Vol de cuivre contre équilibrage du cuivre dans la fabrication de circuits imprimés

Dans la fabrication de PCB, deux techniques essentielles, le vol du cuivre et l'équilibrage du cuivre, résolvent des problèmes distincts mais interdépendants: le revêtement inégal et la déformation du panneau.Le vol de cuivre ajoute des formes de cuivre non fonctionnelles aux zones vides de PCB pour assurer un revêtement uniformeL'équilibrage du cuivre répartit le cuivre uniformément dans toutes les couches pour maintenir les planches plates et solides.et l'équilibrage réduit la délamination de 15%Ce guide décrit les différences entre les deux techniques, leurs cas d'utilisation et comment les mettre en œuvre pour éviter les défauts coûteux tels que l'épaisseur inégale du cuivre ou les planches tordues.

Les principaux enseignements
1.Le voleur de cuivre résout les problèmes de revêtement: ajoute des formes de cuivre non conducteurs (points, grilles) aux zones vides, assurant une épaisseur de cuivre uniforme et réduisant les sur-/sous-graffitis.
2L'équilibrage du cuivre empêche la déformation: il répartit le cuivre uniformément sur toutes les couches, empêchant ainsi les planches de se plier pendant la fabrication (par exemple, la stratification, la soudure) et l'utilisation.
3.Utilisez les deux pour obtenir les meilleurs résultats: le vol s'attaque à la qualité du revêtement, tandis que l'équilibrage garantit la stabilité structurelle, ce qui est essentiel pour les PCB multicouches (plus de 4 couches).
4.Les règles de conception sont importantes: Gardez les motifs de vol à une distance ≥ 0,2 mm des traces de signal; vérifiez l'équilibre du cuivre sur chaque couche pour éviter la délamination.
5. Collaborer avec les fabricants: les premières contributions des fabricants de PCB garantissent que les modèles d'équilibrage/d'équilibrage correspondent aux capacités de production (par exemple, taille du réservoir de placage, pression de stratification).

Le vol de cuivre dans les cartes de circuits imprimés: définition et but
Le vol de cuivre est une technique axée sur la fabrication qui ajoute des formes de cuivre non fonctionnelles aux zones vides du PCB.Leur seule fonction est d'améliorer l'uniformité du revêtement en cuivre., une étape cruciale dans la production de PCB.

Qu'est- ce que le vol de cuivre?
Le vol de cuivre remplit les "zones mortes" sur un PCB “grandes zones vides sans traces, plaquettes ou plans” avec de petites caractéristiques de cuivre espacées.un PCB avec une grande section vide entre un microcontrôleur et un connecteur aurait des points de vol dans cet espaceCes formes:

1.Ne connectez à aucun circuit (isolé des traces/pads).
2Ils ont généralement une taille de 0,5 à 2 mm, avec un espacement de 0,2 à 0,5 mm entre eux.
3.Peut être personnalisé (points, carrés, grilles) mais les points sont les plus courants (facile à concevoir et à plaquer).

Pourquoi il est nécessaire de voler du cuivre
Le placage en PCB (électroplating du cuivre sur la carte) repose sur une distribution uniforme du courant.

1Épaisseur inégale du cuivre: les zones vides reçoivent trop de courant, ce qui entraîne un cuivre plus épais (surplacement), tandis que les zones denses en traces reçoivent trop peu (sous-placement).
2.Défauts de gravure: les zones sur-plaquées sont plus difficiles à gravir, laissant un excès de cuivre qui provoque des courts-circuits; les zones sous-plaquées gravent trop rapidement, éclaircissant les traces et risquant des circuits ouverts.

Le vol de cuivre résout ce problème en "diffusant" le courant de placage. Les zones vides avec des formes de vol ont maintenant un débit de courant uniforme, correspondant à la densité des régions riches en traces.

Comment fonctionne le vol de cuivre (étape par étape)
1.Identifier les zones vides: utiliser un logiciel de conception de PCB (par exemple, Altium Designer) pour marquer des zones de plus de 5 mm × 5 mm sans composants ni traces.
2.Ajouter des motifs de vol: placer des formes de cuivre non conducteurs dans ces zones
Points: diamètre de 1 mm, espacement de 0,3 mm (le plus polyvalent).
Grilles: carrés de 1 mm × 1 mm avec des espaces de 0,2 mm (bon pour les grands espaces vides).
Blocs solides: petits remplissages en cuivre (2 mm × 2 mm) pour des espaces étroits entre les traces.
3.Isolez les modèles: veillez à ce que les formes volantes soient à une distance ≥ 0,2 mm des traces de signaux, des plaquettes et des plans, ce qui évite les courts-circuits accidentels et les interférences du signal.
4.Valider avec des contrôles DFM: utiliser des outils de conception pour la fabrication (DFM) pour confirmer que les modèles de vol ne violent pas les règles de plaquage (par exemple, espacement minimum, taille de forme).

Les avantages et les inconvénients du vol de cuivre

Cas d'utilisation idéaux pour les voleurs de cuivre
1Les circuits imprimés avec de grandes surfaces vides: par exemple, un circuit imprimé d'alimentation avec un grand écart entre les sections d'entrée AC et de sortie DC.
2.Besoins de revêtement de haute précision: par exemple, les PCB HDI avec des traces de haute résistance (0,1 mm de largeur) qui nécessitent une épaisseur de cuivre exacte (18 μm ± 1 μm).
3.PCB mono/multi-couches: le vol est tout aussi efficace pour les cartes simples à deux couches et les HDI complexes à 16 couches.

CL'équilibrage: définition et but
L'équilibrage du cuivre est une technique structurelle qui assure une distribution uniforme du cuivre à travers toutes les couches de PCB.l'équilibrage regarde l'ensemble de la planche, des couches supérieures aux couches inférieures, pour éviter la déformation, délamination et défaillance mécanique.

Qu'est- ce que l'équilibrage au cuivre?
L'équilibrage du cuivre garantit que la quantité de cuivre sur chaque couche est à peu près égale (différence de ± 10%).un PCB à 4 couches avec une couverture en cuivre de 30% sur la couche 1 (signaux supérieurs) aurait besoin d'une couverture de ~27% à 33% sur les couches 2 (sol)L'équilibre entre les niveaux d'énergie et les niveaux d'énergie est déterminé par l'équilibre entre les niveaux d'énergie et les niveaux d'énergie.

Pourquoi l'équilibre du cuivre est nécessaire
Les PCB sont constitués de couches alternantes de cuivre et de diélectrique (par exemple, FR-4). Le cuivre et le diélectrique ont des taux de dilatation thermique différents: le cuivre se dilate ~ 17 ppm / °C, tandis que le FR-4 se dilate ~ 13 ppm / °C.Si une couche contient 50% de cuivre et une autre 10%, l' expansion inégale provoque:

1.Forgeage: les planches se plient ou se tordent lors de la stratification (chaleur + pression) ou du soudage (250°C de reflux).
2Délamination: Les couches se séparent (peel apart) parce que la contrainte entre les couches riches en cuivre et pauvres en cuivre dépasse la résistance d'adhérence du diélectrique.
3Défaillance mécanique: les panneaux déformés ne rentrent pas dans les boîtiers; les panneaux délaminés perdent leur intégrité du signal et peuvent être court-circuités.

L'équilibrage du cuivre élimine ces problèmes en veillant à ce que toutes les couches s'étendent/se contractent uniformément.

Comment appliquer l'équilibrage du cuivre
L'équilibrage du cuivre utilise une combinaison de techniques pour équilibrer la couverture du cuivre entre les couches:

1.Remplissage du cuivre: remplir de grandes zones vides avec du cuivre solide ou en croix (connecté au sol / à l'énergie) pour augmenter la couverture sur les couches rares.
2Modèles de miroir: copier les formes de cuivre d'une couche à l'autre (par exemple, miroir un plan au sol de la couche 2 à la couche 3) pour équilibrer la couverture.
3.Le vol stratégique: Utiliser le vol comme outil secondaire·ajouter du cuivre non fonctionnel aux couches à faible couverture pour les faire correspondre aux couches à haute couverture.
4Optimisation de l'empilement des couches: pour les PCB multicouches, les couches doivent être disposées de manière à alterner le cuivre élevé/faible (par exemple, couche 1: 30% → couche 2: 25% → couche 3: 28% → couche 4: 32%) afin de répartir uniformément les contraintes.

Les avantages et les inconvénients de l'équilibrage du cuivre

Cas d'utilisation idéaux pour l'équilibrage du cuivre
1.PCB multicouches (4 couches et plus): la stratification de plusieurs couches amplifie la contrainte.
2Applications à haute température: les PCB destinés aux sous-vêtements automobiles (de 40°C à 125°C) ou aux fours industriels doivent être équilibrés pour supporter des cycles thermiques extrêmes.
3.PCB structurellement critiques: les dispositifs médicaux (par exemple, les PCB de stimulateur cardiaque) ou l'électronique aérospatiale ne peuvent pas tolérer la déformation.

Vol de cuivre et équilibrage du cuivre: principales différences
Bien que les deux techniques impliquent l'ajout de cuivre, leurs objectifs, méthodes et résultats sont distincts.

Exemple réel: quand utiliser lequel
Scénario 1: un circuit imprimé de capteur IoT à deux couches avec une grande zone vide entre l'antenne et le connecteur de la batterie.
L'utilisation de l'aiguille de cuivre pour combler le vide empêche le placement inégal de la trace de l'antenne (critique pour la force du signal).

Scénario 2: un circuit imprimé à 6 couches de l'ECU automobile avec des plans de puissance sur les couches 2 et 5.
Utiliser l'équilibrage en cuivre: ajouter des gouttes de cuivre aux couches 1, 3, 4 et 6 pour correspondre à la couverture des couches 2 et 5 empêche la planche de se déformer dans la chaleur du moteur.

Scénario 3: un PCB HDI à 8 couches pour smartphone (haute densité + exigences structurelles).
Utilisez les deux: le vol remplit les petits espaces entre les BGA à haute résistance (assure la qualité du placage), tandis que l'équilibrage répartit le cuivre sur toutes les couches (empêche la torsion pendant la soudure).

Mise en œuvre pratique: lignes directrices de conception et erreurs courantes
Pour tirer le meilleur parti de l'équilibrage et de l'équilibrage du cuivre, suivez ces règles de conception et évitez les pièges courants.

Vol de cuivre: mettre au point les meilleures pratiques
1.Taille et espacement des motifs
Utilisez des formes de 0,5 à 2 mm (les points fonctionnent mieux pour la plupart des modèles).
Gardez l'espacement entre les formes ≥ 0,2 mm pour éviter les ponts de placage.
Assurez-vous que les formes sont à une distance ≥ 0,2 mm des traces/pads de signal  empêche le bruit croisé du signal (critique pour les signaux à grande vitesse comme USB 4).
2.Évitez de trop voler
Ne remplissez pas tous les petits espaces, mais seulement les zones cibles ≥ 5 mm × 5 mm. Le vol excessif augmente la capacité des PCB, ce qui peut ralentir les signaux à haute fréquence.
3.Aligner avec les capacités de placage
Vérifiez auprès de votre fabricant les limites du réservoir de placage: certains réservoirs ne peuvent pas supporter des formes inférieures à 0,5 mm (risque de placage inégal).

Équilibrage du cuivre: conception des meilleures pratiques
1Calculer la couverture en cuivre
Utilisez un logiciel de conception de circuits imprimés (par exemple, Altium's Copper Area Calculator) pour mesurer la couverture sur chaque couche.
2.Prioriser le cuivre fonctionnel
Utilisez des plans puissance/terre (cuivre fonctionnel) pour équilibrer la couverture avant d'ajouter le vol non fonctionnel.
3- Essai de résistance thermique
Exécuter une simulation thermique (par exemple, Ansys Icepak) pour vérifier si les couches équilibrées s'étendent uniformément.

Des erreurs courantes à éviter

Comment collaborer avec les fabricants de PCB
La collaboration précoce avec les fabricants de PCB garantit que vos conceptions de vol/équilibrage s'alignent sur leurs capacités de production.

1. Partagez les fichiers de conception tôt
a.Envoyez un projet de mise en page des circuits imprimés (fichiers Gerber) à votre fabricant pour une "pré-vérification".
Ils volent des formes trop petites pour leurs réservoirs.
Des trous de couverture en cuivre sur les couches intérieures qui provoqueront une déformation.

2.Demandez des directives de placement
a.Les fabricants ont des règles spécifiques pour le vol (par exemple, "taille de forme minimale: 0,8 mm") en fonction de leur équipement de placage.

3.Valider les paramètres de stratification
a.Pour l'équilibrage, confirmer la pression de stratification (généralement de 20 à 30 kg/cm2) et la température (170 à 190°C) du fabricant.Ajuster la répartition du cuivre si leur processus exige un équilibre plus serré (par exemple,± 5% de couverture pour les PCB de l'aérospatiale.

4. Demandez des échantillons
a.Pour les conceptions critiques (par exemple, les dispositifs médicaux), commandez un petit lot (10 à 20 PCB) pour tester le vol/l'équilibrage.
Épaisseur uniforme du cuivre (utiliser un micromètre pour mesurer la largeur des traces).
Planéité de la planche (utiliser une ligne pour vérifier la déformation).

Questions fréquentes
1Le vol de cuivre affecte-t-il l'intégrité du signal?
Non si elle est correctement mise en œuvre. Gardez les formes de vol à une distance ≥ 0,2 mm des traces du signal et elles n'interféreront pas avec l'impédance ou le bruit croisé. Pour les signaux à grande vitesse (> 1 GHz), utilisez des formes de vol plus petites (0.5 mm) avec un espacement plus large (0,5 mm) pour minimiser la capacité.

2L'équilibrage du cuivre peut-il être utilisé sur les PCB monocouches?
Oui, mais c'est moins critique, les PCB monocouches n'ont qu'une seule couche de cuivre, donc le risque de déformation est moindre.l'équilibrage (ajouter des coulées de cuivre aux zones vides) aide toujours à la gestion thermique et à la résistance mécanique.

3Comment calculer la couverture en cuivre pour l'équilibrage?
Utiliser un logiciel de conception de PCB:

a.Altium Designer: utiliser l'outil "Zone de cuivre" (outils → rapports → zone de cuivre).
b.Cadence Allegro: exécutez le script "Couverture en cuivre" (Installation → Rapports → Couverture en cuivre).
c.Pour les contrôles manuels: calculer la surface du cuivre (traces + avions + vol) divisée par la surface totale des PCB.

4Le vol de cuivre est-il nécessaire pour les PCB HDI?
Oui, les PCB HDI ont des traces de hauteur fine (≤ 0,1 mm) et de petits tampons. Le revêtement inégal peut réduire les traces à < 0,08 mm, ce qui entraîne une perte de signal.

5. Quel est l'impact sur les coûts du vol/équilibrage du cuivre?
L'équilibrage peut ajouter 5 à 10% au temps de conception, mais réduit les coûts de retravail (les cartes délaminées coûtent 50 à 200 $ chacune à remplacer).

Conclusion
Le vol du cuivre et l'équilibrage du cuivre ne sont pas facultatifs, ils sont essentiels pour produire des PCB fiables et de haute qualité.améliorer les rendements et prévenir les défauts de gravureL'équilibrage maintient votre carte plate et solide, évitant la déformation et la délamination qui peuvent ruiner même les circuits les mieux conçus.

La clé du succès est de savoir quand utiliser chaque technique: vol pour la qualité du revêtement, équilibrage pour la stabilité structurelle.ou des conceptions à haute densité, l'utilisation des deux fournira les meilleurs résultats.. En suivant les directives de conception (par exemple, en évitant les vols) et en collaborant tôt avec les fabricants,vous éviterez des défauts coûteux et produirez des PCB répondant aux normes de performance et de fiabilité.

À mesure que les PCB deviennent plus petits (par exemple, les appareils portables) et plus complexes (par exemple, les modules 5G), le vol et l'équilibrage ne feront que gagner en importance.La maîtrise de ces techniques garantit que vos conceptions se traduisent par desIl s'agit d'un produit durable, qu'il s'agisse d'un simple capteur ou d'un ECU automobile essentiel.