Grosor estándar de PCB y su pila de capas

Confieso que me encantan las comedias de situación de los años 90. Si Jerry Seinfeld fuera un diseñador de PCB, probablemente preguntaría "¿cuál es el asunto con el grosor de la placa de 1.57 mm?" Después de todo, es una pregunta justa, y te hace preguntarte por qué se utilizan algunos valores estándar (por ejemplo, impedancia de 50 Ohmios en sistemas RF) en el diseño de PCB y otras áreas de la ingeniería.

Hay buenas razones por las cuales estos y otros valores de diseño se han estandarizado en el diseño de PCB, incluso si no están explícitamente definidos en las normas de la industria. En cuanto al grosor del PCB, la razón es en gran parte histórica, como veremos en un momento. Sin embargo, el grosor estándar de la placa de circuito de 1.57 mm no es el único grosor al que puedes acceder en tu placa, aunque la mayoría de los fabricantes centran sus capacidades de fabricación específicamente para acomodar este valor. Si has

Por qué un Grosor de Placa de 1.57 mm: Una Lección de Historia

Lee Ritchey ha resumido muy bien la historia del grosor de placa estándar de facto de 1.57 mm. Sin repetir todo lo que Lee dice sobre los valores de grosor de las placas de circuito, resumiré brevemente las razones por las cuales este número se convirtió en un estándar de facto dentro de la industria.

Cuando los dispositivos electrónicos estaban en transición hacia los transistores y circuitos integrados, las placas se construían mediante el ensamblaje en protoboard sobre bancos de trabajo de madera contrachapada, donde la capa superior de una hoja de contrachapado se reemplazaba por un material llamado Baquelita. Si estás familiarizado con la madera contrachapada, entonces sabes que el grosor de una sola capa en el contrachapado es de 1/16 pulg., o 1.57 mm. Este grosor se convirtió entonces en algo así como un estándar cuando las conexiones de placa a placa se hicieron necesarias y se adaptaron a materiales más nuevos. Las primeras conexiones de placa a placa utilizaban unidades de rack con conectores de borde, y estos conectores de borde necesitaban coincidir con este grosor estándar. Hoy en día, en lugar de Baquelita, utilizamos materiales que permiten el grabado y la galvanización, y laminados de epoxi FR4.

Valores Alternativos de Grosor de PCB

Hoy en día, las guías de enrutamiento para algunos productos (por ejemplo, tarjetas de adición PCIe, tarjetas Mini-PCIe o módulos SODIMM) o notas de aplicación especificarán 1.57 mm (o un valor menos común de 1.0 mm). Sin embargo, si lo piensas, te darás cuenta de que no hay razón para que este grosor de PCB sea preferible sobre cualquier otro valor de grosor de placa, aparte de la fabricabilidad, o posiblemente para acomodar un alto conteo de capas o un alto peso de cobre. Muchos fabricantes optan por este grosor de placa de circuito con conteos de capas más bajos porque así es como siempre ha sido y eso es lo que generalmente esperan la mayoría de los clientes.

Mientras que el valor de 1.57 mm es algo así como una capacidad requerida para cualquier fabricante ya que se ha convertido en un estándar de facto, muchos fabricantes han adaptado sus capacidades para fabricar placas con varios múltiplos de este grosor. Otros dos valores de grosor de PCB que podrías encontrar de algunos fabricantes son 2.36 mm y 3.18 mm, que simplemente resultan ser el 150% y el 200% del grosor de la placa de 1.57 mm. Sin embargo, típicamente puedes ordenar 1.0 mm o algún otro valor siempre y cuando el valor de grosor particular sea fabricable.

Diferentes fabricantes pueden fabricar placas con distintos recuentos de capas y pesos de cobre, y muchos ofrecerán su conjunto de valores de espesor de PCB "estandarizados" y arreglos de capas. Los fabricantes también pueden acomodar valores alternativos de espesor de la placa de circuito siempre y cuando puedan verificar que la placa pasará por su proceso sin defectos. Es por esto que deberías contactar a tu fabricante para revisar tu apilado antes de comenzar tu diseño, o deberías usar un apilado altamente estandarizado (apilado de PCB de 2 capas o 4 capas) si es aplicable. Los fabricantes que requieren (o prefieren) espesores y arreglos de capas específicos a veces hacen disponibles sus apilados en línea en una tabla de apilado. Típicamente puedes descargar estos datos, o puedes enviar un correo electrónico pidiéndoles que miren tu apilado de capas y el espesor de la placa si una tabla de apilado no está disponible.

Grosor de la Placa, Dieléctrico y Cobre

Una vez que has decidido sobre el grosor total de la placa, te quedan tres puntos a considerar:

• Grosor del cobre en cada capa
• Grosor de la capa dieléctrica
• Grosor de la máscara de soldadura

El grosor de la máscara de soldadura y el grosor del cobre en PCB son fáciles de determinar: 0.4-0.8 mils es un rango estándar para el grosor de la máscara de soldadura; Altium Designer utiliza 0.4 mils como el valor predeterminado para el grosor de la máscara de soldadura en un nuevo apilado. El grosor del cobre (en mm) dependerá del peso de su cobre, el cual aparecerá en incrementos estandarizados. El grosor equivalente del cobre para un peso dado se puede calcular con la siguiente fórmula:

Aunque hay un formato general de apilado y grosor para PCB de 4 capas (asumiendo un grosor total de PCB de 1.57 mm), no hay un apilado "estándar" de 4 capas. A continuación, se muestra un ejemplo de apilado de PCB de 4 capas que sirve como un buen punto de partida para determinar los grosores dieléctricos.

En este ejemplo, tenemos un núcleo grueso con dieléctricos más delgados que soportan las capas exteriores. He mostrado esto como un ejemplo ya que se puede construir fácilmente a partir de dieléctricos 370HR y soportará componentes de alta velocidad en placas más pequeñas. Podrías ver capas de núcleo más delgadas (hicimos 28 mils con los mismos dieléctricos en un diseño reciente), y tu fabricante probablemente tendrá algo que decir sobre tu peso de cobre ya que podrían tener valores preferidos para sus procesos.

Calculando el Grosor de tu PCB y la Disposición de Capas

En general, existe un proceso simple que puedes seguir para determinar los valores de espesor de PCB y de capa en tu nuevo diseño:

1. Determina la cantidad de capas requeridas, típicamente considerando el conteo de redes y la densidad aproximada de redes
2. Supón por el momento un peso de cobre de 1 oz./pie cuadrado, y determina el espesor total que se asignará a las capas restantes
3. Obtén una lista de dieléctricos disponibles de tu fabricante de materiales deseado y asigna los espesores de capa según sea necesario para tu diseño
4. Envía el apilado propuesto a tu fabricante para su revisión

Si tu fabricante tiene un conjunto estándar de materiales que utiliza, generalmente pueden darte un apilado con materiales alternativos basados enhojas de corte IPC. Algunos fabricantes combinarán sus materiales disponibles en un apilado personalizado que cumpla con tus requisitos de impedancia y pérdida, y no siempre te obligarán a ajustarte a un apilado específico.

Al final del día, no deberías elegir a tu fabricante de PCB basándote únicamente en el precio. Considera primero las necesidades de tu diseño y piensa en los requisitos de tu aplicación (incluyendo el grosor del PCB), y luego elige al fabricante que pueda diseñar según esas necesidades. Cuando llegas a algo mucho más grueso, como un backplane de alto conteo de capas, el valor estándar de grosor de 1.57 mm ya no se utiliza. En placas de alta velocidad/frecuencia más especializadas, también es probable que estés utilizando materiales de alta frecuencia más especializados. Asegúrate de consultar a tu fabricante para obtener orientación y asegurar que tu diseño pueda producirse con un alto rendimiento y calidad.

Una vez que hayas determinado tu conteo de capas requerido y el grosor del PCB, necesitas un software de diseño de PCB que te brinde control total sobre tu pila de capas mientras trabajas en tu diseño. El gestor de pila de capas, biblioteca de apilamiento de materiales, y el conjunto completo de características de diseño en Altium Designer^® son ideales para diseños de cualquier complejidad, y tendrás un conjunto completo de herramientas necesarias para preparar tu placa para la revisión por parte de tu fabricante. Cuando hayas terminado tu diseño y quieras liberar los archivos a tu fabricante, la plataforma Altium 365^™ facilita la colaboración y el compartir tus proyectos.

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