5 hlavních příčin pěnění na měděném pokovení desek plošných spojů

Existuje mnoho příčin vzniku pěny na měděném pokovení desek plošných spojů. Některé jsou způsobeny znečištěním olejem nebo prachem, jiné jsou způsobeny procesem pokovování mědi. Pěnění je problémem při každém procesu pokovování mědí, protože vyžaduje chemické roztoky, které mohou křížově kontaminovat jiné oblasti. Může k němu dojít také v důsledku nesprávného místního ošetření povrchu desky.

Mikroleptání

Při mikroleptání je aktivita měděného precipitátu příliš silná, což způsobuje prosakování pórů a puchýře. To může vést také ke špatné přilnavosti a zhoršení kvality povlaku. Odstranění těchto nečistot je proto zásadní pro předcházení tomuto problému.

Před pokusem o pokovení mědí se měděný substrát postupně čistí. Tento krok čištění je nezbytný pro odstranění povrchových nečistot a celkové smáčení povrchu. Dále se substrát ošetří roztokem kyseliny, aby se měděný povrch upravil. Poté následuje krok pokovování mědí.

Další příčinou pěnění je nesprávné čištění po odmaštění kyselinou. To může být způsobeno nesprávným čištěním po odmaštění kyselinou, špatným nastavením zjasňovacího prostředku nebo špatnou teplotou měděného válce. Kromě toho může nesprávné čištění vést k mírné oxidaci povrchu desky.

Oxidace

Oxidace způsobuje pěnění na měděném pokovení desky plošných spojů, pokud měděná fólie na desce není dostatečně chráněna proti účinkům oxidace. Problém může nastat v důsledku špatné přilnavosti nebo drsnosti povrchu. Může k němu také dojít, když je měděná fólie na desce tenká a špatně přilne k podkladu desky.

Mikroleptání je proces, který se používá při pokovování mědi a galvanickém pokovování vzorků. Mikroleptání je třeba provádět opatrně, aby nedošlo k nadměrné oxidaci. Nadměrné leptání by mohlo vést k tvorbě bublin v okolí otvoru. Nedostatečná oxidace může vést ke špatnému spojení, zpěnění a nedostatku vazebné síly. Mikroleptání by mělo být provedeno do hloubky 1,5 až dvou mikronů před nanesením mědi a 0,3 až jednoho mikronu před procesem pokovování vzoru. K zajištění dosažení požadované hloubky lze použít chemickou analýzu.

Zpracování substrátu

Pěnění na měděném pokovení desky plošných spojů je hlavní závadou kvality, která může být způsobena špatným zpracováním substrátu. K tomuto problému dochází, když měděná fólie na povrchu desky není schopna přilnout k chemické mědi z důvodu špatného spojení. To způsobí, že měděná fólie na povrchu desky vytvoří puchýře. Výsledkem je nerovnoměrná barva a černá a hnědá oxidace.

Proces pokovování mědí vyžaduje použití těžkých činidel pro úpravu mědi. Tyto chemické kapalné léky mohou způsobit křížovou kontaminaci desky a vést ke špatným účinkům úpravy. Kromě toho mohou vést k nerovnému povrchu desky a špatné síle spojení mezi deskou a sestavou PCBA.

Mikroerozi

Pěnění na měděném pokovení desek plošných spojů může být způsobeno dvěma hlavními faktory. Prvním je nesprávný proces pokovování mědí. Při procesu pokovování mědí se používá velké množství chemikálií a organických rozpouštědel. Proces úpravy mědi je složitý a chemikálie a oleje ve vodě používané k pokovování mohou být škodlivé. Mohou způsobit křížovou kontaminaci, nerovnoměrné defekty a problémy s vazbou. Voda používaná pro proces pokovování mědi by měla být kontrolována a měla by být kvalitní. Další důležitou věcí, kterou je třeba zvážit, je teplota pokovování mědí. Ta výrazně ovlivní účinek mytí.

Mikroerozie vzniká při rozpouštění vody a kyslíku na měděné desce. Rozpuštěná voda a kyslík z vody způsobí oxidační reakci a vytvoří chemickou sloučeninu zvanou hydroxid železitý. Oxidační proces vede k uvolnění elektronů z měděného pokovení desky.

Nedostatek katodické polarity

Pěnění na měděném pokovení desek plošných spojů je běžnou vadou kvality. Proces výroby desek plošných spojů je složitý a vyžaduje pečlivou údržbu procesu. Proces zahrnuje chemické mokré zpracování a pokovování a vyžaduje pečlivou analýzu příčin a následků pěnění. Tento článek popisuje příčiny pěnění na měděné desce a co lze udělat, aby se mu zabránilo.

Rozhodující je také hodnota pH pokovovacího roztoku, která určuje hustotu katodického proudu. Tento faktor ovlivňuje rychlost a kvalitu nanášení povlaku. Roztok pro pokovování s nižším pH bude mít za následek vyšší účinnost, zatímco vyšší pH bude mít za následek nižší účinnost.

Jak pozorovat PCB zvenčí

Pozorování desky plošných spojů zvenčí usnadňuje identifikaci vad ve vnějších vrstvách. Při pohledu na desku zvenčí lze také snadno odhalit následky nedostatečné mezery mezi součástkami.

Pozorováním desky plošných spojů zvenčí lze snadno identifikovat vady ve vnějších vrstvách.

Pozorování desky plošných spojů zvenčí vám pomůže odhalit vady ve vnějších vrstvách desky. Tyto vady se snáze identifikují než vady uvnitř. Desky plošných spojů mají obvykle zelenou barvu a jsou na nich měděné stopy a pájecí maska, díky nimž jsou snadno rozpoznatelné. V závislosti na velikosti desky plošných spojů mohou mít vnější vrstvy různý stupeň vad.

Použití rentgenového kontrolního zařízení může tyto problémy překonat. Protože materiály absorbují rentgenové záření podle své atomové hmotnosti, lze je rozlišit. Těžší prvky, jako je například pájka, absorbují více rentgenového záření než prvky lehčí. Díky tomu lze snadno identifikovat vady ve vnějších vrstvách, zatímco ty, které jsou vyrobeny z lehkých prvků, nejsou pouhým okem viditelné.

Pozorování desky plošných spojů zvenčí vám může pomoci odhalit závady, které byste jinak neviděli. Jednou z takových vad je chybějící měď nebo propojení. Další vadou je vlasový zkrat. Ten je důsledkem vysoké složitosti návrhu. Pokud tyto vady nejsou opraveny před osazením DPS, mohou způsobit významné chyby. Jedním ze způsobů nápravy těchto chyb je zvětšení vůle mezi měděnými spoji a jejich podložkami.

Šířka vodivých stop hraje také zásadní roli pro funkčnost desky plošných spojů. S rostoucím tokem signálu vytváří deska plošných spojů obrovské množství tepla, a proto je důležité sledovat šířku stop. Udržování vhodné šířky vodičů zabrání přehřívání a poškození desky.

Keramické PCB a PCB s kovovým jádrem

Keramické desky jsou tepelně účinnější než jejich kovové protějšky. To znamená, že provozní teplota desky plošných spojů je nižší. Na druhou stranu hliníkové PCB budou podléhat dielektrické vrstvě, zatímco keramické PCB nikoli. Kromě toho jsou keramické PCB odolnější než jejich kovové protějšky.

FR4 vs keramické desky

Hlavním rozdílem mezi FR4 PCB a keramickými PCB je jejich tepelná vodivost. DPS FR4 mají vysokou tepelnou vodivost, zatímco keramické DPS mají nízkou tepelnou vodivost. Keramické PCB jsou vhodnější pro aplikace, které vyžadují vysokou tepelnou vodivost. Jsou však dražší.

DPS FR4 má oproti keramickým DPS určité výhody, ale není silným konkurentem keramických DPS. Keramické desky plošných spojů mají vyšší tepelnou vodivost, což usnadňuje přístup tepla k ostatním součástem. Jsou také k dispozici v různých tvarech a velikostech.

Hlavní výhodou keramických desek plošných spojů je jejich nízká elektrická vodivost a vysoká tepelná vodivost. Kromě toho jsou lepšími izolanty, což usnadňuje použití vysokofrekvenčních obvodů. Kromě toho jsou keramické desky plošných spojů odolnější vůči korozi a běžnému opotřebení. Lze je také kombinovat s plastifikátorem nebo mazivem a vytvořit tak pružný, opakovaně použitelný závěs. Další klíčovou výhodou keramických DPS je jejich vysoká schopnost přenosu tepla. To jim umožňuje rozptylovat teplo po celé ploše desky plošných spojů. Naproti tomu desky FR4 jsou do značné míry závislé na chladicích pomůckách a kovových konstrukcích, aby bylo dosaženo požadované tepelné vodivosti.

Kromě toho má FR4 relativně nízkou tepelnou vodivost. V porovnání s keramickými materiály je FR4 jen několikrát vodivější. Například oxid hlinitý a karbid křemíku jsou 100krát tepelně vodivější než FR4, zatímco oxid berylia a nitrid bóru mají nejvyšší tepelnou vodivost.

LTTC vs. desky s kovovým jádrem

Keramická deska plošných spojů, známá také jako deska plošných spojů s nízkoteplotním pálením (LTTC), je typ desky plošných spojů, která byla speciálně vyrobena pro nízké teploty. Její výrobní proces se liší od procesu výroby PCB s kovovým jádrem. V případě LTTC je deska plošných spojů vyrobena z lepicí látky, křišťálového skla a zlaté pasty a je vypalována při teplotě nižší než 900 stupňů Celsia v plynové peci.

Desky plošných spojů s kovovými jádry také účinněji odvádějí teplo, což umožňuje jejich použití v aplikacích s vysokými teplotami. K tomu se používají tepelně vodivé dielektrické materiály, které fungují jako tepelný most pro přenos tepla z jádra na desku. Pokud však používáte desku FR4, budete muset použít topný chladič.

Kromě lepšího odvodu tepla a tepelné roztažnosti se desky plošných spojů s kovovým jádrem vyznačují také vyšší hustotou výkonu, lepším elektromagnetickým stíněním a lepší kapacitní vazbou. Díky těmto výhodám jsou lepší volbou pro elektronické obvody, které je třeba chladit.

FR4

Tepelná vodivost keramických desek plošných spojů je mnohem vyšší než u desek plošných spojů s kovovým jádrem, což může být důvodem jejich vyšší ceny. Na rozdíl od desek s kovovým jádrem nevyžadují keramické DPS k odvádění tepla vrtání a usazování. Rozdíl mezi těmito dvěma typy desek spočívá v typu použité pájecí masky. Keramické PCB mají obvykle tmavé barvy, zatímco desky s kovovým jádrem mají téměř bílou pájecí masku.

Keramické desky plošných spojů mají vyšší tepelnou vodivost než materiál FR4, který se nejčastěji používá pro hromadnou výrobu desek plošných spojů. Materiály FR4 však mají relativně nízkou tepelnou vodivost, takže jsou méně vhodné pro aplikace vyžadující teplotní cykly nebo vysoké teploty. Keramické desky mají navíc tendenci rychleji expandovat, jakmile teplota substrátu dosáhne teploty skelného přechodu. Naproti tomu materiály Rogers mají vysoké teploty skelného přechodu a stabilní objemovou roztažnost v širokém rozsahu teplot.

DPS s kovovým jádrem jsou vyrobeny z hliníku nebo mědi. Místo FR4 mají kovové jádro a tenký měděný povlak. Tento typ desek plošných spojů lze použít k chlazení více LED diod a je stále běžnější v osvětlovacích aplikacích. DPS s kovovým jádrem mají určitá konstrukční omezení, ale jejich výroba je jednodušší.

DPS s kovovým jádrem mají vynikající odvod tepla, rozměrovou stabilitu a elektrickou vodivost. Mohou také nabídnout lepší hustotu výkonu, elektromagnetické stínění a kapacitní vazbu. V porovnání s keramickými deskami plošných spojů stojí desky plošných spojů s kovovými jádry méně. Často se používají v komunikačních elektrických zařízeních a LED osvětlení.

Rozdíl mezi FPGA a CPLD

Dva typy programovatelných logických čipů jsou FPGA (Field Programmable Gate Array) a CPLD (Complex Programmable Logic Device). První z nich je "jemnozrnné" zařízení, zatímco druhé je založeno na větších blocích. Oba typy mají různé silné a slabé stránky. Zatímco FPGA jsou vhodnější pro jednoduché aplikace, CPLD jsou ideální pro složité algoritmy.

CPLD je programovatelné zařízení ASIC.

CPLD je programovatelný integrovaný obvod, který se skládá z makrobuněk. Makrobuňka obsahuje pole AND a flip-flopy, které doplňují kombinační logickou funkci. Pole AND generuje součinový člen, který je výstupem CPLD. Číslo součinového členu je také ukazatelem kapacity CPLD. Podobně pole AND-OR má na každém průsečíku programovatelnou pojistku.

CPLD lze programovat pomocí jazyka pro popis hardwaru. Tyto jazyky lze použít k psaní a testování softwaru. Inženýr může například napsat jazyk popisu hardwaru (HDL) pro CPLD, který může CPLD číst. Kód se pak stáhne do čipu. Čip CPLD se pak testuje, aby se zajistila jeho funkčnost, a případné chyby lze opravit revizí schématu nebo jazyka popisu hardwaru. Nakonec může být prototyp odeslán do výroby.

CPLD je vhodnější pro algoritmy

CPLD jsou rozsáhlé integrované obvody, které lze navrhnout pro implementaci velkého množství složitých algoritmů. Využívají kombinaci technologií programování CMOS EPROM a EEPROM a vyznačují se vysokou hustotou a nízkou spotřebou energie. Jejich architektura s vysokou hustotou jim umožňuje dosahovat extrémně vysokých rychlostí a vysoké hustoty provozu. CPLD jsou také mimořádně složité, s velkým počtem vnitřních komponent.

CPLD jsou také rychlejší a předvídatelnější než FPGA. Protože jsou konfigurovány pomocí elektricky mazatelné programovatelné paměti jen pro čtení (EEPROM), lze je konfigurovat přímo v čipu při spuštění systému, na rozdíl od FPGA, které vyžadují externí nevolatilní paměť pro napájení bitového toku. Díky tomu jsou CPLD v mnoha aplikacích vhodnější pro algoritmy než FPGA.

CPLD je bezpečnější

Mezi FPGA a CPLD je několik zásadních rozdílů. FPGA se skládají z programovatelné logiky, zatímco CPLD používají flexibilnější strukturu. CPLD mají méně programovatelných funkcí, ale přesto se snadněji programují. CPLD jsou často konstruovány jako jeden čip s řadou makrobuněk. Každá makrobuňka má odpovídající výstupní pin.

Prvním významným rozdílem mezi oběma typy čipů je způsob generování hodin. CPLD mohou používat jeden externí zdroj hodin nebo několik jedinečných čipů generujících hodiny. Tyto hodiny mají definované fázové vztahy a lze je použít ke zlepšení výkonu programování čipů. CPLD lze programovat několika způsoby a v případě potřeby lze návrh několikrát změnit.

CPLD mají také nižší celkové náklady na vlastnictví. Tento faktor snižuje náklady na jejich výrobu. CPLD lze použít pro mnoho různých aplikací. CPLD může například obsahovat mnoho diskrétních součástek, ale může také obsahovat více programovatelných logických prvků. To zvyšuje flexibilitu.

CPLD je levnější

CPLD je cenově výhodnější než FPGA, i když FPGA má určitá omezení. Vzhledem k menší velikosti CPLD nejsou obvody tak deterministické, což může komplikovat časové scénáře. Nicméně s FPGA je spojena řada výhod, včetně větší flexibility a bezpečnosti.

Na rozdíl od FPGA, které využívají statickou paměť s náhodným přístupem, lze CPLD programovat pomocí elektricky mazatelné programovatelné paměti pouze pro čtení. Díky tomu se CPLD mohou konfigurovat během spouštění systému, zatímco FPGA se musí rekonfigurovat z externí nevolatilní paměti. CPLD jsou také energeticky a tepelně úspornější než FPGA.

CPLD se skládá z komplexních programovatelných logických makrobuněk, které jsou propojeny propojovací maticí. Tato matice je rekonfigurovatelná a může podporovat rozsáhlé a vysokorychlostní logické návrhy. Typické použití CPLD je jako konfigurační paměť pro FPGA, například jako zavaděč systému. CPLD má nevolatilní paměť, zatímco FPGA používají k načtení konfigurace externí paměť.

CPLD je vhodnější pro časovací logiku

CPLD je integrovaný obvod, který může provádět více úloh. Jeho flexibilitu a programovatelnost zvyšuje architektura Logic Doubling, která umožňuje zdvojené funkce západky na jednu mikročlánek. Tato technologie umožňuje vyrábět menší zařízení s dostatečným prostorem pro revize. CPLD může vykonávat více funkcí než tradiční CMOS, včetně více nezávislých zpětných vazeb, více směrovacích zdrojů a individuálního povolení výstupu.

CPLD jsou flexibilnější než konvenční logika, protože nepotřebují externí konfigurační paměť. Na rozdíl od FPGA používají CPLD paměť EEPROM, což je nevolatilní paměť, která uchovává konfiguraci i po vypnutí systému.

Proč flexibilní PCB potřebují výztuhy

K zajištění tuhosti desky plošných spojů je zapotřebí výztuha desky plošných spojů. K vyztužení DPS je k dispozici několik materiálů. Některé jsou dražší než jiné, například FR4 nebo nerezová ocel. Musíte se rozhodnout, který typ je pro vaše konkrétní potřeby nejlepší.

Nerezová ocel

Flexibilní desky s plošnými spoji (PCB) patří mezi nejoblíbenější typy PCB na současném trhu. Jejich flexibilita umožňuje konstruktérům navrhovat obvody, které u pevných obvodů nejsou možné. Nedostatečná tuhost ohebných desek plošných spojů však může vést k problémům s výkonem a životností. Z tohoto důvodu jsou součástí pružných desek plošných spojů často výztuhy z nerezové oceli.

Výztuha může být buď silná, nebo hmotově orientovaná a připevněná k pružné desce plošných spojů na stejné straně jako součástky. Pokud je pružná deska plošných spojů osazena pokovenými průchozími spoji, mohou být výztuhy připevněny na opačné straně konektoru. Výztuhy se pak na místě utěsní tlakově citlivými lepidly nebo tepelným lepením.

Použití výztuh pro flexibilní desky plošných spojů se nejčastěji používá pro flexibilní obvody. Pomáhají udržovat správnou tloušťku flexiobvodu a zabraňují namáhání součástek a pájecích spojů. Tento typ výztuh lze připevnit pomocí tepelně lepených akrylátových lepidel nebo PSA.

Hliník

U pružných desek plošných spojů jsou často vyžadovány výztuhy. Snižují ohebnost desky a poskytují mechanickou oporu součástkám při montáži. Slouží také k odvodu tepla. Existuje několik typů výztuh a každá z nich poskytuje jiné výhody. Výztuhy mohou například zlepšit odolnost proti pájení, zvýšit pevnost spoje a omezit schopnost desky ohýbat se.

Obecně se rigidery připevňují k desce plošných spojů pomocí lepicí pásky citlivé na tlak. Oblíbeným lepicím materiálem pro tento účel je PSA, který je navržen tak, aby vydržel vysokoteplotní přetavovací cykly. Typ použitého lepidla závisí na délce a umístění výztuh. Pokud výztuhy přesahují stranu pružného obvodu, je důležité použít k jejich připevnění k desce lepidlo PSA. Kromě toho nemusí být PSA vhodné pro příliš krátké nebo příliš dlouhé výztuhy.

Alternativním materiálem pro výztuhy je hliník. Tento materiál má lepší odvod tepla a tuhost než ostatní materiály. Hliník je dražší, ale může být odolnější než jiné materiály.

Kapton

Při práci s ohebnými deskami plošných spojů je nutné při návrhu počítat s výztuhami. Přidání výztuhy může zvýšit odolnost pájení a zpevnit spoje mezi součástkami. Může také pomoci s odlehčením tahu a odvodem tepla. Ve většině případů se výztuhy lepí na stejnou stranu ohebné DPS jako součástky.

FR4 a polyimid jsou dva materiály, které se běžně používají jako výztuhy. Tyto materiály jsou levné a mohou zajistit rovný povrch pružné desky plošných spojů. Poskytují také vynikající odolnost proti pájení a mohou poskytnout potřebnou oporu při procesech pick-and-place.

Umístění výztuh je důležité, protože musí být instalovány na stejné straně jako montované součásti. To také umožňuje snadný přístup k pájecím podložkám. I když jsou výztuhy důležité, někteří zákazníci se mohou rozhodnout výztuhy zcela vynechat a místo nosiče SMT použít rám FR-4.

FR4

Výztuhy FR4 pro flexibilní desky plošných spojů představují vynikající způsob údržby a vedení flexibilních desek plošných spojů. Fungují tak, že se pásek ztužujícího materiálu FR4 prodlouží do pole pružných desek plošných spojů. To pomáhá udržet správný tvar ohebné DPS a zabránit vzniku trhlin ve vrstvách vodičů. Kromě toho, že poskytují oporu při montáži, mohou tato zařízení fungovat také jako zařízení pro odvod tepla.

Výztuhy FR4 mohou být vyrobeny z různých materiálů, včetně nerezové oceli a hliníku. Výztuhy z nerezové oceli jsou odolnější vůči korozi, jsou přizpůsobivější a odolnější vůči širokému rozsahu teplotních podmínek. Nerezové výztuhy jsou obvykle tenké, od 0,1 do 0,45 mm.

V posledním výrobním kroku se na ohebný obvod přidávají výztuhy FR4. Lze je aplikovat buď pomocí lepidla citlivého na tlak, nebo pomocí tepelně tuhnoucího lepidla. Volba může záviset na konečném použití, ale tlakově citlivé výztuhy jsou obvykle levnější než tepelně nastavitelné lepidlo. Kromě toho vyžaduje tepelně tuhnoucí lepidlo vložení flexe do laminačního lisu, který působí teplem, aby se lepidlo vytvrdilo.