Standardowa grubość PCB i Twój stos warstw

Przyznam, że uwielbiam sitcomy z lat 90. Gdyby Jerry Seinfeld był projektantem PCB, prawdopodobnie zapytałby „co jest grane z tą grubością płytki 1,57 mm?” To w końcu uczciwe pytanie, które skłania do zastanowienia, dlaczego niektóre standardowe wartości (np. impedancja 50 omów w systemach RF) są stosowane w projektowaniu PCB i innych dziedzinach inżynierii.

Istnieją dobre powody, dla których te i inne wartości projektowe stały się standardowe w projektowaniu PCB, nawet jeśli nie są one wyraźnie zdefiniowane w standardach branżowych. Jeśli chodzi o grubość PCB, powód jest w dużej mierze historyczny, jak zobaczymy za chwilę. Jednak standardowa grubość płytki drukowanej 1,57 mm to nie jedyna grubość, do której masz dostęp w swojej płytce, chociaż większość producentów koncentruje swoje możliwości produkcyjne właśnie na dostosowaniu do tej wartości. Jeśli masz

Dlaczego grubość płytki 1,57 mm: Lekcja historii

Lee Ritchey ładnie podsumował historię de facto standardowej grubości płytki 1,57 mm. Nie powtarzając wszystkiego, co Lee mówi o wartościach grubości płytek drukowanych, pokrótce podsumuję powody, dla których ta liczba stała się de facto standardem w branży.

Gdy urządzenia elektroniczne przechodziły na tranzystory i układy scalone, płytki były budowane przez montaż na płytach wiórowych, gdzie górną warstwę płyty wiórowej zastępowano materiałem zwanym bakelitem. Jeśli znasz płyty wiórowe, to wiesz, że grubość pojedynczej warstwy w płycie wiórowej wynosi 1/16 cala, czyli 1,57 mm. Ta grubość stała się pewnego rodzaju standardem, gdy konieczne stały się połączenia płyta-do-płyty i została dostosowana do nowszych materiałów. Wczesne połączenia płyta-do-płyty wykorzystywały jednostki stelażowe z złączami krawędziowymi, a te złącza krawędziowe musiały odpowiadać tej standardowej grubości. Obecnie, zamiast bakelitu, używamy materiałów, które pozwalają na trawienie i pokrywanie, oraz laminaty epoksydowe FR4.

Alternatywne wartości grubości PCB

Dzisiaj, wytyczne dotyczące trasowania dla niektórych produktów (np. karty rozszerzeń PCIe, karty Mini-PCIe czy moduły SODIMM) lub noty aplikacyjne mogą określać grubość płytki PCB na 1,57 mm (lub mniej powszechną wartość 1,0 mm). Jednakże, jeśli się nad tym zastanowić, zda się, że nie ma żadnego powodu, dla którego ta grubość płytki PCB miałaby być preferowana nad jakąkolwiek inną wartością grubości płytki, poza możliwością produkcji, lub ewentualnie, aby pomieścić wysoką liczbę warstw lub wysoką masę miedzi. Wiele producentów wybiera tę grubość płytki drukowanej przy niższej liczbie warstw, ponieważ tak zawsze było i tego generalnie oczekują większość klientów.

Chociaż wartość 1,57 mm jest pewnego rodzaju wymaganą zdolnością dla każdego producenta, ponieważ stała się de facto standardem, wielu producentów dostosowało swoje możliwości do wytwarzania płyt o różnych wielokrotnościach tej grubości. Dwie inne wartości grubości PCB, które można znaleźć u niektórych producentów, to 2,36 mm i 3,18 mm, które przypadkowo stanowią 150% i 200% grubości płytki 1,57 mm. Jednak zazwyczaj można zamówić 1,0 mm lub inną wartość, pod warunkiem, że dana grubość płytki jest możliwa do wyprodukowania.

Różni producenci mogą wytwarzać płytki o różnej liczbie warstw i masie miedzi, a wielu z nich oferuje swój zestaw "ustandaryzowanych" wartości grubości PCB oraz układów warstw. Fabrykanci mogą również dostosować się do alternatywnych wartości grubości płytek, o ile mogą zweryfikować, że płyta przejdzie przez ich proces bez wad. Dlatego powinieneś skontaktować się z producentem, aby przejrzeć układ warstw przed rozpoczęciem projektowania, lub powinieneś użyć wysoce ustandaryzowanego układu warstw (układ 2-warstwowy lub 4-warstwowy PCB), jeśli jest to możliwe. Producenci wymagający (lub preferujący) określone grubości i układy warstw czasami udostępniają swoje układy warstw online w tabeli układów warstw. Zazwyczaj można pobrać te dane, lub możesz wysłać e-mail z prośbą o sprawdzenie układu warstw i grubości płytki, jeśli tabela układów warstw jest niedostępna.

Grubość płytki, dielektryka i miedzi

Po podjęciu decyzji o całkowitej grubości płytki, pozostają trzy kwestie do rozważenia:

• Grubość miedzi na każdej warstwie
• Grubość warstwy dielektrycznej
• Grubość maski lutowniczej

Grubość maski lutowniczej i grubość miedzi na PCB to prosta sprawa: standardowy zakres dla grubości maski lutowniczej to 0,4-0,8 mila; Altium Designer używa wartości domyślnej grubości maski lutowniczej 0,4 mila w nowym układzie warstw. Grubość miedzi (w mm) będzie zależała od ciężaru miedzi, który będzie podany w standardowych przyrostach. Odpowiednią grubość miedzi dla danego ciężaru można obliczyć za pomocą poniższego wzoru:

Chociaż istnieje ogólny format grubości i układu warstw PCB na 4 warstwy (przy założeniu całkowitej grubości PCB 1,57 mm), nie ma "standardowego" układu na 4 warstwy. Poniżej pokazano przykładowy układ PCB na 4 warstwy, który stanowi dobry punkt wyjścia do określania grubości dielektryków.

W tym przykładzie mamy grube rdzenie z cieńszymi dielektrykami wspierającymi warstwy zewnętrzne. Pokazałem to jako przykład, ponieważ można go łatwo zbudować z dielektryków 370HR i będzie wspierać komponenty wysokiej prędkości na mniejszych płytach. Możesz zobaczyć cieńsze warstwy rdzenia (zrobiliśmy 28 milów z tymi samymi dielektrykami w niedawnym projekcie), a Twój producent prawdopodobnie będzie miał coś do powiedzenia na temat Twojego ciężaru miedzi, ponieważ mogą mieć preferowane wartości dla swoich procesów.

Obliczanie grubości PCB i układu warstw

Ogólnie rzecz biorąc, istnieje prosty proces, który możesz stosować, aby określić grubość PCB i wartości grubości warstw w swoim nowym projekcie:

1. Określ wymaganą liczbę warstw, zazwyczaj biorąc pod uwagę liczbę połączeń i przybliżoną gęstość połączeń
2. Załóż na chwilę wagę miedzi 1 oz./sq. ft. i określ całkowitą grubość, która ma zostać przydzielona pozostałym warstwom
3. Zdobądź listę dostępnych dielektryków od wybranego producenta materiałów i przypisz grubości warstw, jakie są wymagane dla twojego projektu
4. Wyślij proponowany układ warstw do swojego producenta w celu przeglądu

Jeśli twój producent ma standardowy zestaw materiałów, które używa, zazwyczaj może zaproponować układ warstw z alternatywnymi materiałami na podstawiearkuszy IPC. Niektórzy producenci będą łączyć swoje dostępne materiały w niestandardowy układ warstw, który spełnia twoje wymagania dotyczące impedancji i strat, i nie zawsze będą zmuszać cię do dopasowania się do konkretnego układu.

Na koniec dnia, nie powinieneś wybierać producenta PCB wyłącznie na podstawie ceny. Rozważ najpierw swoje potrzeby projektowe, pomyśl o wymaganiach aplikacji (w tym o grubości PCB), a następnie wybierz producenta, który może zaprojektować zgodnie z tymi potrzebami. Gdy dochodzi do czegoś znacznie grubszego, jak backplane o dużej liczbie warstw, standardowa wartość grubości 1,57 mm już nie jest używana. W bardziej specjalistycznych płytach o wysokiej prędkości/częstotliwości, prawdopodobnie będziesz również używać bardziej specjalistycznych materiałów wysokiej częstotliwości. Upewnij się, że konsultujesz się z producentem w celu uzyskania wskazówek, aby zapewnić, że twój projekt będzie możliwy do wyprodukowania z wysoką wydajnością i jakością.

Gdy określisz już wymaganą liczbę warstw i grubość PCB, potrzebujesz oprogramowania do projektowania PCB, które daje ci pełną kontrolę nad układem warstw podczas pracy nad projektem. Menedżer układu warstw, biblioteka układów materiałowych oraz pełny zestaw funkcji projektowych w Altium Designer^® są idealne dla projektów o dowolnym stopniu skomplikowania, i będziesz miał kompletny zestaw narzędzi potrzebnych do przygotowania twojej płytki do przeglądu przez producenta. Kiedy skończysz projektowanie i będziesz chciał przekazać pliki do producenta, platforma Altium 365^™ ułatwia współpracę i udostępnianie twoich projektów.

Dotknęliśmy tylko wierzchołka góry lodowej możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.