Quando Usar um Empilhamento Padrão na Fabricação de PCB

Uma maneira rápida e fácil de colocar sua placa de circuito em produção em volume é usar uma casa de fabricação com um empilhamento padrão. Esta é uma abordagem muito comum na prototipagem de PCBs e também pode ser usada na produção em volume. Um empilhamento padrão é uma configuração de nível inicial que um designer pode usar se não tiver tempo ou expertise para escolher materiais e espessuras de camadas. As casas de fabricação de PCBs geralmente têm seus empilhamentos padrão que podem fornecer com pouca ou nenhuma documentação necessária por parte do designer.

Embora isso seja certamente conveniente para um designer e seja muito útil para construções de baixo risco, quando você deve considerar o uso de um empilhamento padrão? Para designs mais avançados, um empilhamento padrão pode limitar o que você pode fazer no layout da PCB devido aos materiais e espessuras de laminado usados. Mesmo que uma placa não seja necessariamente avançada, mas precise ser altamente confiável, um empilhamento padrão pode não ser a melhor escolha.

Para ajudá-lo a determinar quando é o momento certo de usar um empilhamento padrão, vou olhar para alguns exemplos e detalhar como eles poderiam ser usados em vários tipos de designs.

Exemplo de Empilhamento Padrão

O empilhamento padrão de uma casa de fabricação de PCB tende a incorporar materiais de PCB comumente disponíveis e de baixo custo em arranjos de camadas padrão com espessura padrão (geralmente 1,57 mm ou 1 mm). Cada casa de fabricação terá um empilhamento padrão de PCB ligeiramente diferente para várias contagens de camadas, e a maioria fornecerá um desenho do empilhamento em seu site da empresa. Você pode então obter as informações do empilhamento e incorporá-las ao seu software CAD, garantindo que a documentação do seu projeto corresponda à oferta padrão da casa de fabricação.

Exemplo de empilhamento padrão com várias opções de peso de cobre disponíveis. Este empilhamento está disponível na Eurocircuits.

Ao olhar para um desenho de empilhamento padrão, geralmente você verá apenas um arranjo de camadas, mas muitas informações adicionais podem ser necessárias para muitos projetos. Um empilhamento padrão pode não incluir algumas das informações listadas na tabela a seguir:

• Nome do produto para os materiais de empilhamento
• Fichas de dados dos materiais de empilhamento
• Parâmetros térmicos ou mecânicos do material dielétrico
• Valor do tangente de perda
• Dados de constante dielétrica ou estabilidade do tangente de perda

Nem todos os designs vão precisar de todos esses dados, e em muitos produtos, os pontos acima nem sequer são considerados. No entanto, quando você começa a olhar mais profundamente para indústrias específicas, você vê muitos desses requisitos individuais começarem a surgir, e há muitas situações onde o empilhamento padrão não será apropriado.

Para ajudar a mostrar quando um empilhamento padrão pode ser usado de forma apropriada em uma nova PCB, vamos dar uma breve olhada em três classes de produtos: PCBs de alta velocidade digital ou RF, PCBs HDI e PCBs de alta confiabilidade.

Design de PCB de Alta Velocidade/RF

No caso de design de PCB de alta velocidade ou design de PCB RF, geralmente é necessário um cálculo da impedância de traço para que o design funcione conforme a especificação. Empilhamentos padrão permitem um cálculo de impedância, pois fornecem as informações necessárias para calcular a impedância para traços de terminação única—especificamente, a constante dielétrica e a espessura do laminado em várias camadas. Para pares diferenciais, você também pode escolher um espaçamento de traço que contribuirá para definir a impedância alvo, o que descrevi neste artigo.

O problema em usar um empilhamento padrão, ou melhor, assumir que um empilhamento padrão sempre funciona, surge ao selecionar seu empilhamento depois de ter completado seus layouts de PCB. Considere um design com uma especificação de impedância baseada na largura do traço, onde uma impedância de 50 ohms requer um traço de 10 mil de largura, e uma impedância diferencial de 90 ohms requer 8 mil/8 mil de largura e espaçamento.

Se usarmos o exemplo de empilhamento padrão mostrado abaixo, estaríamos muito distantes dos valores de impedância alvo.

A mesma ideia se aplica a PCBs RF. O ponto importante aqui é que empilhamentos padrão podem ser usados nesses designs, mas o empilhamento padrão tem que ser usado antes de iniciar o layout e o roteamento do PCB, não depois.

Design de PCB HDI

Ao me sentar para escrever este artigo, percebo que nunca vi um empilhamento padrão especificamente comercializado para PCBs HDI. Existem várias razões para isso, que são particulares aos PCBs HDI e à laminação sequencial:

• Os vias serão perfurados mecanicamente ou perfurados a laser?
• Quais razões de aspecto a fábrica pode garantir de forma confiável em cada processo?
• Se microvias perfurados a laser forem usados, o material do empilhamento é perfurável a laser?
• Se for necessário controle de impedância, qual será o requisito de largura do traço?

Uma vez que você começa a olhar para essas questões, acho que rapidamente perceberá que empilhamentos padrão não são apropriados para PCBs HDI. Isso vem principalmente do fato de que empilhamentos padrão geralmente não usam materiais perfuráveis a laser. Então, se você estivesse usando um processo de múltiplas laminações para construir o PCB, você só poderia usar vias perfurados mecanicamente. Outra complicação é a espessura da camada; nunca vi um empilhamento padrão com camadas mais finas que 4 mil. Isso restringiria as camadas externas a traços largos que podem não ser utilizáveis com seus componentes específicos.

Se o seu empilhamento padrão força o uso de traços grandes para atingir um objetivo de impedância, os traços podem não caber entre os pads em um BGA.

PCBs de Alta Confiabilidade

O termo "alta confiabilidade" pode significar muitas coisas. Por exemplo, isso pode se referir a desgaseificação, rigidez mecânica, estabilidade dielétrica/mecânica em relação à temperatura, capacidade de suportar altas tensões ou qualquer coisa intermediária. Uma das áreas comuns onde a alta confiabilidade importa é em termos de resistência à filamento anódico condutivo (CAF), que ilustra a confiabilidade em gradientes de alta tensão ao longo de longos períodos de vida.

Como as pilhas padrão são destinadas a ser uma opção de orçamento, não espere que os materiais utilizados sejam excelentes em desempenho nessas áreas. Se houver alguma dúvida quanto à confiabilidade em qualquer uma dessas áreas, sempre solicite as fichas técnicas dos materiais para a pilha padrão. Se estas não estiverem disponíveis, então é melhor jogar pelo seguro e procurar em outro lugar.

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