Kupferdiebstahl vs. Kupferbilanz bei der PCB-Herstellung

In der PCB-Herstellung lösen zwei kritische Techniken „Kupferdiebstahl und Kupferbalancierung“ unterschiedliche, aber miteinander verbundene Probleme: Ungleichmäßige Plattierung und Plattenverformung.Kupferdiebstahl fügt leeren PCB-Bereichen nichtfunktionale Kupferformen hinzu, um eine gleichbleibende Beschichtung zu gewährleistenBeide sind für hochwertige PCB unerlässlich: Diebstahl verbessert die Herstellungsleistung um bis zu 10%,und das Ausgleichen reduziert die Delamination um 15%Dieser Leitfaden beschreibt die Unterschiede zwischen den beiden Techniken, ihre Anwendungsfälle und wie sie umgesetzt werden können, um kostspielige Mängel wie ungleiche Kupferdicke oder verdrehte Platten zu vermeiden.

Wichtige Erkenntnisse
1.Kupferdiebstahl löst Plattierungsprobleme: Fügt leeren Flächen nicht leitfähige Kupferformen (Punkte, Gitter) hinzu, gewährleistet eine gleichmäßige Kupferdicke und reduziert Über-/Unter-Etischungen.
2Kupferbalancierung verhindert Verformung: Verteilt Kupfer gleichmäßig über alle Schichten und verhindert die Biegung von Brettern während der Herstellung (z. B. Lamination, Lötung) und des Gebrauchs.
3.Beide für optimale Ergebnisse verwenden: Diebstahl richtet sich an die Plattierungskvalität, während das Ausbalancieren die Strukturstabilität gewährleistet, die für mehrschichtige PCBs (4+ Schichten) entscheidend ist.
4.Designregeln sind von Bedeutung: Diebstahlmuster ≥ 0,2 mm von Signalspuren entfernt halten; den Kupferhaushalt an jeder Schicht überprüfen, um eine Delamination zu vermeiden.
5Zusammenarbeit mit den Herstellern: Frühe Beiträge von PCB-Herstellern sorgen dafür, dass die Steal/Balancing-Muster mit den Produktionsmöglichkeiten übereinstimmen (z. B. Plattierungstanksgröße, Laminationsdruck).

Kupferdiebstahl in Leiterplatten: Definition und Zweck
Kupferdiebstahl ist eine auf die Fertigung ausgerichtete Technik, bei der leeren PCB-Flächen nichtfunktionale Kupferformen hinzugefügt werden.Sie tragen weder Signal noch Strom. Ihre einzige Aufgabe besteht darin, die Gleichmäßigkeit der Kupferbeschichtung zu verbessern., ein entscheidender Schritt in der PCB-Produktion.

Was ist Kupferdiebstahl?
Der Kupferdiebstahl füllt "tote Zonen" auf einem PCB – große leere Flächen ohne Spuren, Pads oder Ebenen – mit kleinen, auseinander gelegenen Kupfermerkmalen.Eine Leiterplatte mit einem großen leeren Abschnitt zwischen einem Mikrocontroller und einem Steckverbinder würde diebe Punkte in dieser Lücke bekommenDiese Formen:

1.Verknüpfen Sie sich nicht mit einem Schaltkreis (von Spuren/Pads isoliert).
2.Sind typischerweise 0,5 mm groß, mit einem Abstand von 0,2 mm.
3.Kann individuell geformt werden (Punkte, Quadrate, Gitter), aber Punkte sind am häufigsten (einfach zu entwerfen und zu platzieren).

Warum Kupferstehlen notwendig ist
PCB-Beschichtung (Beschichtung von Kupfer auf das Board) beruht auf einer gleichmäßigen Stromverteilung. Leere Bereiche wirken als "niedrige Widerstandswege" für den Beschichtungstrom, was zu zwei großen Problemen führt:

1Ungleichmäßige Kupferdicke: Leere Bereiche erhalten zu viel Strom, was zu einem dickeren Kupfer (Überplattierung) führt, während dichte Spurenbereiche zu wenig (Unterplattierung) erhalten.
2.Erschfehler: Überplattierte Bereiche sind schwerer zu etschen, was zu einem Überschuss an Kupfer führt, der zu Kurzschlägen führt; unterplattierte Bereiche etschen zu schnell, dünnen Spuren und riskieren offene Schaltkreise.

Das Kupferdiebstahl löst dies durch "Verbreitung" des Plattierstroms. Leere Flächen mit Diebstahlformen haben nun einen gleichmäßigen Stromfluss, der der Dichte von Spurreichen entspricht.

Wie der Kupferdiebstahl funktioniert (Schritt für Schritt)
1Identifizieren von leeren Bereichen: Verwenden Sie PCB-Design-Software (z. B. Altium Designer), um Bereiche mit einer Größe von mehr als 5 mm × 5 mm ohne Komponenten oder Spuren zu kennzeichnen.
2.Zusatz von Diebstahlmustern: In diesen Bereichen werden nichtleitende Kupferformen platziert.
Punkte: 1 mm Durchmesser, 0,3 mm Abstand (am vielseitigsten).
Gitter: 1 mm × 1 mm Quadrate mit 0,2 mm Lücken (gut für große leere Räume).
Massivblöcke: Kleine Kupferfüllungen (2 mm × 2 mm) für enge Lücken zwischen den Spuren.
3.Isolieren Muster: Stellen Sie sicher, dass die Diebschirmformen ≥ 0,2 mm von Signalspuren, Pads und Flugzeugen entfernt sind. Dies verhindert versehentliche Kurzschlüsse und Signalstörungen.
4.Verifizieren Sie mit DFM-Kontrollen: Verwenden Sie Design for Manufacturability (DFM) -Tools, um zu bestätigen, dass die Diebstahlmuster nicht gegen die Plattierungsregeln verstoßen (z. B. Mindestabstand, Formgröße).

Vor- und Nachteile des Kupferdiebstahls

Ideale Anwendungsfälle für Kupferdiebstahl
1.Leiterplatten mit großen Leerflächen: z.B. eine Stromversorgungsplatte mit einem großen Abstand zwischen dem Wechselstrom-Eingang und dem Gleichstrom-Ausgang.
2.Hochpräzisionsplattierung: z. B. HDI-PCB mit feinen Tonhöhen (0,1 mm Breite), die eine exakte Kupferdicke (18 μm ± 1 μm) erfordern.
3Ein-/Mehrschicht-PCB: Diebstahl ist für einfache 2-Schicht-Boards und komplexe 16-Schicht-HDI gleichermaßen wirksam.

COber Balancing: Definition und Zweck
Die Kupferbalanzierung ist eine Strukturtechnik, die eine gleichmäßige Verteilung des Kupfers über alle PCB-Schichten gewährleistet.Gleichgewichtung betrachtet das gesamte Brett von oben nach unten, um Verformungen zu vermeiden, Delamination und mechanische Störungen.

Was ist Kupferbalancing?
Die Kupferbilanz stellt sicher, dass die Kupfermenge auf jeder Schicht ungefähr gleich ist (±10% Unterschied).Ein 4-Schicht-PCB mit einer Kupferdeckung von 30% auf Schicht 1 (Obersignal) benötigt eine Abdeckung von ~27~33% auf Schichten 2 (Boden)Diese Balance wirkt "thermischer Spannung" entgegen, wenn sich verschiedene Schichten während der Herstellung unterschiedlich stark ausdehnen/verengen (z.B. Lamination, Rücklauflöten).

Warum Kupfer ausbalanciert werden muss
PCBs bestehen aus wechselnden Schichten aus Kupfer und Dielektrikum (z. B. FR-4). Kupfer und Dielektrikum haben unterschiedliche thermische Expansionsraten: Kupfer expandiert ~ 17ppm/°C, während FR-4 ~ 13ppm/°C expandiert.Wenn eine Schicht 50% Kupfer und eine andere 10% enthält, die ungleichmäßige Ausdehnung verursacht:

1Verformung: Die Platten biegen oder verdrehen sich während der Lamierung (Wärme + Druck) oder des Lötens (250°C Rückfluss).
2Delamination: Schichten trennen (abschälen), weil die Spannung zwischen Kupferreichen und Kupferarmen Schichten die Klebfestigkeit des Dielektriks übersteigt.
3Mechanische Störungen: Verzerrte Platten passen nicht in Gehäuse; Delaminate verlieren die Signalintegrität und können kurz sein.

Die Kupferbilanz beseitigt diese Probleme, indem alle Schichten gleichmäßig erweitert/verengt werden.

Wie man Kupfer ausgleicht
Bei der Kupferbilanz wird eine Mischung von Techniken verwendet, um die Kupferdeckung über Schichten hinweg auszugleichen:

1Kupferguss: Fülle große leere Flächen mit festem oder quer geschlüpfter Kupfer (an Boden-/Kraftflugzeuge angeschlossen), um die Abdeckung von dünnen Schichten zu erhöhen.
2.Spiegelmuster: Kopieeren von Kupferformen von einer Schicht zur anderen (z. B. Spiegelung einer Bodenfläche von Schicht 2 auf Schicht 3) zur Ausgleichsdeckung.
3.Strategischer Diebstahl: Diebstahl als sekundäres Werkzeug verwenden.
4.Schichtstapeloptimierung: Bei mehrschichtigen Leiterplatten (PCBs) ordnen Sie die Schichten so an, dass sie mit hohem/niedrigem Kupfer (z. B. Schicht 1: 30% → Schicht 2: 25% → Schicht 3: 28% → Schicht 4: 32%) wechseln, um die Spannung gleichmäßig zu verteilen.

Vor- und Nachteile der Kupferbalanzierung

Ideale Anwendungsfälle für die Kupferbilanz
1.Mehrschichtliche Leiterplatten (4+ Schichten): Die Lamination mehrerer Schichten verstärkt die Spannung.
2.Hochtemperaturanwendungen: PCBs für Fahrzeugunterteile (~40°C bis 125°C) oder Industrieöfen müssen ausbalanciert werden, um extreme Wärmezyklen bewältigen zu können.
3.Strukturkritische PCB: Medizinische Geräte (z. B. Herzschrittmacher-PCB) oder Luftfahrttechnik können keine Verzerrung tolerieren.

Kupferdiebstahl gegen Kupferbalancierung: Hauptunterschiede
Obwohl beide Techniken Kupfer hinzufügen, unterscheiden sich ihre Ziele, Methoden und Ergebnisse.

Beispiel aus der realen Welt: Wann welches zu verwenden
Szenario 1: Ein zweischichtiges IoT-Sensor-PCB mit einem großen leeren Bereich zwischen Antenne und Batterieanschluss.
Die Verwendung von Kupferdiebstahl um die Lücke zu füllen verhindert eine ungleichmäßige Plattierung der Antennenspur (kritisch für die Signalstärke).

Szenario 2: Ein 6-schichtiger PCB für die Steuerung von Fahrzeugen mit Antriebsebene auf den Schichten 2 und 5.
Verwenden Sie Kupferbalancierung: Fügen Sie Kupfergüsse zu den Schichten 1, 3, 4 und 6 hinzu, um die Abdeckung der Schichten 2 und 5 zu entsprechen, wodurch das Brett bei der Hitze des Motors nicht verzerrt wird.

Szenario 3: Eine 8-schichtige HDI-PCB für ein Smartphone (hohe Dichte + Strukturanforderungen).
Beide Methoden sind geeignet: Durch das Stehlen werden kleine Lücken zwischen feinschärfen BGAs gefüllt (was die Plattierqualität gewährleistet), während durch das Ausbalancieren das Kupfer über alle Schichten verteilt wird (was das Drehen beim Lötvorgang verhindert).

Praktische Umsetzung: Designrichtlinien und häufige Fehler
Um das Beste aus dem Kupferdiebstahl und dem Gleichgewicht zu machen, folgen Sie diesen Regeln und vermeiden Sie häufige Fallstricke.

Kupferdiebstahl: Best Practices entwickeln
1.Mustergröße und Abstand
Verwenden Sie 0,5 ∼ 2 mm-Formen (Punkte sind für die meisten Designs am besten geeignet).
Der Abstand zwischen den Formen muss ≥ 0,2 mm sein, um Plattierbrücken zu vermeiden.
Stellen Sie sicher, dass die Formen mindestens 0,2 mm von Signalspuren/Pads entfernt sind, um Signalübertragung zu verhindern (kritisch für Hochgeschwindigkeitssignale wie USB 4).
2.Vermeiden Sie zu viel Diebstahl
Nicht alle kleinen Lücken füllen, sondern nur Zielflächen ≥ 5 mm × 5 mm. Übertrieb erhöht die PCB-Kapazität, was die Hochfrequenzsignale verlangsamen kann.
3.Ausgerichtet mit Plattierfähigkeiten
Überprüfen Sie bei Ihrem Hersteller die Grenzwerte für den Beschichtungsbehälter: Einige Behälter können nicht mit Formen auskommen, die kleiner als 0,5 mm sind (Gefahr einer ungleichmäßigen Beschichtung).

Kupfer-Balancierung: Best Practices entwickeln
1Berechnen Sie die Kupferdeckung
Verwenden Sie PCB-Design-Software (z. B. Altium's Copper Area Calculator), um die Abdeckung auf jeder Schicht zu messen.
2.Funktionales Kupfer priorisieren
Verwenden Sie Strom-/Boden-Ebenen (funktionales Kupfer), um die Abdeckung auszugleichen, bevor Sie nichtfunktionales Diebstahl hinzufügen.
3.Test auf thermische Belastung
Führen Sie eine thermische Simulation (z. B. Ansys Icepak) durch, um zu überprüfen, ob sich ausgeglichene Schichten gleichmäßig ausdehnen.

Häufige Fehler, die man vermeiden sollte

Wie man mit PCB-Herstellern zusammenarbeitet
Eine frühzeitige Zusammenarbeit mit PCB-Herstellern stellt sicher, dass Ihre Diebstahl-/Balance-Designs mit ihren Produktionskapazitäten übereinstimmen.

1.Teilen Sie Designdateien frühzeitig
a.Senden Sie dem Hersteller Entwürfe von Leiterplattenlayouts (Gerber-Dateien) zur "Vorprüfung".
Die Diebeformen sind zu klein für ihre Plattierungstanks.
Kupfer-Abdeckungslücken an den inneren Schichten, die Verformung verursachen.

2.Fragen Sie nach Anweisungen für die Plattierung
a.Die Hersteller haben spezifische Regeln für den Diebstahl (z. B. "Mindestformgröße: 0,8 mm") basierend auf ihrer Plattierungsvorrichtung.

3.Laminationsparameter überprüfen
a.Bei der Ausbalancierung ist der Laminationsdruck (normalerweise 20­30 kg/cm2) und die Temperatur (170­190°C) des Herstellers zu bestätigen.±5% Abdeckung für Luftfahrt-PCBs).

4- Bitte um Probenläufe.
a.Bei kritischen Konstruktionen (z. B. medizinische Geräte) eine kleine Charge (10-20 PCBs) zum Testen von Diebstahl/Balance bestellen.
Einheitliche Kupferdicke (zur Messung der Spurenbreite mit einem Mikrometer).
Flachheit des Brettes (Verwenden Sie eine Geradung, um die Verkrümmung zu überprüfen).

Häufig gestellte Fragen
1Beeinflusst der Kupferdiebstahl die Signalintegrität?
Nicht, wenn sie richtig implementiert sind. Halten Sie die Diebstahlformen ≥ 0,2 mm von den Signalspuren entfernt und sie beeinträchtigen nicht die Impedanz oder den Überschall. Für Hochgeschwindigkeitssignale (> 1 GHz) verwenden Sie kleinere Diebstahlformen (0.5 mm) mit einem größeren Abstand (0,5 mm), um die Kapazität zu minimieren.

2Kann Kupferbalancierung auf Einzelschicht-PCBs angewendet werden?
Ja, aber es ist weniger kritisch, weil einseitige PCBs nur eine Kupferschicht haben, also ist das Verformungsrisiko geringer.Gleichgewichtung (Zusatz von Kupfergüssen in leere Bereiche) hilft immer noch bei der thermischen Steuerung und mechanischen Festigkeit.

3Wie berechne ich die Kupferdeckung für die Balance?
Verwenden Sie PCB-Design-Software:

a.Altium Designer: Verwenden Sie das Werkzeug "Kupferbereich" (Tools → Reports → Kupferbereich).
b.Cadence Allegro: Führen Sie das Skript "Copper Coverage" aus (Setup → Reports → Copper Coverage).
c.Für manuelle Kontrollen: Berechnen Sie die Kupferfläche (Spuren + Flugzeuge + Diebstahl) geteilt durch die Gesamtfläche der PCB.

4Ist Kupferdiebstahl für HDI-PCBs notwendig?
Ja, HDI-PCBs haben feine Tonhöhe (≤0,1 mm) und kleine Pads. Ungleichmäßige Plattierung kann Spuren auf <0,08 mm verengen, was zu Signalverlusten führt. Diebstahl sorgt für eine einheitliche Plattierung, die für die HDI-Leistung entscheidend ist.

5. Was ist die Kostenwirkung von Kupferdiebstahl/Balancing?
Mindestens. Diebstahl verwendet vorhandene Kupferschichten (keine zusätzlichen Materialkosten). Ausgleich kann 5~10% zu der Designzeit hinzufügen, reduziert aber die Nachbearbeitungskosten (delaminierte Boards kosten jeweils 50~200 US-Dollar).

Schlussfolgerung
Der Kupferstahl und die Kupferbilanz sind nicht optional, sondern unerlässlich für die Herstellung zuverlässiger, hochwertiger PCB.Erhöhung der Erträge und Verhinderung von ÄtzfehlernDas Gleichgewicht hält das Brett flach und stark, verhindert Verformungen und Delaminationen, die selbst die am besten gestalteten Schaltungen ruinieren können.

Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, zu verstehen, wann jede Technik angewendet werden soll: Diebstahl für die Beschichtungsqualität, Ausgleich für die strukturelle Stabilität.Bei der Verwendung beider Verfahren werden die besten Ergebnisse erzielt.. Durch die Einhaltung von Konstruktionsrichtlinien (z. B. die Vermeidung von Diebstählen) und die frühe Zusammenarbeit mit den HerstellernSie vermeiden kostspielige Mängel und produzieren PCB, die Leistungs- und Zuverlässigkeitsstandards erfüllen.

Da PCBs kleiner (z. B. Wearables) und komplexer (z. B. 5G-Module) werden, werden Diebstahl und Balancing immer wichtiger.Diese Techniken zu beherrschen, sorgt dafür, dass Ihre Entwürfe in funktionelle, dauerhafte Produkte, egal ob Sie einen einfachen Sensor oder eine kritische Automobil-ECU bauen.