***前言:在上一期的文章中介紹了PCB制造的工藝流程,但仍然想在過孔的銅厚和PCB的過孔厚徑比兩個方面再深入介紹。
PCB銅厚的定義
電路中銅的厚度以盎司(oz)**表示。那么,為什么用重量單位來表示厚度呢?
盎司(oz)的定義
將1盎司(28.35 克)的銅壓平,覆蓋1平方英尺(0.093 平方米)的表面積,其厚度為1.4 mil。
銅的重量以盎司/平方英尺(oz/ft^2)為單位。
下表顯示了銅的重量與銅厚度(以mil和um為單位)的關系。
在這里先講一下PCB的過孔如何電鍍,在這里需要書接前文;
參考上一篇文章:PCB 制造流程分步指南
https://blog.csdn.net/weixin_44294230/article/details/147470264?spm=1011.2415.3001.5331
鉆孔階段結束后,PCB 通常會經過電鍍工藝,在孔內涂覆一層導電材料,例如銅。這是為了在 PCB 的不同層之間提供電氣連接。這種電鍍方法可以是基于化學沉積的,也可以是基于電鍍的,使用電鍍的方式使銅加厚。
這個過程俗稱一銅(這個電鍍不僅僅針對過孔,而是面向全板,所以又成為板電)
外層蝕刻的過程中會采用電鍍法給保留的線路鍍一層銅,在此過程中,外層多余的銅會被去除。這個過程俗稱二銅(因其針對表層圖像進行電鍍,所以顧名思義又稱為圖電)
從上兩個圖中我們可以清楚看到,的PCB完成銅厚是由PCB的基銅厚度加上板電和圖電最終厚度,也就是說完成銅厚大于PCB的基銅,而PCB全部孔銅厚度,是在兩流程中電鍍完成,即全板電鍍孔銅的厚度和圖形電鍍的銅厚度。
常規成品1OZ成品銅厚,孔銅按IPC二級標準,通常一銅(全板電鍍)的厚度為5-7um,二銅(圖形電鍍)厚度為13-15um,所以孔銅厚度在18-22um之間,加上蝕刻和其它原因導致的損耗, 最終孔銅就在20um左右。
根據 IPC-6012 標準:
1 級和 2 級要求平均鍍銅厚度至少為 20 微米,薄區域不小于 18 微米;
3 級要求平均鍍銅厚度至少為 25 微米,薄區域不小于 20 微米。
同樣的要求也適用于埋孔,但不適用于沒有孔筒且對鍍層要求較低的微孔。
內層的銅厚只有在原有覆銅板的基礎上進行蝕刻,所有其厚度近似等于基銅厚度;
PCB表層厚度近似等于PCB完成銅厚是由PCB的基銅厚度加上板電和圖電減去蝕刻和其它原因導致的損耗。
PCB的過孔厚徑比
如上圖所示, 縱橫比(厚徑比,在這里外網翻譯成縱橫比)是指孔的直徑 D 除以 PCB 的厚度 H (等于筒的長度)。
縱橫比對于電路板的設計者和制造商來說都是一個重要的指標,因為它能夠反映電路板的可靠性、成本和可制造性。首先,縱橫比可以告訴我們過孔(以及電路板上任何鍍通孔)的可制造性,并揭示出孔身電鍍強度的潛在問題。
為了解釋這一點,需要簡要再一次介紹一下過孔的電解電鍍工藝:
?PCB過孔電鍍過程在 PCB 經過熱壓壓合后開始。
?PCB 的內部層已被蝕刻,但頂層和底層的銅尚未被蝕刻。
?然后在此階段鉆出通孔,該通孔不鍍層并且不導電。
?所有孔都經過多重清潔過程,以清除鉆孔階段產生的碎屑。
?將少量導電碳放置在待鍍孔的內部,碳充當金屬種子層以允許后續銅在其上生長。
?頂部和底部的銅層連接到電壓源,整個面板進入含有銅離子的電解液槽中。
?整個面板充當導體,允許電流從鍍液流到面板。任何裸露金屬的區域(包括通孔)都會通過從鍍液中吸收銅離子進行電鍍。
?通孔現已鍍好,下一步是蝕刻頂層和底層的銅。在通孔的頂部和底部焊盤(包括孔壁)上覆蓋一層保護性錫涂層,以保護它們免受下一蝕刻步驟的影響。
現在可以理解為什么深寬比較大的孔更容易電鍍了。孔徑越大,含有銅離子的化學溶液就越容易流入孔內。同樣,孔身越長(即 PCB 越厚),孔身內部的電鍍就越困難。無論深寬比如何,孔身中心(大約位于頂部和底部的中間位置)始終是最難電鍍的區域,因為到達該處的銅離子較少——因此,該區域更容易發生故障
厚徑比比較高時,孔壁會表現為“狗骨”現象。
根據經驗,孔直徑大于 10mil 時,縱橫比可以設為 1:10;但 8mil 或更小的孔徑則需要更小的縱橫比,這意味著 PCB 厚度也更薄。以下總結了允許的縱橫比:
- 12mil(300um)成品孔 - 縱橫比 1:10 - 板厚最大 3mm
- 10mil(250um)成品孔 - 縱橫比 1:10 - 板厚最大 2.5mm
- 8mil(200um)成品孔 - 縱橫比 1:8 - 板厚最大 1.6mm
- 6mil(150um)成品孔 - 縱橫比 1:6.6 - 板厚最大 1mm(僅限先進工藝)
Reference list:
1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/26553259
2.https://www.elepcb.com/blog/pcb-copper-thickness/
3.https://www.protoexpress.com/kb/copper-for-pcbs/
4.https://www.epiccolo.com/articles/pcb-vias-guide