Wann man einen Standard-Stackup in der PCB-Fertigung verwenden sollte

Ein schneller und einfacher Weg, um Ihre Leiterplatte in die Serienproduktion zu bringen, ist die Nutzung einer Fertigungsstätte mit einem Standard-Stackup. Dies ist ein sehr gängiger Ansatz beim PCB-Prototyping und kann auch bei der Produktion in großen Mengen angewendet werden. Ein Standard-Stackup ist eine Einstiegskonfiguration, die ein Designer nutzen kann, wenn er nicht die Zeit oder das Fachwissen hat, um Materialien und Schichtdicken auszuwählen. PCB-Fertigungsstätten haben typischerweise ihre Standard-Stackups, die sie mit wenig bis gar keiner Dokumentation vom Designer liefern können.

Obwohl dies sicherlich bequem für einen Designer ist und für Bauten mit geringem Risiko sehr nützlich sein kann, wann sollten Sie erwägen, ein Standard-Stackup zu verwenden? Für fortgeschrittenere Designs kann ein Standard-Stackup das, was Sie im PCB-Layout machen können, aufgrund der verwendeten Materialien und Laminatdicken einschränken. Selbst wenn eine Platine nicht unbedingt fortgeschritten ist, aber sehr zuverlässig sein muss, könnte ein Standard-Stackup nicht die beste Wahl sein.

Um Ihnen zu helfen zu bestimmen, wann der richtige Zeitpunkt ist, ein Standard-Stackup zu verwenden, werde ich einige Beispiele betrachten und im Detail erläutern, wie sie in verschiedenen Arten von Designs verwendet werden könnten.

Beispiel Standard-Stack-Up

Der Standard-Stackup von einem PCB-Fertigungshaus neigt dazu, allgemein verfügbare, kostengünstige PCB-Materialien in standardisierten Lagenanordnungen mit standardmäßiger Dicke (üblicherweise 1,57 mm oder 1 mm) zu integrieren. Jedes Fertigungshaus wird einen leicht unterschiedlichen Standard-PCB-Stackup für verschiedene Lagenzahlen haben, und die meisten werden eine Zeichnung des Stackups auf ihrer Firmenwebsite bereitstellen. Sie können dann die Stackup-Informationen erhalten und in Ihre CAD-Software integrieren, um sicherzustellen, dass Ihre Design-Dokumentation dem Standardangebot des Fertigungshauses entspricht.

Beispiel eines Standard-Stackups mit mehreren Optionen für das Kupfergewicht. Dieser Stackup ist von Eurocircuits verfügbar.

Wenn Sie sich eine Zeichnung eines Standard-Stackups ansehen, werden Sie im Allgemeinen nur eine Lagenanordnung sehen, aber für viele Designs könnte viel mehr Information benötigt werden. Ein Standard-Stackup könnte einige der im folgenden Tisch aufgelisteten Informationen nicht beinhalten:

• Produktname für die Stapelmaterialien
• Datenblätter für Stapelmaterialien
• Thermische oder mechanische Parameter des dielektrischen Materials
• Verlustfaktor-Wert
• Daten zur Dielektrizitätskonstante oder Stabilität des Verlustfaktors

Nicht alle Designs benötigen all diese Daten, und bei vielen Produkten sind die oben genannten Punkte nicht einmal eine Überlegung wert. Wenn man jedoch tiefer in spezifische Industrien blickt, sieht man viele dieser individuellen Anforderungen auftauchen, und es gibt viele Situationen, in denen der Standard-Stapelaufbau nicht angemessen sein wird.

Um zu zeigen, wann ein Standard-Stapelaufbau bei einem neuen PCB angemessen verwendet werden kann, werfen wir kurz einen Blick auf drei Klassen von Produkten: Hochgeschwindigkeits-Digital- oder RF-PCBs, HDI-PCBs und Hochzuverlässigkeits-PCBs.

Hochgeschwindigkeits-/RF-PCB-Design

Bei der Hochgeschwindigkeits-PCB-Entwicklung oder RF-PCB-Entwicklung benötigen Sie in der Regel eine Berechnung der Leiterbahnenimpedanz, damit das Design den Spezifikationen entspricht. Standard-Stackups ermöglichen zwar eine Impedanzberechnung, da sie die zur Berechnung benötigten Informationen für einzelne Leiterbahnen liefern – insbesondere die dielektrische Konstante und die Laminatdicke auf verschiedenen Schichten. Für differentielle Paare können Sie auch einen Leiterbahnabstand wählen, der zur Festlegung der Zielimpedanz beiträgt, was ich in diesem Artikel beschrieben habe.

Das Problem bei der Verwendung eines Standard-Stackups, oder eher die Annahme, dass ein Standard-Stackup immer funktioniert, ergibt sich, wenn Sie Ihr Stackup auswählen, nachdem Sie Ihre PCB-Layouts abgeschlossen haben. Betrachten Sie ein Design mit einer Impedanzspezifikation basierend auf der Leiterbahnbreite, bei der eine 50-Ohm-Impedanz eine 10-mil breite Leiterbahn erfordert und eine 90-Ohm-Differentialimpedanz eine Breite und einen Abstand von 8 mil/8 mil benötigt.

Wenn wir das unten gezeigte Beispiel-Standard-Stackup verwenden, wären wir weit entfernt von den Zielimpedanzwerten.

Das gleiche Prinzip gilt für RF-PCBs. Die Quintessenz hier ist, dass Standard-Stackups in diesen Designs verwendet werden können, aber das Standard-Stackup muss vor Beginn des PCB-Layouts und des Routings verwendet werden, nicht danach.

HDI-PCB-Design

Während ich mich zurücklehne und diesen Artikel schreibe, wird mir bewusst, dass ich noch nie einen Standard-Stackup gesehen habe, der speziell für HDI-PCBs vermarktet wurde. Es gibt mehrere Gründe dafür, die speziell für HDI-PCBs und sequentielle Laminierung gelten:

• Werden die Vias mechanisch gebohrt oder lasergebohrt?
• Welche Aspektverhältnisse kann die Fertigungsstätte in jedem Prozess zuverlässig garantieren?
• Wenn lasergebohrte Mikrovias verwendet werden, ist das Stackup-Material laserbohrbar?
• Wenn eine kontrollierte Impedanz benötigt wird, wie wird die Anforderung an die Leiterbahnbreite sein?

Sobald Sie diese Fragen betrachten, denke ich, werden Sie schnell erkennen, dass Standard-Stackups nicht für HDI-PCBs geeignet sind. Dies resultiert hauptsächlich aus der Tatsache, dass Standard-Stackups im Allgemeinen keine laserbohrbaren Materialien verwenden. Wenn Sie also einen Mehrfach-Laminierungsprozess zum Aufbau der PCB verwenden würden, könnten Sie nur mechanisch gebohrte Vias verwenden. Eine weitere Komplikation ist die Schichtdicke; ich habe noch nie einen Standard-Stackup mit Schichten dünner als 4 mil gesehen. Dies würde die äußeren Schichten auf breite Leiterbahnen beschränken, die möglicherweise nicht mit Ihren speziellen Komponenten verwendbar sind.

Wenn Ihr Standard-Stackup die Verwendung großer Leiterbahnen erzwingt, um ein Impedanzziel zu erreichen, passen die Leiterbahnen möglicherweise nicht zwischen die Pads in einem BGA.

Hochzuverlässige Leiterplatten

Der Begriff „hochzuverlässig“ kann viele Dinge bedeuten. Zum Beispiel könnte dies auf Ausgasung, mechanische Steifigkeit, dielektrische/mechanische Stabilität über Temperatur, Hochspannungsfestigkeit oder alles dazwischen verweisen. Einer der häufigen Bereiche, in denen Hochzuverlässigkeit wichtig ist, betrifft die Widerstandsfähigkeit gegen konduktive anodische Filamentierung (CAF), die Zuverlässigkeit bei hohen Spannungsgradienten über lange Lebensdauern illustriert.

Da Standard-Stackups als Budgetoption gedacht sind, sollten Sie nicht erwarten, dass die verwendeten Materialien in diesen Bereichen hervorragende Leistungen erbringen. Wenn es Fragen zur Zuverlässigkeit in einem dieser Bereiche gibt, fordern Sie immer die Materialdatenblätter für das Standard-Stackup an. Wenn diese nicht verfügbar sind, ist es am besten, auf Nummer sicher zu gehen und woanders einzukaufen.

Ob Sie zuverlässige Leistungselektronik oder fortschrittliche digitale Systeme bauen müssen, nutzen Sie den kompletten Satz an PCB-Designfunktionen und Weltklasse-CAD-Tools in Altium Designer®. Um die Zusammenarbeit in der heutigen disziplinübergreifenden Umgebung zu implementieren, nutzen innovative Unternehmen die Altium 365™-Plattform, um Design-Daten einfach zu teilen und Projekte in die Fertigung zu bringen.

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