Cuándo utilizar un apilado estándar en la fabricación de PCB

Una forma rápida y fácil de llevar tu placa de circuito a la producción en volumen es utilizar una casa de fabricación con un apilado estándar. Este es un enfoque muy común en el prototipado de PCB y también se puede utilizar al producir en volumen. Un apilado estándar es una configuración de nivel de entrada que un diseñador puede usar si no tiene el tiempo o la experiencia para elegir materiales y espesores de capas. Las casas de fabricación de PCB típicamente tienen sus apilados estándar que pueden suministrar con poca o ninguna documentación necesaria por parte del diseñador.

Mientras que esto es ciertamente conveniente para un diseñador y es muy útil para construcciones de bajo riesgo, ¿cuándo deberías considerar usar un apilado estándar? Para diseños más avanzados, un apilado estándar puede limitar lo que puedes hacer en el diseño de la PCB debido a los materiales y espesores de laminado utilizados. Incluso si una placa no es necesariamente avanzada pero debe ser altamente confiable, un apilado estándar podría no ser la mejor elección.

Para ayudarte a determinar cuándo es el momento adecuado para usar un apilado estándar, examinaré algunos ejemplos y detallaré cómo podrían usarse en varios tipos de diseños.

Ejemplo de Apilado Estándar

El apilado estándar de una casa de fabricación de PCB tiende a incorporar materiales de PCB comúnmente disponibles y de bajo costo en arreglos de capas estándar con un grosor estándar (usualmente 1.57 mm o 1 mm). Cada casa de fabricación tendrá un apilado de PCB estándar ligeramente diferente para varios conteos de capas, y la mayoría proporcionará un dibujo del apilado en el sitio web de su empresa. Luego, puedes obtener la información del apilado e incorporarla en tu software CAD, asegurando que la documentación de tu diseño coincida con la oferta estándar de la casa de fabricación.

Ejemplo de apilado estándar con múltiples opciones de peso de cobre disponibles. Este apilado está disponible en Eurocircuits.

Al mirar un dibujo de apilado estándar, generalmente solo verás un arreglo de capas, pero para muchos diseños puede ser necesario mucha más información. Un apilado estándar podría no incluir parte de la información listada en la siguiente tabla:

• Nombre del producto para los materiales de apilamiento
• Hoja de datos de materiales de apilamiento
• Parámetros térmicos o mecánicos del material dieléctrico
• Valor del tangente de pérdida
• Datos de estabilidad de la constante dieléctrica o tangente de pérdida

No todos los diseños van a necesitar toda esta información, y en muchos productos, los puntos anteriores ni siquiera se consideran. Sin embargo, cuando comienzas a mirar más de cerca en industrias específicas, ves que muchos de estos requisitos individuales comienzan a surgir, y hay muchas situaciones donde el apilamiento estándar no será apropiado.

Para ayudar a mostrar cuándo un apilamiento estándar puede ser utilizado apropiadamente en una nueva PCB, vamos a ver brevemente tres clases de productos: PCBs de alta velocidad digital o RF, PCBs HDI y PCBs de alta fiabilidad.

Diseño de PCB de Alta Velocidad/RF

En el caso del diseño de PCB de alta velocidad o diseño de PCB RF, generalmente se necesita un cálculo de la impedancia de traza para que el diseño funcione según las especificaciones. Los apilados estándar sí permiten un cálculo de la impedancia, ya que proporcionan la información necesaria para calcularla para trazas de extremo único—específicamente, la constante dieléctrica y el grosor del laminado en varias capas. Para pares diferenciales, también puedes elegir un espaciado de traza que contribuirá a establecer la impedancia objetivo, lo cual he descrito en este artículo.

El problema de usar un apilado estándar, o más bien asumir que un apilado estándar siempre funciona, surge cuando seleccionas tu apilado después de haber completado tus diseños de PCB. Considera un diseño con una especificación de impedancia basada en el ancho de traza, donde una impedancia de 50 ohmios requiere una traza de 10 mil de ancho, y una impedancia diferencial de 90 ohmios requiere 8 mil/8 mil de ancho y espaciado.

Si usamos el apilado estándar de ejemplo mostrado a continuación, estaríamos muy lejos de los valores de impedancia objetivo.

La misma idea se aplica a los PCBs RF. La conclusión aquí es que los apilados estándar pueden usarse en estos diseños, pero el apilado estándar tiene que usarse antes de comenzar el diseño y enrutamiento de PCB, no después.

Diseño de PCB HDI

Mientras me siento a escribir este artículo, me doy cuenta de que nunca he visto un apilado estándar específicamente comercializado para PCBs HDI. Hay varias razones para esto, que son particulares a los PCBs HDI y la laminación secuencial:

• ¿Se perforarán los vías mecánicamente o se taladrarán con láser?
• ¿Qué relaciones de aspecto puede garantizar de manera fiable la casa de fabricación en cada proceso?
• Si se utilizan microvías taladrados con láser, ¿es el material del apilado taladrable con láser?
• Si se necesita impedancia controlada, ¿cuál será el requisito de ancho de traza?

Una vez que comiences a mirar estas preguntas, creo que te darás cuenta rápidamente de que los apilados estándar no son apropiados para PCBs HDI. Esto proviene principalmente del hecho de que los apilados estándar generalmente no utilizan materiales taladrables con láser. Así que si estabas utilizando un proceso de laminación múltiple para construir el PCB, solo podrías usar vías perforadas mecánicamente. Otro problema es el grosor de las capas; nunca he visto un apilado estándar con capas más delgadas que 4 mil. Esto restringiría las capas exteriores a trazas anchas que pueden no ser utilizables con tus componentes particulares.

Si tu apilado estándar obliga al uso de trazas grandes para alcanzar un objetivo de impedancia, las trazas pueden no caber entre los pads en un BGA.

PCBs de alta fiabilidad

El término "alta fiabilidad" puede significar muchas cosas. Por ejemplo, esto podría referirse a la desgasificación, rigidez mecánica, estabilidad dieléctrica/mecánica sobre la temperatura, capacidad de soportar altos voltajes, o cualquier cosa intermedia. Uno de los ámbitos comunes donde la alta fiabilidad es importante es en términos de resistencia a la filamentación anódica conductiva (CAF), que ilustra la fiabilidad en gradientes de alto voltaje a lo largo de largas vidas útiles.

Debido a que los apilamientos estándar están destinados a ser una opción económica, no esperes que los materiales utilizados sean excelentes en estas áreas. Si hay alguna pregunta sobre la fiabilidad en cualquiera de estas áreas, siempre solicita las hojas de datos de los materiales para el apilamiento estándar. Si estas no están disponibles, entonces es mejor ser precavido y buscar en otro lugar.

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