Standard-PCB-Dicke und Ihr Lagenaufbau

Ich gebe zu, dass ich Sitcoms der 1990er Jahre liebe. Wenn Jerry Seinfeld ein PCB-Designer wäre, würde er wahrscheinlich fragen: „Was ist eigentlich mit der Platinenstärke von 1,57 mm los?“ Das ist schließlich eine berechtigte Frage, und es lässt einen darüber nachdenken, warum einige Standardwerte (z.B. 50 Ohm Impedanz in HF-Systemen) im PCB-Design und anderen Bereichen des Engineerings verwendet werden.

Es gibt gute Gründe, warum diese und andere Designwerte im PCB-Design standardisiert wurden, auch wenn sie nicht explizit in Industriestandards definiert sind. Bezüglich der Platinenstärke liegt der Grund größtenteils in der Geschichte, wie wir gleich sehen werden. Die Standarddicke von Leiterplatten von 1,57 mm ist jedoch nicht die einzige Dicke, die Sie für Ihre Platine nutzen können, obwohl die meisten Hersteller ihre Fertigungskapazitäten speziell darauf ausrichten, diesen Wert zu unterstützen. Wenn Sie

Warum 1,57 mm Platinenstärke: Eine Geschichtsstunde

Lee Ritchey hat die Geschichte der de facto Standard-Platinenstärke von 1,57 mm schön zusammengefasst. Ohne alles zu wiederholen, was Lee über die Dickenwerte von Leiterplatten sagt, werde ich kurz die Gründe zusammenfassen, warum diese Zahl zu einem de facto Standard in der Branche wurde.

Als elektronische Geräte den Übergang zu Transistoren und integrierten Schaltkreisen vollzogen, wurden Platinen durch Breadboarding auf Sperrholzarbeitsbänken gebaut, wobei die oberste Schicht eines Sperrholzblattes durch ein Material namens Bakelit ersetzt wurde. Wenn Sie mit Sperrholz vertraut sind, dann wissen Sie, dass die Dicke einer einzelnen Lage in Sperrholz 1/16 Zoll oder 1,57 mm beträgt. Diese Dicke wurde dann zu einer Art Standard, als Verbindungen von Platine zu Platine notwendig wurden und auf neuere Materialien angepasst wurden. Frühe Verbindungen von Platine zu Platine verwendeten Racksysteme mit Randsteckverbindern, und diese Randsteckverbinder mussten dieser Standarddicke entsprechen. Heutzutage verwenden wir anstelle von Bakelit Materialien, die das Ätzen und Plattieren ermöglichen, und FR4-Epoxidharzlaminate.

Alternative PCB-Dickenwerte

Heute geben Routing-Richtlinien für einige Produkte (z.B. PCIe-Erweiterungskarten, Mini-PCIe-Karten oder SODIMM-Module) oder Anwendungshinweise 1,57 mm (oder einen weniger gebräuchlichen Wert von 1,0 mm) an. Wenn man jedoch darüber nachdenkt, wird man erkennen, dass es keinen Grund gibt, warum diese PCB-Dicke gegenüber jedem anderen Plattendickenwert bevorzugt werden sollte, abgesehen von der Herstellbarkeit oder möglicherweise, um eine hohe Schichtanzahl oder ein hohes Kupfergewicht unterzubringen. Viele Hersteller wählen diese Leiterplattendicke bei geringeren Schichtzahlen, weil es schon immer so war und das ist, was die meisten Kunden im Allgemeinen erwarten.

Obwohl der Wert von 1,57 mm gewissermaßen eine erforderliche Fähigkeit für jeden Hersteller ist, da er zu einem de facto Standard geworden ist, haben viele Hersteller ihre Fähigkeiten angepasst, um Platinen mit verschiedenen Vielfachen dieser Dicke herzustellen. Zwei andere PCB-Dickenwerte, die Sie bei einigen Herstellern finden könnten, sind 2,36 mm und 3,18 mm, die zufällig 150 % und 200 % der 1,57 mm Plattendicke entsprechen. Allerdings können Sie in der Regel 1,0 mm oder einen anderen Wert bestellen, solange der spezifische Dickenwert herstellbar ist.

Verschiedene Hersteller können Platinen mit unterschiedlichen Lagenanzahlen und Kupfergewichten herstellen, und viele bieten ihre Reihe von „standardisierten“ PCB-Dickenwerten und Lagenanordnungen an. Fertiger können auch alternative Platinendickenwerte unterbringen, solange sie verifizieren können, dass die Platine ihren Prozess ohne Mängel durchlaufen kann. Deshalb sollten Sie vor Beginn Ihres Designs Ihren Fertiger kontaktieren, um Ihren Stackup zu überprüfen, oder Sie sollten einen hochstandardisierten Stackup (2-Lagen- oder 4-Lagen-PCB-Stackup) verwenden, wenn dies anwendbar ist. Fertiger, die (oder bevorzugen) spezifische Dicken und Lagenanordnungen benötigen, stellen ihre Stackups manchmal online in einer Stackup-Tabelle zur Verfügung. Diese Daten können Sie in der Regel herunterladen, oder Sie können eine E-Mail senden und sie bitten, Ihren Lagenstapel und die Plattendicke anzusehen, falls eine Stackup-Tabelle nicht verfügbar ist.

Platinen-, Dielektrikum- und Kupferdicke

Nachdem Sie sich für die Gesamtdicke der Platine entschieden haben, bleiben noch drei Punkte zu berücksichtigen:

• Kupferdicke auf jeder Lage
• Dielektrikumschichtdicke
• Lötmaskendicke

Lötmaskendicke und Kupferdicke auf der Leiterplatte sind einfach: 0,4-0,8 mils ist ein Standardbereich für die Lötmaskendicke; Altium Designer verwendet 0,4 mils als Standardwert für die Lötmaskendicke in einem neuen Stackup. Die Kupferdicke (in mm) hängt von Ihrem Kupfergewicht ab, das in standardisierten Schritten angegeben wird. Die äquivalente Kupferdicke für ein gegebenes Gewicht kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Obwohl es ein allgemeines 4-Lagen-PCB-Dicken- und Stackup-Format gibt (unter der Annahme einer Gesamt-PCB-Dicke von 1,57 mm), gibt es kein "Standard"-4-Lagen-Stackup. Ein Beispiel für ein 4-Lagen-PCB-Stackup, das einen guten Ausgangspunkt für die Bestimmung der Dielektrikum-Dicken bietet, wird unten gezeigt.

In diesem Beispiel haben wir einen dicken Kern mit dünneren Dielektrika, die die äußeren Schichten unterstützen. Ich habe dies als Beispiel gezeigt, da es leicht aus 370HR-Dielektrika gebaut werden kann und Hochgeschwindigkeitskomponenten auf kleineren Platinen unterstützt. Sie könnten dünnere Kernschichten sehen (wir haben in einem kürzlichen Design 28 mils mit denselben Dielektrika gemacht), und Ihr Hersteller wird wahrscheinlich etwas zu Ihrem Kupfergewicht zu sagen haben, da sie möglicherweise bevorzugte Werte für ihre Prozesse haben.

Berechnung Ihrer PCB-Dicke und Schichtanordnung

Im Allgemeinen gibt es einen einfachen Prozess, dem Sie folgen können, um die Dicke der Leiterplatte und die Schichtdickenwerte in Ihrem neuen Design zu bestimmen:

1. Bestimmen Sie Ihre erforderliche Schichtanzahl, typischerweise indem Sie die Netzanzahl und die ungefähre Netzdichte berücksichtigen
2. Gehen Sie für den Moment von einem Kupfergewicht von 1 oz./sq. ft. aus und bestimmen Sie die Gesamtdicke, die den verbleibenden Schichten zugewiesen werden soll
3. Holen Sie sich eine Liste der verfügbaren Dielektrika von Ihrem gewünschten Materialhersteller und weisen Sie die Schichtdicken wie für Ihr Design erforderlich zu
4. Senden Sie den vorgeschlagenen Stackup zur Überprüfung an Ihren Hersteller

Wenn Ihr Hersteller eine Standardauswahl an Materialien verwendet, kann er Ihnen in der Regel einen Stackup mit alternativen Materialien basierend aufIPC-Slash-Blätterngeben. Einige Hersteller werden ihre verfügbaren Materialien zu einem benutzerdefinierten Stackup kombinieren, der Ihre Impedanz- und Verlustanforderungen erfüllt, und sie werden Sie nicht immer zwingen, sich an einen spezifischen Stackup zu halten.

Am Ende des Tages sollten Sie Ihren PCB-Hersteller nicht nur aufgrund des Preises auswählen. Berücksichtigen Sie zuerst Ihre Designanforderungen und denken Sie über die Anforderungen Ihrer Anwendung nach (einschließlich der PCB-Dicke), und wählen Sie dann den Hersteller, der nach diesen Bedürfnissen gestalten kann. Wenn Sie zu etwas viel Dickerem übergehen, wie einem Backplane mit hoher Lagenanzahl, wird der Standardwert für die Dicke von 1,57 mm nicht mehr verwendet. Bei spezialisierteren Hochgeschwindigkeits-/Hochfrequenzplatinen werden Sie wahrscheinlich auch spezialisierte Hochfrequenzmaterialien verwenden. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihren Hersteller um Rat fragen, um sicherzustellen, dass Ihr Design mit hoher Ausbeute und Qualität produzierbar sein wird.

Sobald Sie Ihre erforderliche Lagenanzahl und PCB-Dicke bestimmt haben, benötigen Sie PCB-Designsoftware, die Ihnen volle Kontrolle über Ihren Lagenstapel gibt, während Sie Ihr Design durchführen. Der Lagenstapel-Manager, Materialstapel-Bibliothek und die vollständige Palette an Designfunktionen in Altium Designer^® sind ideal für Designs jeder Komplexität, und Sie haben einen kompletten Satz an Werkzeugen zur Verfügung, um Ihre Platine zur Überprüfung durch Ihren Hersteller vorzubereiten. Wenn Sie Ihr Design abgeschlossen haben und Dateien an Ihren Hersteller freigeben möchten, macht die Altium 365^™-Plattform die Zusammenarbeit und das Teilen Ihrer Projekte einfach.

Wir haben nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Beginnen Sie noch heute Ihre kostenlose Testversion von Altium Designer + Altium 365.