Khi nào sử dụng Stackup chuẩn trong Sản xuất PCB

Một cách nhanh chóng và dễ dàng để đưa bảng mạch của bạn vào sản xuất hàng loạt là sử dụng một xưởng sản xuất với một cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn. Đây là một phương pháp phổ biến trong việc tạo mẫu PCB và cũng có thể được sử dụng khi sản xuất với số lượng lớn. Một cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn là một cấu hình cơ bản mà nhà thiết kế có thể sử dụng nếu họ không có thời gian hoặc chuyên môn để chọn vật liệu và độ dày của các lớp. Các xưởng sản xuất PCB thường có cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn của riêng họ mà họ có thể cung cấp với ít hoặc không cần tài liệu nào từ phía nhà thiết kế.

Trong khi đây chắc chắn là tiện lợi cho nhà thiết kế và rất hữu ích cho các dự án có rủi ro thấp, bạn nên cân nhắc sử dụng cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn khi nào? Đối với các thiết kế tiên tiến hơn, một cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn có thể hạn chế những gì bạn có thể làm trong bố cục PCB do vật liệu và độ dày của lớp phủ sử dụng. Ngay cả khi một bảng mạch không nhất thiết phải tiên tiến nhưng cần phải rất đáng tin cậy, một cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn có thể không phải là lựa chọn tốt nhất.

Để giúp bạn xác định khi nào là thời điểm thích hợp để sử dụng một cấu hình chồng lớp tiêu chuẩn, tôi sẽ xem xét một số ví dụ và chi tiết cách chúng có thể được sử dụng trong các loại thiết kế khác nhau.

Ví dụ về Cấu hình Chồng Lớp Tiêu Chuẩn

Cấu trúc chuẩn từ một nhà sản xuất PCB thường bao gồm các vật liệu PCB có sẵn, giá rẻ được sắp xếp theo cấu trúc lớp chuẩn với độ dày chuẩn (thường là 1.57 mm hoặc 1 mm). Mỗi nhà sản xuất sẽ có một cấu trúc PCB chuẩn hơi khác nhau cho các số lượng lớp khác nhau, và hầu hết sẽ cung cấp bản vẽ của cấu trúc trên trang web công ty của họ. Bạn có thể sau đó lấy thông tin cấu trúc và tích hợp nó vào phần mềm CAD của mình, đảm bảo tài liệu thiết kế của bạn phù hợp với dịch vụ chuẩn của nhà sản xuất.

Ví dụ về cấu trúc chuẩn với nhiều tùy chọn trọng lượng đồng có sẵn. Cấu trúc này có sẵn từ Eurocircuits.

Khi xem bản vẽ cấu trúc chuẩn, bạn thường chỉ thấy sắp xếp lớp, nhưng nhiều thiết kế có thể cần nhiều thông tin hơn. Một cấu trúc chuẩn có thể không bao gồm một số thông tin được liệt kê trong bảng sau:

• Tên sản phẩm cho các vật liệu xếp chồng
• Tờ dữ liệu vật liệu xếp chồng
• Các thông số nhiệt hoặc cơ của vật liệu điện môi
• Hệ số tổn haogiá trị
• Dữ liệu ổn định hằng số điện môi hoặc hệ số tổn hao

Không phải tất cả các thiết kế đều cần tất cả dữ liệu này, và trong nhiều sản phẩm, các điểm trên thậm chí không được xem xét. Tuy nhiên, khi bạn bắt đầu nhìn sâu hơn vào các ngành cụ thể, bạn sẽ thấy nhiều yêu cầu cá nhân này bắt đầu xuất hiện, và có nhiều tình huống mà cấu trúc xếp chồng tiêu chuẩn sẽ không phù hợp.

Để giúp hiển thị khi nào một cấu trúc xếp chồng tiêu chuẩn có thể được sử dụng một cách phù hợp trong một PCB mới, hãy cùng xem qua ba loại sản phẩm: PCB tốc độ cao kỹ thuật số hoặc RF, PCB HDI, và PCB độ tin cậy cao.

Thiết kế PCB Tốc độ Cao/RF

Trong trường hợp thiết kế PCB tốc độ cao hoặc thiết kế PCB RF, bạn thường cần tính toán trở kháng đường dẫn để thiết kế hoạt động theo đặc tả. Các cấu trúc chồng chuẩn cho phép tính toán trở kháng, vì chúng cung cấp thông tin cần thiết để tính toán cho các đường dẫn đơn lẻ—cụ thể là hằng số điện môi và độ dày lớp phủ trên các lớp khác nhau. Đối với các cặp vi sai, bạn cũng có thể chọn khoảng cách đường dẫn sẽ góp phần thiết lập trở kháng mục tiêu, điều mà tôi đã mô tả trong bài viết này.

Vấn đề khi sử dụng cấu trúc chồng chuẩn, hoặc nói cách khác là giả định cấu trúc chồng chuẩn luôn hoạt động, xuất hiện khi bạn chọn cấu trúc chồng sau khi bạn đã hoàn thành bố cục PCB của mình. Xem xét một thiết kế với đặc tả trở kháng dựa trên chiều rộng đường dẫn, nơi mà trở kháng 50-ohm đòi hỏi một đường dẫn rộng 10-mil, và trở kháng vi sai 90-ohm đòi hỏi chiều rộng và khoảng cách 8 mil/8 mil.

Nếu chúng ta sử dụng ví dụ về cấu trúc chồng chuẩn được hiển thị bên dưới, chúng ta sẽ lệch xa so với các giá trị trở kháng mục tiêu.

Ý tưởng tương tự áp dụng cho PCB RF. Điều cần nhớ ở đây là cấu trúc chồng chuẩn có thể được sử dụng trong các thiết kế này, nhưng cấu trúc chồng chuẩn phải được sử dụng trước khi bắt đầu bố cục và định tuyến PCB, không phải sau.

Thiết kế PCB HDI

Khi tôi ngồi lại và viết bài viết này, tôi nhận ra rằng tôi chưa bao giờ thấy một cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn nào được quảng cáo cụ thể cho PCB HDI. Có một số lý do cho điều này, đặc biệt là liên quan đến PCB HDI và quá trình lắp ghép tuần tự:

• Liệu vias sẽ được khoan cơ học hay khoan bằng laser?
• Nhà sản xuất có thể đảm bảo tỷ lệ khía cạnh nào một cách đáng tin cậy trong mỗi quá trình?
• Nếu sử dụng microvias khoan bằng laser, liệu vật liệu chồng lớp có thể khoan bằng laser không?
• Nếu cần kiểm soát trở kháng, yêu cầu về độ rộng dấu vết sẽ là bao nhiêu?

Khi bạn bắt đầu xem xét những câu hỏi này, tôi nghĩ bạn sẽ nhanh chóng nhận ra rằng cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn không phù hợp cho PCB HDI. Điều này chủ yếu xuất phát từ thực tế là cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn thông thường không sử dụng vật liệu có thể khoan bằng laser. Vì vậy, nếu bạn sử dụng quá trình lắp ghép nhiều lớp để xây dựng PCB, bạn chỉ có thể sử dụng vias khoan cơ học. Một vấn đề khác là độ dày của lớp; tôi chưa bao giờ thấy một cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn nào có lớp mỏng hơn 4 mil. Điều này sẽ hạn chế các lớp ngoài chỉ có thể sử dụng dấu vết rộng mà có thể không sử dụng được với các thành phần cụ thể của bạn.

Nếu cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn buộc phải sử dụng dấu vết lớn để đạt được mục tiêu trở kháng, các dấu vết có thể không vừa với khoảng cách giữa các pad trong một BGA.

PCB Độ Tin Cậy Cao

Thuật ngữ "độ tin cậy cao" có thể có nhiều ý nghĩa. Ví dụ, điều này có thể đề cập đến việc thoát khí, độ cứng cơ học, ổn định điện môi/cơ học theo nhiệt độ, khả năng chịu điện áp cao, hoặc bất cứ điều gì ở giữa. Một trong những lĩnh vực phổ biến nơi độ tin cậy cao là quan trọng là về khả năng chống lại sự hình thành sợi anodic dẫn điện (CAF), điều này minh họa độ tin cậy trong gradient điện áp cao qua thời gian dài.

Vì các cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn được thiết kế như một lựa chọn tiết kiệm, đừng mong đợi các vật liệu được sử dụng là những người biểu diễn xuất sắc trong những lĩnh vực này. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào về độ tin cậy trong bất kỳ lĩnh vực nào, luôn yêu cầu bảng dữ liệu vật liệu cho cấu trúc chồng lớp tiêu chuẩn. Nếu những bảng dữ liệu này không có sẵn, thì tốt nhất là chơi an toàn và tìm kiếm ở nơi khác.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, sử dụng bộ đầy đủ các tính năng thiết kế PCB và công cụ CAD hàng đầu thế giới trong Altium Designer®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề nổi của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.