Comunicare ai produttori le esigenze di stack-up dei livelli di PCB

Nel settore della progettazione PCB, comunicare le esigenze di stack-up dei layer PCB a produttori e fornitori è una priorità assoluta. A volte si perde il contesto delle richieste, poiché non vengono fornite le informazioni corrette, non vengono elencate abbastanza informazioni o non viene data nessuna informazione. Sebbene il progettista di PCB esperto possa adottare le misure per specificare tutto ciò che desidera vedere nello stack-up PCB, alla fine il produttore gestirà tale decisione nel tentativo di bilanciare i materiali disponibili con le capacità di elaborazione e con la resa.

Gli stack-up descrivono molto più della struttura di base del PCB: nello stack-up dei circuiti stampati sono integrate molte altre considerazioni di progettazione definite dalle proprietà dei materiali del nucleo e dei materiali dielettrici. Per garantire che il progetto sia compatibile con le capacità, le scorte di materiali e i requisiti di impedenza del produttore, i progettisti devono assicurarsi che i requisiti dello stack-up siano chiaramente definiti. Se segui i miei consigli durante la creazione iniziale del progetto e chiedi subito al produttore quali stack-up ha a disposizione, inizierai con il piede giusto. Se progetti basandoti su quello stack-up di layer PCB, lavorare con il tuo produttore sarà molto più semplice.

Cosa accade se hai già terminato la progettazione e hai bisogno di farla produrre ovunque con set di materiali compatibili? Come puoi ridurre il rischio che la scheda che ricevi non soddisfi i tuoi requisiti? In questo articolo risponderemo a questa domanda. Se segui alcuni dei suggerimenti di seguito, progetterai CON la produzione, non solo PER la produzione.

Garantire che le esigenze di stack-up dei layer PCB siano specificate

Come accennato in precedenza, durante l'iterazione iniziale di una progettazione, in genere è possibile ottenere uno stack-up standard e utilizzarlo nel progetto. Questo è il modo più veloce per progettare e mettere in produzione un prototipo. L'altra opzione consiste nel progettare lo stack-up perlomeno con i materiali che selezioni, e quindi qualificarlo con la tua azienda produttrice. Questa ti dirà se è in grado di produrlo o meno, e tu potrai decidere come procedere da questo punto (riprogettare lo stack-up o inviarlo da qualche altra parte).

Nel caso in cui la progettazione fosse già terminata, la storia sarà un po' diversa. Quando mandi il progetto in produzione, devi assicurarti che il produttore di schede vuote possa soddisfare più specifiche, tra cui:

1. Caratteristiche del layer: include gli spessori del layer, il peso del rame, il tipo di foglio di rame (rame trattato inverso, elettrodepositato, laminato, additivo, ecc.) e struttura del laminato/stile di trama.
2. Requisiti dielettrici e di impedenza: se si dispone di una specifica di impedenza (sia per i segnali che per la potenza) è necessaria la foratura, e ciò comporta specificare la costante dielettrica nei layer insieme agli spessori dei layer e del rame.
3. Sostituzioni e tolleranze consentite: questo è il punto in cui il produttore può vedere cosa gli hai dato il permesso di modificare per garantire che la progettazione possa essere realizzata in modo affidabile ovunque.

Non parliamo spesso del punto 3 e ci concentriamo invece sulla Progettazione per la produzione (DFM) come parte integrante dei punti 1 e 2. Se riesci a tenere conto delle possibili modifiche necessarie nello stack-up del layer PCB al punto 3, puoi eliminare il rischio di ricevere schede che non soddisfano le tue specifiche.

Solo per garantire che le tue esigenze di stack-up PCB siano soddisfatte, hai un documento importante che puoi utilizzare per specificare i requisiti del tuo circuito stampato: il disegno di fabbricazione PCB. Per comunicare i requisiti di stack-up del layer del circuito stampato al produttore, ti consigliamo di utilizzare sia un disegno di stack-up che le tue note di fabbricazione.

Inizia con un disegno o una tabella di stack-up di layer PCB

All'interno del disegno di fabbricazione è possibile specificare immediatamente la maggior parte dei requisiti per lo stack-up con un disegno dello stack-up dei layer. Questo è il modo più semplice per fornire all'azienda di produzione i requisiti di base che vuoi trovare nella tua scheda. L'esempio seguente è un progetto per una scheda a 4 layer che potrebbe essere utilizzata per un PCB ad alta velocità, un modulo regolatore di potenza, una scheda microcontrollore o un'altra scheda generica.

Da questo disegno, possiamo già vedere diverse importanti specifiche che la tua casa di fabbricazione dovrà soddisfare:

• Spessore e numero di layer
• Peso del rame su ogni layer
• Set di materiali specifici (ITEQ IT-180BS/IT-180C in questo caso)
• Estensione file Gerber corrispondente a ciascun layer

A volte, quando ricevo gli elenchi dei requisiti dai clienti, questi punti vengono compilati nel documento dello stack-up. Quando si inviano i risultati del progetto al produttore, è possibile includere un documento dello stack-up o altri documenti relativi ai requisiti come parte integrante del pacchetto di file, ma queste informazioni devono essere riportate anche in un disegno di fabbricazione. Il modo migliore per farlo è con un disegno dello stack-up come mostrato sopra.

E l'impedenza e le proprietà dielettriche? Se stai progettando pensando a un materiale specifico, non è necessario elencarli esplicitamente, sebbene possano essere inclusi nel disegno di stack-up del layer PCB. Per avere la certezza che il centro di produzione tenga conto di queste tolleranze nel progetto, dovrai specificare tolleranze accettabili sulla larghezza delle tracce e sugli spessori dei layer.

Tolleranze nel tuo stack-up e larghezze di traccia

Per assicurarti di raggiungere un target di costante dielettrica, un target di proprietà termiche/chimiche o un target di impedenza (supponendo che tu lo abbia specificato), hai a disposizione tre modi per procedere nel tuo progetto:

1. Prima di eseguire qualsiasi lavoro di progettazione, fai approvare lo stack-up dall'azienda produttrice. Se l'azienda lo approva, assicurati che specifichi una larghezza di traccia per il valore di impedenza in base ai dati di impedenza controllata. Se il progetto segue questa larghezza di traccia e questo stack-up di layer, saprai che le specifiche fornite nel disegno di fabbricazione produrranno il comportamento elettrico desiderato.
2. Specifica la conformità del datasheet IPC per tutti i materiali compatibili che verranno utilizzati nello stack-up PCB. Devi conoscere un datasheet desiderato per una selezione iniziale del materiale.
3. Consenti al produttore di regolare le larghezze della traccia secondo necessità per adattarsi a qualsiasi scambio di materiale utilizzato nello stackup di PCB. Non è necessario specificare uno specifico datasheet o nome del materiale, anche se sei libero di farlo nelle note di fabbricazione.

L'opzione n. 1 garantisce che la tua scheda sia accurata, ma solo per i produttori che offrono il tuo specifico set di materiali. Le opzioni n. 2 e n. 3 sono più generali e tentano di coprirti sotto ogni aspetto, ma potresti dover richiedere dei test di impedenza controllati implementati durante la fabbricazione.

L'implementazione dell'opzione n. 2 è semplicemente nelle note di fabbricazione. L'immagine seguente mostra un esempio di nota di fabbricazione che indica chiaramente a quale datasheet deve essere conforme il set di materiali (nota 16.C, delineata in rosso). Si noti che può essere implementata anche senza il controllo dell'impedenza.

All'interno dell'opzione n. 3, l'azienda produttrice potrebbe dover modificare un po' queste specifiche. Sarà necessario specificare le tolleranze consentite per lo spessore del layer e la larghezza della traccia nelle note di fabbricazione. L'esempio seguente mostra come quest'ultima possa essere specificata come tolleranza ammissibile per l'azienda produttrice. La casella rossa definisce l'obiettivo di impedenza nominale implementato nel progetto come inizialmente fornito all'azienda produttrice. La casella blu specifica le tolleranze consentite sulla larghezza della traccia e lo spessore del layer.

Così facendo, tieni conto del fatto che i materiali utilizzati da una casa di fabbricazione possono avere una costante dielettrica diversa da quella utilizzata nel progetto. Poiché non saranno sempre in grado di raggiungere la costante dielettrica richiesta, dovranno regolare la traccia per compensare qualsiasi differenza importante che porti l'impedenza al di fuori della specifica definita nella nota 18.A.

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