Spessore standard del PCB e il tuo stack di strati

Confesso che amo le sitcom degli anni '90. Se Jerry Seinfeld fosse un progettista di PCB, probabilmente si chiederebbe "qual è il problema con lo spessore della scheda di 1,57 mm?" Dopo tutto, è una domanda lecita, e ti fa riflettere sul perché alcuni valori standard (ad esempio, l'impedenza di 50 Ohm nei sistemi RF) vengano utilizzati nella progettazione di PCB e in altre aree dell'ingegneria.

Ci sono buone ragioni per cui questi e altri valori di progettazione sono diventati standardizzati nella progettazione di PCB, anche se non sono esplicitamente definiti negli standard di settore. Riguardo allo spessore del PCB, il motivo è in gran parte storico, come vedremo tra un momento. Tuttavia, lo spessore standard della scheda di 1,57 mm non è l'unico spessore a cui puoi accedere nella tua scheda, anche se la maggior parte dei produttori concentra le proprie capacità di fabbricazione specificamente per accomodare questo valore. Se hai

Perché uno spessore della scheda di 1,57 mm: Una lezione di storia

Lee Ritchey ha riassunto in modo efficace la storia dello spessore standard de facto di 1,57 mm della scheda. Senza ripetere tutto ciò che Lee dice sui valori dello spessore delle schede, riassumerò brevemente le ragioni per cui questo numero è diventato uno standard de facto all'interno del settore.

Quando i dispositivi elettronici stavano passando ai transistor e ai circuiti integrati, le schede venivano costruite facendo breadboarding su banchi di lavoro in compensato, dove lo strato superiore di un foglio di compensato veniva sostituito con un materiale chiamato bachelite. Se sei familiare con il compensato, allora sai che lo spessore di un singolo strato in compensato è di 1/16 di pollice, o 1,57 mm. Questo spessore è poi diventato una sorta di standard quando sono diventate necessarie le connessioni da scheda a scheda e si è adattato a materiali più recenti. Le prime connessioni da scheda a scheda utilizzavano unità rack con connettori a bordo, e questi connettori a bordo dovevano corrispondere a questo spessore standard. Oggi, invece della bachelite, usiamo materiali che consentono l'incisione e la placcatura, e laminati epossidici FR4.

Valori Alternativi dello Spessore delle PCB

Oggi, le linee guida per il routing di alcuni prodotti (ad esempio, schede di espansione PCIe, schede Mini-PCIe o moduli SODIMM) o le note applicative specificano 1,57 mm (o un valore meno comune di 1,0 mm). Tuttavia, se ci si pensa, ci si rende conto che non c'è una ragione specifica per cui questo spessore del PCB debba essere preferito rispetto a qualsiasi altro valore di spessore della scheda, a parte la fabbricabilità, o possibilmente per accomodare un alto numero di strati o un elevato peso del rame. Molti produttori optano per questo spessore della scheda circuitale con un numero inferiore di strati perché è sempre stato così e perché è ciò che la maggior parte dei clienti generalmente si aspetta.

Sebbene il valore di 1,57 mm sia una sorta di capacità richiesta per qualsiasi produttore poiché è diventato uno standard de facto, molti produttori hanno adattato le loro capacità per fabbricare schede con vari multipli di questo spessore. Altri due valori di spessore del PCB che potresti trovare da alcuni produttori sono 2,36 mm e 3,18 mm, che sono semplicemente il 150% e il 200% dello spessore della scheda di 1,57 mm. Tuttavia, di solito è possibile ordinare 1,0 mm o qualche altro valore purché il particolare valore di spessore sia fabbricabile.

Diversi produttori possono realizzare schede con differenti conteggi di strati e pesi del rame, e molti offriranno il loro insieme di valori "standardizzati" per lo spessore delle PCB e gli arrangiamenti dei strati. I fabbricanti possono anche accomodare valori alternativi per lo spessore del circuito stampato, purché possano verificare che la scheda passerà attraverso il loro processo senza difetti. Ecco perché dovresti contattare il tuo fabbricante per rivedere il tuo stackup prima di iniziare il tuo progetto, oppure dovresti usare uno stackup altamente standardizzato (stackup a 2 strati o a 4 strati) se applicabile. I fabbricanti che richiedono (o preferiscono) spessori e disposizioni di strati specifici a volte rendono disponibili online i loro stackup in una tabella di stackup. Di solito puoi scaricare questi dati, oppure puoi inviare un'email chiedendo loro di esaminare il tuo stack di strati e lo spessore della scheda se una tabella di stackup non è disponibile.

Spessore della Scheda, Dielettrico e del Rame

Una volta deciso lo spessore complessivo della scheda, rimangono tre punti da considerare:

• Spessore del rame su ogni strato
• Spessore dello strato dielettrico
• Spessore della maschera di saldatura

Lo spessore della maschera di saldatura e lo spessore del rame del PCB sono semplici: 0,4-0,8 mil (millesimi di pollice) è un intervallo standard per lo spessore della maschera di saldatura; Altium Designer utilizza 0,4 mil come valore predefinito per lo spessore della maschera di saldatura in un nuovo impilamento. Lo spessore del rame (in mm) dipenderà dal peso del tuo rame, che apparirà in incrementi standardizzati. Lo spessore equivalente del rame per un dato peso può essere calcolato con la seguente formula:

Sebbene ci sia un formato generale per lo spessore e l'impilamento di un PCB a 4 strati (assumendo uno spessore totale del PCB di 1,57 mm), non esiste un impilamento "standard" a 4 strati. Di seguito è mostrato un esempio di impilamento di un PCB a 4 strati che costituisce un buon punto di partenza per determinare gli spessori dielettrici.

In questo esempio, abbiamo un nucleo spesso con dielettrici più sottili che supportano gli strati esterni. Ho mostrato questo come esempio poiché può essere facilmente costruito con dielettrici 370HR e supporterà componenti ad alta velocità su schede più piccole. Potresti vedere strati di nucleo più sottili (abbiamo fatto 28 mil con gli stessi dielettrici in un design recente), e il tuo fabbricante probabilmente avrà qualcosa da dire sul tuo peso del rame poiché potrebbero avere valori preferiti per i loro processi.

Calcolare lo Spessore del Tuo PCB e l'Organizzazione degli Strati

In generale, esiste un processo semplice che puoi seguire per determinare lo spessore del PCB e i valori dello spessore dei layer nel tuo nuovo progetto:

1. Determina il numero di layer richiesti, tipicamente considerando il conteggio delle connessioni e la densità approssimativa delle connessioni
2. Assumi per il momento un peso del rame di 1 oz./sq. ft., e determina lo spessore totale da allocare ai layer rimanenti
3. Ottieni un elenco di dielettrici disponibili dal tuo produttore di materiali desiderato e assegna gli spessori dei layer come richiesto per il tuo progetto
4. Invia lo stackup proposto al tuo fabbricante per una revisione

Se il tuo fabbricante ha un insieme standard di materiali che utilizza, generalmente può fornirti uno stackup con materiali alternativi basati sufogli di specifica IPC. Alcuni fabbricanti combineranno i loro materiali disponibili in uno stackup personalizzato che soddisfa i tuoi requisiti di impedenza e perdita, e non ti costringeranno sempre ad adattarti a uno stackup specifico.

Alla fine della giornata, non dovresti scegliere il tuo fabbricante di PCB basandoti solo sul prezzo. Considera prima le tue esigenze di progettazione e pensa ai requisiti della tua applicazione (incluso lo spessore del PCB), e poi scegli il fabbricante che può progettare in base a quelle esigenze. Quando si arriva a qualcosa di molto più spesso, come un backplane ad alto numero di strati, il valore standard di spessore di 1,57 mm non viene più utilizzato. In schede più specializzate ad alta velocità/alta frequenza, è probabile che tu stia anche utilizzando materiali ad alta frequenza più specializzati. Assicurati di consultare il tuo fabbricante per una guida per garantire che il tuo design possa essere prodotto con alta resa e qualità.

Una volta determinato il numero di strati richiesto e lo spessore del PCB, hai bisogno di un software di progettazione PCB che ti dia il pieno controllo sul tuo stack di strati mentre lavori al tuo progetto. Il gestore dello stack di strati, la libreria di impilamento dei materiali, e l'intera suite di funzionalità di progettazione in Altium Designer^® sono ideali per progetti di qualsiasi complessità, e avrai a disposizione un set completo di strumenti necessari per preparare la tua scheda per la revisione da parte del tuo fabbricante. Quando hai terminato il tuo progetto e vuoi rilasciare i file al tuo produttore, la piattaforma Altium 365^™ rende facile collaborare e condividere i tuoi progetti.

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