Comunicación de las necesidades del stackup de capas de PCB a los fabricantes

En el mundo del diseño de PCB, comunicar las necesidades a los fabricantes y proveedores es una de las principales prioridades. El contexto de nuestras solicitudes a veces se pierde al no proporcionar la información correcta, la suficiente información o incluso por no facilitar ninguna información. Aunque el diseñador de PCB experimentado puede tomar medidas para especificar todo lo que desea que aparezca en su stackup de PCB, puede ocurrir que el fabricante asuma esa decisión en un esfuerzo por compaginar los materiales disponibles con la capacidad de producción y el rendimiento.

Los apilados o stackups describen algo más que la construcción básica de la PCB, el stackup incorpora muchas otras consideraciones de diseño definidas por las propiedades de los materiales del núcleo y de los materiales dieléctricos. Para garantizar que el diseño sea compatible con las capacidades, los materiales y los requisitos de impedancia del fabricante, los diseñadores deben asegurarse de que sus requisitos de stackup estén claramente definidos. Si sigues mi consejo y, cuando vayas a crear el diseño, desde un primer momento le preguntas al fabricante qué stackups tiene disponibles, no tendrás ningún problema. Si diseñas teniendo en cuenta esa pila de capas, la colaboración con el fabricante será mucho más fluida.

¿Qué pasa si ya tienes el diseño y necesitas que te lo fabriquen sin importar dónde y con conjuntos de materiales compatibles? ¿Cómo puedes reducir el riesgo de que la placa de PCB que recibas no cumpla con tus requisitos? Exactamente eso es lo que vamos a analizar en este artículo. Si sigues algunos de estos consejos, estarás diseñando CON la fabricación, no solo diseñando PARA la fabricación.

Asegúrate de especificar las necesidades del stackup de capas de la PCB

Como he dicho antes, en la iteración inicial de un diseño, lo normal es que puedas obtener un stackup estándar y utilizarlo en este. Es la forma más rápida de diseñar tu prototipo y pasarlo a producción. La otra opción es diseñar tu propio stackup o apilado de capas con los materiales que elijas y, después, validarlo con la empresa de fabricación. Ellos te dirán si pueden producirlo o no y tú podrás decidir cómo proceder a partir de ahí (rediseñar el stackup o intentarlo con otra empresa).

Una vez que el diseño ya está terminado, la cosa cambia. Cuando vayas a enviar el diseño a la producción, tienes que asegurarte de que el fabricante de la placa desnuda pueda satisfacer diversas especificaciones, entre ellas:

1. Características de las capas: Esto incluye los espesores de las capas, el peso del cobre, el tipo de lámina de cobre (tratado inverso, electrodepositado, cobre enrollado, aditivo, etc.) y el estilo de construcción/tejido del laminado.
2. Requisitos dieléctricos y de impedancia: Si tienes una especificación de impedancia (tanto para señales como para potencia), debes indicar la constante dieléctrica en las capas junto con los espesores de capa y el cobre.
3. Sustituciones y tolerancias permitidas: Aquí es donde el fabricante puede ver lo que le permites modificar para garantizar que el diseño se pueda fabricar de forma fiable en cualquier instalación.

No se suele comentar mucho al respecto del punto 3 y, en cambio, nos solemos centrar en el diseño para la fabricación (DFM) como parte de los puntos 1 y 2. Si puedes tener en cuenta los posibles cambios necesarios en el stackup de capas de tu PCB en el punto 3, puedes eliminar el riesgo de recibir placas que no cumplan con tus especificaciones.

Si quieres asegurarte de que se satisfacen tus necesidades de stackup de PCB, tienes a tu disposición un documento importante para especificar los requisitos de tu placa de circuito impreso: el plano de fabricación de la PCB. Para comunicar al fabricante los requisitos de apilado de capas de la PCB, deberás utilizar tanto un plano de stackup como las notas de fabricación.

Empieza con un plano o tabla del stackup de capas de PCB

Dentro del plano de fabricación, puedes indicar de manera inmediata la mayoría de los requisitos para el apilado de capas o stackup mediante un plano de stackup de capas. Esta es la forma más sencilla de proporcionar a la empresa de fabricación los requisitos básicos que deseas que aparezcan en tu placa de PCB. El siguiente ejemplo es un diseño para una placa de cuatro capas que podría usarse para una PCB de alta velocidad, un módulo regulador de potencia, una placa de microcontrolador o cualquier otra placa de uso general.

A partir de este plano, ya podemos entrever varias especificaciones importantes que el fabricante de la placa de PCB deberá cumplir:

• Grosor y número de capas.
• Peso del cobre en cada capa.
• Conjunto de materiales especificados (ITEQ IT-180BS/IT-180C en este caso).
• Extensión del archivo Gerber correspondiente a cada capa.

En ocasiones, cuando recibo listas de requisitos por parte de los clientes, recopilo esos puntos en un documento de stackup. Al enviar tus archivos de salida del diseño al fabricante de PCB, puedes incluir un documento de stackup u otro documento de requisitos como parte del paquete de archivos, pero esta información también debe reflejarse en un plano de fabricación. La mejor manera de hacerlo es con un plano del apilado de capas, tal como se muestra arriba.

¿Qué pasa con la impedancia y las propiedades dieléctricas? Si vas a diseñar con un conjunto determinado de materiales en mente, no necesitarás indicar estos factores explícitamente, aunque puedes incluirlos en el plano del stackup de capas de PCB. Para garantizar que la empresa de fabricación tenga en cuenta estas tolerancias en el diseño, deberás señalar unas tolerancias aceptables con relación a la anchura de las pistas y a los espesores de las capas.

Tolerancias en el stackup y en el ancho de las pistas

Para asegurarte de que alcanzas los objetivos de la constante dieléctrica, de las propiedades térmicas y químicas y de la impedancia (suponiendo que la hayas especificado), tienes tres maneras de proceder en tu diseño:

1. Antes de realizar cualquier trabajo de diseño, vale la pena obtener el visto bueno del fabricante. Si te lo aprueban, asegúrate de que te indican un ancho de pista para tu valor de impedancia basado en datos de impedancia controlados. Si diseñas teniendo en cuenta este ancho de pista y las pilas de capas, sabrás que las especificaciones que proporciones en tu plano de fabricación producirán el comportamiento eléctrico deseado.
2. Indica la conformidad con la hoja de especificaciones del IPC para cualquier material compatible que se utilizará en el stackup de la PCB. Deberás conocer la hoja de especificaciones deseada para una primera selección del material.
3. Permite que el fabricante pueda ajustar los anchos de las pistas según sea necesario para adaptarse a cualquier intercambio de material utilizado en el stackup de capas de PCB. No es necesario que precises una hoja de especificaciones o un nombre de material concreto, aunque puedes hacerlo con total libertad en las notas de fabricación.

La opción 1 garantiza que la placa sea precisa, pero únicamente con los fabricantes que dispongan de tu conjunto de materiales concreto. Las opciones 2 y 3 son más genéricas e intentan abarcar todas las posibilidades, pero es posible que tengas que solicitar que se realicen pruebas de impedancia controlada durante la fabricación.

Es muy sencillo aplicar la opción 2 en las notas de fabricación. La imagen siguiente muestra un ejemplo de nota de fabricación que indica claramente a qué hoja de especificaciones debe ajustarse tu conjunto de materiales (nota 16.C, subrayada en rojo). Ten en cuenta que esto se puede implementar incluso si no se necesita controlar la impedancia.

Dentro de la opción 3, es posible que el fabricante de PCB necesite ajustar un poco las especificaciones. Deberás indicar las tolerancias permitidas en el grosor de capa y el ancho de las pistas en las notas de fabricación. El siguiente ejemplo muestra cómo especificarlo como tolerancia admisible para la empresa de fabricación. El recuadro rojo define el objetivo de impedancia nominal implementado en el diseño tal como se le suministra en primera instancia al fabricante. En el recuadro azul se especifican las tolerancias permitidas para el ancho de las pistas y el grosor de capa.

Al hacerlo, estás teniendo en cuenta que los materiales que utilice una casa de fabricación puedan tener una constante dieléctrica diferente a la utilizada en el diseño. Como no siempre podrán dar con la constante dieléctrica requerida, tendrán que ajustar la pista para compensar cualquier diferencia importante que sitúe la impedancia fuera de la especificación definida en la nota 18.A.

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