starvation, когда смолы недостаточно и образуются пустоты. Есть довольно простые формулы для оценки как усадки, так и необходимого заполнения (см. картинку), однако нужно понимать, что всё это применимо в первую очередь к общей заготовке с платами (в общем случае везде должно быть одинаковое и однородное заполнение), а с ростом толщины меди нужно переходить к т.н. эффективному заполнению, которое учитывает больше переменных, например подтрав (разное количество свободного пространства при прямоугольном и трапециевидном профиле проводников) и ожидаемые деформации диэлектрика (для очень толстой меди, например embedded copper bus применяют другие технологии изготовления плат).
б) Стабильность конструкции с точки зрения SI. Одной из самых распространенных ошибок является создание таких конфигураций опорных слоев внутри платы, когда ближайшей стабильной опорой является препрег/препреги, а не ядро. При этом для случая с сопоставимыми толщинами ядер и препрегов часто упускается контроль за усадкой (а значит, и реальным расстоянием до нужной опоры), что значимо меняет наиболее важные параметры линии передач — импеданс и потери.
В этом смысле SI и DFM аспекты должны быть оценены сразу на старте проектирования на предмет конфликтов с друг другом: в исследуемом контексте, с точки зрения SI пунктов а) и б) во многом достаточно для большинства плат, но с точки зрения DFM важных переменных гораздо больше — и некоторые из них уже приведены в статье.
Добрый день! Добавляем комментарий от автора статьи.
1. Зарубежные заводы корректно работают с препрегами до 2,5 мил на внешнем слое.
На внутренних слоях все зависит от процента заполнения слоев медью. Если прессуются через препрег два слоя, заполненных полигонами (с высоким процентом заполнения медью), то можно использовать препреги 0,1-0,075 мм, если же это сигнальные слои с заполнением медью на 10-15%, то может возникнуть проблема «истощения препрега», если RC у препрега был невысоким. То есть его просто не хватит на заполнение вытравленных зазоров. В таком случае это может привести к расслоению ПП.
Также надо понимать, что спрессовать через препрег 0,075 мм два слоя с 18 мкм не вызовет проблем, но если слои меди будут толщиной 35 мкм, то это будет уже невозможно. Я бы сказал, что через 100 мкм препрег зарубежные заводы смогут спрессовать 18 мкм слои в любом случае, 35 мкм слои только с заполнением меди от 40%. В принципе, при хорошем балансе меди этого можно достигнуть и на сигнальных слоях. Но надо помнить, что добавляя баланс меди, нужно следить не только за итоговым процентом меди на слое, но и за равномерностью её внутри каждого слоя, чтобы усадки при прессовании в плоскости xOy были хотя бы линейными вдоль каждой оси: Ox, Oy.
2. >в неудачных случаях соседствовать могут, например низковольтное питание и полигон внешних +12 или 24в.
Данную проверку завод не будет производить. Если в RnD ошиблись, но это не противоречит производственным нормам, то вам произведут плату с этой ошибкой. Поэтому хорошо бы перед запуском печатной платы в производство делать CrossCheck с помощью другого тополога и/или руководителя проекта. Штатный технолог вряд ли найдет эту ошибку (по той же причине, что и завод).
с увеличением шероховатости возрастают
и потери высокоскоростных сигналов
быстрый поиск не показывает графиков,
есть хоть какие то графики
об ослаблении сигнала от шероховатости ?
ну или ссылка на материалы
эффект миграции ионов меди вдоль трещин/расслоений стекловолокна
а в условиях повседневного использования
с какой скоростью растут "усы" ?
есть графики ? это почти как оловянные
"усики" по поверхности платы ?
а как расчитывают номинальный ток для переходных отверстий ?
используя препреги и коры с неплотным плетением,
можно столкнуться с неприятной ситуацией при
трассировке диффпар, когда одна линия идёт
поверх стекловолокна, а другая — поверх зазора плетения
можете показать коэф. по данному вопросу?
спасибо за статью.
есть хоть какие то графики об ослаблении сигнала от шероховатости ?
Результат зависит от многих факторов: материалы, частота сигнала, тип шероховатости, геометрия проводника, температура. Каждый конкретный случай необходимо исследовать отдельно.
В принципе, определенный вклад шероховатость поверхности вносит, есть ряд работ с измерениями и сравнением. Но в общем бюджете потерь этот вклад не очень велик, поскольку основная часть потерь определяется при выборе материала основы платы и структуры линии передачи. Для аналоговой СВЧ-схемотехники и цифровых интерфейсов в 25Гбит+ влияние материала и структуры/длины линии уже внимательно учитывается и, возможно, подбор фольги становится более актуальным.
Из работ, например, быстро можно найти подобный отчет Signal Transmission Loss due to Copper Surface Roughness in High-Frequency Region (circuitinsight.com)
Отвечают наши коллеги из департамента проектирования электронных модулей:
Если всё сделано правильно, то ничего никуда не растет — проблема хорошо изучена, как и, собственно, комплекс мероприятий по ее предотвращению. Другой вопрос, что эти мероприятия должны быть осуществлены как со стороны проектирования, так и изготовления. С точки зрения проектирования подходы к задаче достаточно прямолинейны (кроме, конечно, случаев «на пределе возможного») и легко контролируются. Но если мы говорим про производство, залог успеха не только в качестве и свойствах материалов, но прежде всего в культуре производства. Это, например, обработка отверстий (как само сверление и пост-обработка, так и любые дальнейшие операции вроде заполнения специальным составом после backdrill) и остаточные загрязнения, включая «общие» погрешности изготовления — т.е. в итоге само качество платы в целом, включая предсказуемость и повторяемость.
Поскольку в общем случае CAF сам по себе может проявиться где угодно в произвольном проекте, включая область между переходными отверстиями, трассами (притом на разных слоях, включая внешние, — см. картинку), то красивых круглых чисел, которые можно было бы охарактеризовать как 100% триггер проблемы попросту нет — гораздо важнее избегать проблемы известными методами.
Последнее время очень много хлопот доставляет покрытие площадок, иммерсионное золото и даже хардголд. Заказываешь одно и тоже у разных производителей, в итоге получаешь совершенно разное качество. Даже цвет золота разный - то желтый, а то бледный какой-то. В итоге после пайки и мойки платы могут выглядеть одни как новые, а другие как будто пролежали на открытом воздухе лет 5.
Может есть что-то на эту тему чтобы прояснить вопрос в чем тут может быть дело и есть ли какие-нибудь особенные параметры заказа покрытий контактных площадок.
Отвечают наши коллеги из департамента проектирования электронных модулей:
Наиболее правильным будет обратиться к теме surface finish tarnish/corrosion resistance: документов и исследований на эту тему достаточно много (пример).
Добрый день! Добавляем комментарий от автора статьи.
Хорошо бы при заказе печатной платы сделать отсылки к стандартам IPC классам.
Проверьте стандарт IPC-6012 — четко прописаны толщины и подслоя никеля и золота для ENIG и Hard Gold для каждого класса.
В остальных случаях, если нет доступа к материалам с более плотным плетением, можно решить проблему другими способами. Например, расположить плату на производственной панели под углом 15-20⁰. Или вести диффпары под углами 11-13⁰. При таком подходе каждая линия будет идти как поверх стекла, так и поверх смолы, — и особой разницы в импедансах и скорости распространения сигнала между линиями не будет.
Вообще-то обычно пластину текстолита нарезают на листы под углом, или даже саму ткань укладывают под прессом под углом. Поворот платы на угол, не кратный 45° — гарантия того, что расползутся вершины полигонов, даже в формате 4.5, и заливки приблизятся или даже налезут на дорожки.
Вообще-то никто ткань под углом не кладет, потому что препрег формируется на производстве большим рулоном из большого рулона ткани. Я на прошлой неделе был на производстве TUC в Тайване, сам видел весь процесс.
Отвечают наши коллеги из департамента проектирования электронных модулей:
У стеклоткани текстолита и препрега есть нити основы и при прессовании их направление в обязательном порядке должно совпадать. Нарезка материала под углом вызывает его перерасход и сложности в контроле ориентации материала.
В тексте речь шла непосредственно о расположении платы под углом на заводской панели как одном из вариантов.
А поворачивать плату на заготовке, вообще говоря, можно на любой угол, в том числе не кратный 45° — ни трассы, ни пады, ни полигоны от этого никак не пострадают. При этом нет особой оглядки даже на стек платы: «крутить» можно и асимметричные стеки, которые сами по себе часто явление в RF. В практическом же смысле нужно конкретное значение для угла поворота, которое бы отвечало критериям необходимости и достаточно с точки зрения SI (т.е. отсылка к упомянутой технике fiber weave effect mitigation), так и с точки зрения DFM (максимально эффективное использование площади заготовки) — в этом смысле диапазон 11-13⁰ вполне подходит.
Какая в итоге рабочая температура печатной платы?
Так ли необходимо ставить радиаторы на элементы в цепях питания с рабочей температурой под 150 градусов или самой плате такое соседство ничем не грозит?
Ключевые характеристики материалов для производства печатных плат