Kiedy używać standardowego układu warstw w produkcji PCB

Szybki i łatwy sposób na uruchomienie produkcji seryjnej twojej płytki obwodu to skorzystanie z usług zakładu produkcyjnego oferującego standardowy układ warstw. Jest to bardzo powszechna metoda w prototypowaniu PCB i może być również stosowana przy produkcji na większą skalę. Standardowy układ warstw to konfiguracja początkowa, z której może skorzystać projektant, jeśli nie ma czasu lub wiedzy, aby wybrać materiały i grubości warstw. Zakłady produkcyjne PCB zazwyczaj mają swoje standardowe układy warstw, które mogą dostarczyć z minimalną lub bez żadnej dokumentacji wymaganej od projektanta.

Chociaż jest to z pewnością wygodne dla projektanta i bardzo przydatne przy budowie niskiego ryzyka, kiedy należy rozważyć użycie standardowego układu warstw? W przypadku bardziej zaawansowanych projektów, standardowy układ warstw może ograniczać możliwości w układzie PCB ze względu na użyte materiały i grubości laminatów. Nawet jeśli płyta nie jest koniecznie zaawansowana, ale musi być wysoce niezawodna, standardowy układ warstw może nie być najlepszym wyborem.

Aby pomóc ci określić, kiedy jest odpowiedni czas na użycie standardowego układu warstw, przyjrzę się kilku przykładom i szczegółowo opiszę, jak mogą być wykorzystane w różnych typach projektów.

Przykład Standardowego Układu Warstw

Standardowa konfiguracja warstw od producenta PCB zazwyczaj zawiera powszechnie dostępne, niskokosztowe materiały PCB w standardowych układach warstw o standardowej grubości (zwykle 1,57 mm lub 1 mm). Każdy producent PCB będzie miał nieco inną standardową konfigurację warstw dla różnych liczby warstw, a większość z nich udostępni rysunek konfiguracji na swojej stronie internetowej. Możesz wtedy uzyskać informacje o konfiguracji i włączyć je do swojego oprogramowania CAD, upewniając się, że dokumentacja projektu odpowiada standardowej ofercie zakładu produkcyjnego.

Przykładowa standardowa konfiguracja warstw z wieloma opcjami grubości miedzi dostępna. Ta konfiguracja jest dostępna od Eurocircuits.

Patrząc na rysunek standardowej konfiguracji warstw, zazwyczaj zobaczysz tylko układ warstw, ale dla wielu projektów może być potrzebna znacznie więcej informacji. Standardowa konfiguracja może nie zawierać niektórych informacji wymienionych w poniższej tabeli:

• Nazwa produktu dla materiałów stosu
• Arkusze danych materiałów stosu
• Parametry termiczne lub mechaniczne materiału dielektrycznego
• Wartość tangensa strat
• Dane stabilności stałej dielektrycznej lub tangensa strat

Nie wszystkie projekty będą potrzebować wszystkich tych danych, i w wielu produktach, powyższe punkty nawet nie są brane pod uwagę. Jednak, gdy zaczynamy przyglądać się bliżej konkretnym branżom, widzimy, że wiele z tych indywidualnych wymagań zaczyna się pojawiać, i jest wiele sytuacji, gdzie standardowy stos materiałów nie będzie odpowiedni.

Aby pokazać, kiedy standardowy stos można odpowiednio użyć w nowej PCB, spójrzmy krótko na trzy klasy produktów: PCB wysokiej prędkości cyfrowej lub RF, PCB HDI oraz PCB wysokiej niezawodności.

Projektowanie PCB Wysokiej Prędkości/RF

W przypadku projektowania PCB wysokiej prędkości lub projektowania PCB RF, zazwyczaj potrzebna jest kalkulacja impedancji ścieżki, aby projekt funkcjonował zgodnie ze specyfikacją. Standardowe układy warstw pozwalają na obliczenie impedancji, ponieważ dostarczają informacji potrzebnych do jej wyliczenia dla ścieżek jednostronnych — konkretnie, stałą dielektryczną i grubość laminatu na różnych warstwach. Dla par różnicowych można również wybrać odstęp między ścieżkami, który będzie przyczyniał się do ustawienia docelowej impedancji, co opisałem w tym artykule.

Problem z użyciem standardowego układu warstw, a raczej zakładaniem, że standardowy układ zawsze działa, pojawia się, gdy wybierasz swój układ warstw po zakończeniu projektowania układów PCB. Rozważ projekt z specyfikacją impedancji opartą na szerokości ścieżki, gdzie impedancja 50 omów wymaga ścieżki o szerokości 10 mil, a impedancja różnicowa 90 omów wymaga szerokości i odstępu 8 mil/8 mil.

Jeśli użyjemy przykładowego standardowego układu warstw pokazanego poniżej, będziemy daleko od docelowych wartości impedancji.

Ta sama idea dotyczy PCB RF. Punkt, o którym tutaj mowa, to że standardowe układy warstw mogą być używane w tych projektach, ale standardowy układ warstw musi być użyty przed rozpoczęciem układania i trasowania PCB, a nie po.

Projektowanie PCB HDI

Gdy siadam, aby napisać ten artykuł, zdaję sobie sprawę, że nigdy nie widziałem standardowego układu warstw specjalnie przeznaczonego dla PCB HDI. Istnieje kilka powodów tego stanu rzeczy, które są specyficzne dla PCB HDI i sekwencyjnej laminacji:

• Czy przelotki będą wiercone mechanicznie czy wiercone laserowo?
• Jakie stosunki wymiarów może niezawodnie zagwarantować zakład produkcyjny w każdym z procesów?
• Jeśli używane są mikroprzelotki wiercone laserowo, czy materiał układu warstw nadaje się do wiercenia laserowego?
• Jeśli potrzebna jest kontrolowana impedancja, jakie będą wymagania dotyczące szerokości ścieżek?

Gdy zacznie się rozważać te pytania, myślę, że szybko dojdzie się do wniosku, że standardowe układy warstw nie są odpowiednie dla PCB HDI. Wynika to głównie z faktu, że standardowe układy warstw zazwyczaj nie używają materiałów nadających się do wiercenia laserowego. Więc jeśli używałbyś wielokrotnego procesu laminacji do budowy PCB, mógłbyś używać tylko przelotek wierconych mechanicznie. Innym problemem jest grubość warstw; nigdy nie widziałem standardowego układu warstw z warstwami cieńszymi niż 4 mil. Ograniczyłoby to warstwy zewnętrzne do szerokich ścieżek, które mogą nie być użyteczne z twoimi konkretnymi komponentami.

Jeśli twój standardowy układ warstw wymusza użycie dużych ścieżek, aby osiągnąć cel impedancji, ścieżki te mogą nie zmieścić się między padami w BGA.

Wysokoniezawodne PCB

Termin "wysoka niezawodność" może oznaczać wiele rzeczy. Na przykład, może to odnosić się do wygazowania, sztywności mechanicznej, stabilności dielektrycznej/mechanicznej w zakresie temperatur, zdolności wytrzymywania wysokich napięć, lub czegokolwiek pomiędzy. Jednym z powszechnych obszarów, gdzie wysoka niezawodność ma znaczenie, jest oporność na filamentację anodową (CAF), która ilustruje niezawodność w wysokich gradientach napięcia przez długie okresy życia.

Ponieważ standardowe układy warstw są przeznaczone jako opcja budżetowa, nie należy oczekiwać, że materiały używane będą doskonale sprawdzać się w tych obszarach. Jeśli istnieją wątpliwości co do niezawodności w jakimkolwiek z tych obszarów, zawsze należy zażądać kart danych materiałów dla standardowego układu warstw. Jeśli te nie są dostępne, najlepiej jest zachować ostrożność i poszukać gdzie indziej.

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz zbudować niezawodną elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby wdrożyć współpracę w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

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