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  • 發布時間:2020-09-28 18:55 原文鏈接: 零經驗的PCB板電鍍仿真(二)

    設計階段的仿真和優化

    為避免在電子器件的運行中出現性能下降或器件故障,銅線電路必須滿足一套厚度均勻性的規格。通常情況下,印刷電路板的設計人員會依賴一些簡單的設計規則,例如最大與最小線寬、間距,以及圖形密度。然而,通過電鍍仿真,可以更精確地計算能達到的預期銅層厚度變化。有了這一信息,就可以在早期修改設計,而無需等待原型機結果。

    為了降低電流叢聚,可以在通常是大塊絕緣區域的位置加入“虛置”圖形設計。此時,虛置圖形會接受部分電流,這將降低實際布線圖中的高電流密度。虛置圖形的部分區域仍會有較高的電流密度,但由于它并非實際布線的一部分,所以沒有關系。通過仿真,可以快速簡單地重新設計并計算不同圖形布局所得到的厚度均勻性。

    零經驗的PCB板電鍍仿真

    為了減小銅圖形的厚度變化,可在通常是大塊絕緣區域的位置加入虛置圖形。左圖中,紅色區域顯示靠近絕緣區域的銅圖形中厚度較高的部分。右圖顯示了如何加入虛置圖形以降低銅布線圖形中的厚度變化。

    減小厚度變化的另外一個步驟與電鍍槽設置有關。為降低邊緣處的電流叢聚效應,可以使用稱為孔隙的器件。

    孔隙本質上是帶有開口的一個絕緣屏蔽層,在電鍍槽中,它被放置在銅陽極和PCB 板之間。孔隙開口的尺寸必須小于PCB 板的尺寸,以降低邊緣處的電流叢聚。除此之外,很難估計出孔隙的最佳尺寸和安置位置。

    幸運的是,通過仿真可以快速簡單地進行優化。下圖模擬了帶有矩形開口的孔隙。孔隙開口的長度與寬度及其在電鍍槽中的放置位置得到了優化,從而使PCB 板上的厚度變化降到最低。

    零經驗的PCB板電鍍仿真

    為了避免靠近PCB 板邊緣處的叢聚效應(如左圖所示),可在電鍍槽的陽極和之間放置一個帶有開口的孔隙,即絕緣屏蔽層。右圖顯示了經仿真優化后可以達到最小厚度變化的孔隙開口大小,及其在電鍍槽中的放置位置。

    制造成本方面的考慮

    PCB 板制造商如要擁有競爭力,就必須考慮制造成本。如前所述,最終產品總是需要滿足一個銅厚度均勻性規格。厚度均勻性本質上取決于電鍍過程中的總電鍍速度;整體速度越高,厚度變化越大。此外,總加工時間決定了生產線的生產量,因此,也決定了制造成本。

    成本最小化

    為了最小化制造成本,加工會按照能滿足厚度規格的最大可能速度進行。通過使用仿真研究電鍍速度的影響,可以計算出針對給定厚度均勻性規格應采用的電鍍速度。這使我們在設計階段就能估算出制造成本。

    通過改進設計,或使用孔隙來改進均勻性,可以模擬得到能夠支持的最高電鍍速度,以及PCB 板生產中可以節省的成本。

    通過電鍍App 運行仿真

    擁有電化學背景,同時理解仿真模型和軟件的人士創建了電鍍仿真模型。PCB 板設計人員通常擅長電氣設計,但對制造中的電化學過程了解不多或完全沒有相關知識。

    我們已經討論了電鍍仿真的諸多優勢,但如何才能使PCB 板設計人員使用上仿真模型呢?

    創建App

    解決方案之一是創建界面易于使用的定制電鍍App,這使PCB 板設計人員可以研究一些重要參數,同時只需點擊幾下鼠標就能運行仿真。

    利用COMSOL Multiphysics 5.0 版本中所帶的App 開發器,仿真專家們只需投入很少的精力就可以創建出這類App,從而使組織中的其他人都可以運行仿真。


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