Quando utilizzare un impilamento standard nella fabbricazione di PCB

Un modo rapido e semplice per avviare la produzione in serie del tuo circuito stampato è utilizzare una fabbrica che offre uno stackup standard. Questo è un approccio molto comune nella prototipazione di PCB e può essere utilizzato anche nella produzione di massa. Uno stackup standard è una configurazione di base che un progettista può utilizzare se non ha tempo o competenze per scegliere materiali e spessori dei layer. Le fabbriche di produzione di PCB di solito hanno i loro stackup standard che possono fornire con pochi o nessun documento richiesto dal progettista.

Mentre questo è certamente conveniente per un progettista ed è molto utile per costruzioni a basso rischio, quando dovresti considerare l'uso di uno stackup standard? Per progetti più avanzati, uno stackup standard potrebbe limitare ciò che puoi fare nel layout del PCB a causa dei materiali e degli spessori dei laminati utilizzati. Anche se una scheda non è necessariamente avanzata ma deve essere altamente affidabile, uno stackup standard potrebbe non essere la scelta migliore.

Per aiutarti a determinare quando è il momento giusto per utilizzare uno stackup standard, esaminerò alcuni esempi e dettaglierò come potrebbero essere utilizzati in vari tipi di progetti.

Esempio di Stack-Up Standard

Lo stackup standard di una casa di fabbricazione PCB tende ad incorporare materiali PCB comunemente disponibili e a basso costo in disposizioni standard di strati con spessori standard (solitamente 1,57 mm o 1 mm). Ogni casa di fabbricazione avrà uno stackup PCB standard leggermente diverso per vari conteggi di strati, e la maggior parte fornirà un disegno dello stackup sul proprio sito web aziendale. Puoi quindi ottenere le informazioni sullo stackup e incorporarle nel tuo software CAD, assicurandoti che la documentazione di progettazione corrisponda all'offerta standard della casa di fabbricazione.

Esempio di stackup standard con molteplici opzioni di peso del rame disponibili. Questo stackup è disponibile da Eurocircuits.

Quando si guarda un disegno di stackup standard, generalmente si vedrà solo un arrangiamento di strati, ma molte più informazioni possono essere necessarie per molti progetti. Uno stackup standard potrebbe non includere alcune delle informazioni elencate nella tabella seguente:

• Nome del prodotto per i materiali di impilamento
• Schede dati dei materiali di impilamento
• Parametri termici o meccanici del materiale dielettrico
• Valore del tangente di perdita
• Dati sulla stabilità della costante dielettrica o del tangente di perdita

Non tutti i progetti necessiteranno di tutti questi dati e, in molti prodotti, i punti sopra menzionati non sono nemmeno presi in considerazione. Tuttavia, quando si inizia a guardare più a fondo in specifiche industrie, si vedono molte di queste esigenze individuali emergere, e ci sono molte situazioni in cui l'impilamento standard non sarà appropriato.

Per mostrare quando un impilamento standard può essere utilizzato in modo appropriato in un nuovo PCB, diamo un'occhiata rapida a tre classi di prodotti: PCB ad alta velocità digitale o RF, PCB HDI e PCB ad alta affidabilità.

Progettazione di PCB ad Alta Velocità/RF

Nel caso del design di PCB ad alta velocità o del design di PCB RF, generalmente è necessario un calcolo dell'impedenza delle tracce affinché il design funzioni secondo le specifiche. Gli stackup standard consentono il calcolo dell'impedenza, poiché forniscono le informazioni necessarie per calcolarla per le tracce a terminazione singola—specificamente, la costante dielettrica e lo spessore del laminato sui vari strati. Per le coppie differenziali, è possibile anche scegliere una distanza tra le tracce che contribuirà a stabilire l'impedenza target, che ho descritto in questo articolo.

Il problema nell'usare uno stackup standard, o piuttosto nell'assumere che uno stackup standard funzioni sempre, sorge quando si seleziona lo stackup dopo aver completato i layout dei PCB. Considerate un design con una specifica di impedenza basata sulla larghezza della traccia, dove un'impedenza di 50 ohm richiede una traccia larga 10 mil, e un'impedenza differenziale di 90 ohm richiede una larghezza e spaziatura di 8 mil/8 mil.

Se usiamo l'esempio di stackup standard mostrato di seguito, saremmo notevolmente lontani dai valori di impedenza target.

Lo stesso concetto si applica ai PCB RF. La conclusione qui è che gli stackup standard possono essere utilizzati in questi design, ma lo stackup standard deve essere usato prima di iniziare il layout e il routing del PCB, non dopo.

Design di PCB HDI

Mentre mi siedo e scrivo questo articolo, mi rendo conto di non aver mai visto uno stackup standard specificamente commercializzato per le PCB HDI. Ci sono diverse ragioni per questo, che sono particolari per le PCB HDI e la laminazione sequenziale:

• I via saranno forati meccanicamente o forati con laser?
• Quali rapporti di aspetto può garantire affidabilmente l'azienda di fabbricazione in ciascun processo?
• Se si utilizzano microvia forati con laser, il materiale dello stackup è forabile con laser?
• Se è necessario un'impedenza controllata, quale sarà il requisito per la larghezza della traccia?

Una volta che inizi a considerare queste domande, penso che ti renderai rapidamente conto che gli stackup standard non sono appropriati per le PCB HDI. Questo deriva principalmente dal fatto che gli stackup standard generalmente non utilizzano materiali forabili con laser. Quindi, se stavi utilizzando un processo di laminazione multipla per costruire la PCB, potresti utilizzare solo via forati meccanicamente. Un'altra complicazione è lo spessore dei strati; non ho mai visto uno stackup standard con strati più sottili di 4 mil. Questo limiterebbe gli strati esterni a tracce larghe che potrebbero non essere utilizzabili con i tuoi componenti particolari.

Se il tuo stackup standard costringe all'uso di tracce grandi per raggiungere un obiettivo di impedenza, le tracce potrebbero non adattarsi tra i pad in un BGA.

PCB ad Alta Affidabilità

Il termine "alta affidabilità" può significare molte cose. Ad esempio, potrebbe riferirsi a degassificazione, rigidità meccanica, stabilità dielettrica/meccanica rispetto alla temperatura, capacità di sopportare alte tensioni, o qualsiasi cosa intermedia. Uno degli ambiti comuni in cui l'alta affidabilità è importante riguarda la resistenza alla filamentazione anodica conduttiva (CAF), che illustra l'affidabilità in gradienti di alta tensione su lunghe durate di vita.

Poiché gli impilamenti standard sono pensati come un'opzione economica, non aspettarti che i materiali utilizzati siano eccellenti in queste aree. Se ci sono dubbi riguardo l'affidabilità in una qualsiasi di queste aree, è sempre meglio richiedere i datasheet dei materiali per l'impilamento standard. Se questi non sono disponibili, allora è meglio giocare sul sicuro e cercare altrove.

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