PCBBalance umožňuje optimalizovat rozložení tloušťky mědi na desce a panelu

Výroba holé desky plošných spojů je komplexní proces, jehož součástí je i elektrolytické nanášení mědi na plošné spoje, plošky, průchozí otvory a měděné plochy tak, aby se dosáhlo požadované tloušťky měděné vrstvy. Problémem je rovnoměrné nanášení mědi v ploše desky, stejně jako na deskách v panelu.

Hustota mědi v jednotlivých částech desky (na obou stranách) i panelu výrazně ovlivňuje výslednou tloušťku mědi. Tomuto problému lze do jisté míry zabránit tzv. balancováním mědi, kdy se na desku přidají další plochy mědi jako protiváha již navržených spojů a ploch. Otázkou je, jak zjistit výslednou tloušťku mědi v jednotlivých částech desky a panelu ještě před její výrobou a kde měď v návrhu desky či panelu dodatečně přidat.

Tuto úlohu řeší program PCBBalance [1] belgické společnosti Elsyca [2]. Umožňuje nejenom vizualizovat rozložení tloušťky mědi na navržené desce či panelu ještě před její výrobou, ale také navrhnout řešení v podobě přídavných měděných plošek.

Než si vysvětlíme, jak software PCBBalance pracuje, ukážeme si vliv hustoty mědi na desce na jednoduchém případu. Na obr. 1 jsou dvě grafiky mědi ve tvaru písmen A a L, která jsou zarovnána pod sebou na horní a spodní straně desky (levá hrana písmene A na horní straně desky je zarovnána s levou stranou písmene L na spodní straně – obr. 1a). Na obr. 1b) je potom vidět rozložení tloušťky mědi na obou motivech – levá strana písmen, které se překrývají, vykazuje vyšší hustotu mědi, a tím slabší vrstvu než pravá strana písmena A, která pod sebou žádnou měď nemá. Obrázek 1c) ukazuje stejnou grafiku, ale s otvorem v levém horním rohu, který zvýší hustotu mědi v této oblasti na obou stranách desky (obr. 1d) a způsobí pokles tloušťky nanesené vrstvy mědi.

Barevná stupnice jde od tmavě modré (nejslabší vrstva mědi) přes světle modrou, zelenou, žlutou až po červenou (nejsilnější vrstva mědi).

Software PCBBalance je výsledkem dlouholetých zkušeností společnosti ELSYCA v oboru elektrolytického pokovování. Simulační program nanášení mědi na DPS, který je ve světě jediným svého druhu, je doplněn o automatickou analýzu výsledků a optimalizaci.

Postup práce s programem PCBBalance je názorně vidět na obr. 2: dodaná Gerber data (zde pouze jedna strana desky) se načtou (obr. 2a) a software provede simulaci nanášení mědi. Výsledkem je barevná mapa rozložení tloušťky mědi na desce (obr. 2b), kde tmavě modrá barva indikuje nejmenší tloušťku, růžová barva naopak největší. Program následně provede analýzu a doplní desku o více různě velkých ploch mědi, přičemž provede novou simulaci tloušťky mědi v ploše desky (obr. 2c). Nově přidané plochy potom zapíše do výstupních Gerber dat (obr. 2d), která je potřeba sloučit s původními daty, ať už u návrháře, nebo výrobce desky.

V každém případě by měl návrhář vědět o možných změnách na navržené desce. Nejlepší by bylo, kdyby měl on sám základní znalosti o balancování mědi a mohl ji brát v úvahu při návrhu desky. Je tu ovšem ještě jedna věc, kterou návrhář příliš neovlivní. Holé desky se nevyrábějí jednotlivě, ale jako součást panelu, ve kterém je více desek najednou, ať už stejných, nebo rozdílných. I když je deska z pohledu rozložení mědi vybalancovaná díky jejímu kvalifikovanému návrhu, záleží na jejím umístění v panelu a na rozložení mědi okolních desek, protože se tím ovlivňuje hustota mědi na celém panelu. Balancování mědi na panelu tak přísluší výrobci desek.

Optimálním řešením by zřejmě bylo balancování mědi jak při návrhu desky, tak i u výrobců. Pokud návrhář ponechá balancování mědi plně na výrobci, může se dostat do situace, kdy přidaná měď může ovlivnit funkci desky, nebo balancování nemůže být úplně provedeno kvůli danému návrhu (na desce není potřebné místo atd.).

V každém případě umožní simulace nanášení mědi v programu PCBBalance získat přehled o rozložení tloušťky mědi na desce i panelu ještě před zahájením výroby, takže je možné provést potřebné úpravy, jak na desce či panelu, tak i v procesu výroby holé desky.

Elsyca PlatingManager

Elsyca, výrobce programu PCBBalance, nabízí i další simulační programy, z nichž pro galvanické nanesení mědi je určen software Elsyca PlatingManager [3]. Ten simuluje výrobní proces nanášení mědi pro danou galvanickou linku. Výsledkem jsou detailní informace o průběhu procesu, které mohou být použité pro jeho schválení.