Come costruire un PCB multistrato: una guida completa

Introduzione

Per costruire un file PCB multistrato impilati, i piani devono essere ben definiti per ottenere grandi prestazioni nella progettazione dei sistemi elettronici odierni. Influenza l'integrità del segnale, l'impedenza e Protezione EMIChe tu stia progettando uno stackup di PCB a 4 strati o uno stackup ad alta densità a 6 strati, riconoscere i fattori di progettazione è sempre un risparmio di tempo e denaro. Attraverso questa guida, imparerai i suggerimenti necessari per la progettazione dello stackup, i diversi materiali da utilizzare e i metodi efficaci per realizzare PCB multistrato.

Che cosa è il PCB Stack-Up?

Migliori Layout PCB (materiale preimpregnato del nucleo isolante e uno strato di materiale di rame) impilati insieme costituiscono uno stack-up. Bilancia gli strati di segnale, i piani di potenza e i piani di massa al fine di migliorare le prestazioni elettriche e ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI). I circuiti multistrato, come i PCB a 4 strati o gli stack-up a 6 strati, vengono utilizzati con segnali veloci e routing complesso.

Come realizzare uno stack-up di PCB multistrato?

Lo stack-up di un PCB multistrato è la disposizione di strati di rame e dielettrico utilizzati per gestire l'integrità del segnale, l'interferenza elettromagnetica e le caratteristiche termiche. Ha un buon design e offre stabilità meccanica e un'elevata velocità di utilizzo.

Uncommon PCB a 4 strati Stack-Up:

• Strato superiore: Signal
• Strato interno 1: Terra
• Strato interno 2: Power
• Strato di fondo: Signal

  Uncommon PCB a 6 strati Stack-Up:

• Strato superiore: Signal
• Strato 2: Terra
• Strato 3: Signal
• Strato 4: Signal
• Strato 5: Power
• Strato di fondo: Signal

Suggerimenti per una progettazione efficace dello stack-up del PCB

• Per un migliore disaccoppiamento, tenere vicini gli strati di terra e di potenza.
• Posizionare i segnali critici tra i piani di terra per ridurre al minimo il rumore.
• Utilizzare disposizioni simmetriche degli strati per ridurre le deformazioni.
• Mantenere uno spessore dielettrico costante per un'impedenza controllata.

Quali sono i vari strati di un circuito stampato?

Per creare una scheda multistrato si utilizzano fogli di rame, preimpregnati e laminato rivestito in rame. Il foglio di rame funge da percorso del segnale per la conduttività. Gli strati vengono uniti tramite preimpregnato e viene realizzato l'isolamento elettrico. Il nucleo rivestito in rame fornisce resistenza meccanica e contribuisce a mantenere in posizione uno strato durante il processo di produzione.

Strati di alimentazione e di terra nello stack-up del PCB

L'utilizzo di piani di alimentazione e di massa è essenziale per garantire un'alimentazione di tensione stabile e anche per il passaggio dei segnali a bassa impedenza, poiché questi fungono da ritorno del segnale. Gli strati riducono al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI) e migliorano la qualità dei segnali. Anche la dissipazione del calore sulla struttura del PCB è migliorata grazie al corretto posizionamento dei piani di alimentazione e di massa.

Vantaggi dell'utilizzo di piani di alimentazione/terra

I componenti possono essere collegati ai piani di alimentazione e di massa per utilizzare una sorgente di corrente stabile attraverso i piani di alimentazione e di massa. I segnali ad alta velocità vengono restituiti in modo chiaro, riducendo al minimo rumore ed EMI. Questi piani trasportano più corrente rispetto a queste tracce, generano meno calore e la scheda risulta termicamente più performante e affidabile.

Che cosa è la laminazione PCB?

Nella laminazione di PCB, il preimpregnato e il foglio di rame vengono laminati con il nucleo sotto controllo di pressione e calore. Questo crea un legame liscio e senza vuoti tra gli strati, garantendo stabilità dimensionale IP. Una laminazione dielettrica accurata garantisce uniformità dielettrica e impedenza dei PCB ad alta velocità e alta frequenza.

Qual è lo spessore standard della tavola?

Lo spessore del PCB è una variabile regolata da diversi valori di input, tra cui il peso del rame, la sostanza dielettrica e il numero di strati, oltre al carico ambientale. Lo spessore generale è di 62 mils (1.57 mm). Oltre a questo, standard più recenti come 93 mils (2.36 mm) e 125 mils (3.17 mm) supportano stack-up multistrato e con rame caldo più spessi.

Qual è lo scopo di avere più strati in un PCB?

I dispositivi moderni presentano layout circuitali densi che utilizzano PCB multistrato. Offrono migliori prestazioni elettriche, tribologia e tolleranza al trasferimento di calore. Anche l'isolamento del segnale ad alta velocità e l'impedenza controllata sono possibili nelle strutture multistrato, in modo da evitare diafonia ed EMI nei dispositivi elettronici più sofisticati.

Come vengono realizzati i circuiti stampati multistrato?

La fabbricazione di PCB multistrato avviene nei seguenti passaggi:

1: Seleziona il nucleo dello strato interno: Specificare lo spessore del rame, il tipo di vetro epossidico e le dimensioni del pannello.

2: Pulizia: Pulire l'interno del rame utilizzando prodotti chimici o metodi meccanici per rimuovere i contaminanti.

3: Imaging dello strato interno: Qui è dove creiamo l'immagine del fotoresist del modello del circuito.

4: La rimozione dell'incisione: È possibile raschiare via il rame indesiderato e staccare il fotoresist lasciando i fili del circuito aperti.

5: Ispezione ottica automatizzata: Individua cortocircuiti, aperture o difetti non rilevabili che l'occhio non può vedere.

6: Trattamento di ossido: Le superfici in rame vengono ossidate per aumentare l'adesione alla laminazione.

7: Disposizione: Su ogni strato interno devono essere disposti fogli di preimpregnato e di rame, pronti per essere uniti prima di procedere alla laminazione della pila.

8: Laminazione: Formare una pila di pressione e calore in una camera a vuoto per lasciare i fogli incollati in modo permanente.

9: Foratura: I fori passanti e quelli passanti sono realizzati con la massima precisione.

10: Sbavatura e desmearing: I fori praticati presentano sbavature e sbavature di resina che devono essere rimosse per ottenere collegamenti puliti.

11: Fori di placcatura in rame nei fori di perforazione: Fori su piastre di rame trattati chimicamente in modo da creare conduttività nei fori.

Stack-up di schede HDI

PCB HDI Contengono una densità di cablaggio aumentata e sono rappresentati da microvia, via cieca e via interrata. Le schede complesse sono necessarie nell'elettronica miniaturizzata ad alte prestazioni. Gli stack-up HDI riducono la perdita di segnale e consentono il routing elaborato dei progetti più moderni in spazi ristretti.

Laminazione sequenziale

La sovrapposizione della laminazione consente di aggiungere ulteriore dielettrico e rame a un sottoinsieme già laminato. Ciò comporta lo sviluppo di vie interrate e microvie impilate in interconnessioni dense. È adatto all'uso con layout HDI complessi con minimo disallineamento tra gli strati e elevata integrità del segnale.

Stack-up di nomenclatura HDI

Gli stack-up HDI sono denominati in XNX. Nell'esempio precedente, X rappresenta lo strato di microvia e l'uso del termine N implica il numero di strati interni tra due microvia. Il sistema aiuta a quantificare la complessità dello stack-up e a scegliere l'architettura più adatta per i progettisti.

Esempi di HDI Stack-up

1+4+1 Stack-up

Questa struttura a sei strati presenta un lato con uno strato di microvia su ciascun lato, garantendo quindi una migliore densità di routing e prestazioni.

2+4(6b)+2 Accumulo

8 strati sovrapposti, 2 strati di microvia su ciascun lato e sei strati interni interrati di un design compatto avanzato.

Pianificazione di stackup di PCB multistrato: quanto costa?

Nella pianificazione dello stackup di PCB multistrato, è necessario trovare un compromesso tra costo e funzionalità per ottenere progetti più efficienti. Il costo di fabbricazione della stratificazione, tuttavia, migliora lo spazio di routing, la gestione dell'impedenza e l'integrità del segnale. I costi complessivi sono inoltre influenzati da fattori quali le dimensioni della scheda, il peso del rame e il numero di fori. Un'attenta pianificazione, come dimostrano le problematiche di produzione, non comporta inutili complessità.

Griglie di impilamento PCB: considerazioni sulla progettazione ad alta velocità

I circuiti ad alta velocità richiedono una progettazione accurata dello stackup del PCB per garantire prestazioni elevate. Sono necessari strati aggiuntivi per isolare il segnale, garantendo l'assenza di diafonia, e questo aumenta lo spessore degli strati di routing e di massa. Gli stackup a impedenza controllata sono realizzati con materiali e spessori specifici per il routing stripline o microstrip. La corretta stratificazione riduce i costi e garantisce l'integrità del segnale.

Pianificazione dello stackup, potenza e piano di massa

Nei PCB multistrato, i piani di alimentazione e di massa vengono utilizzati per stabilizzare le tensioni e fornire segnali ad alta velocità. Raddoppiare o triplicare le tensioni su un piano può far risparmiare spazio, ma può causare interruzioni nei percorsi di ritorno. È necessario prestare attenzione quando si separano i piani per evitare problemi di rumore e problemi di segnale. Il design crea un equilibrio, eliminando alcuni strati e mantenendo le prestazioni.

Raccomandazioni per lo stackup dei PCB per i progettisti

La progettazione ottimale dello stack-up del PCB è un fattore che consente di ridurre i costi di produzione e garantire l'affidabilità della scheda. Ecco alcuni suggerimenti fondamentali che possono garantire i migliori risultati nelle applicazioni PCB multistrato:

• Non eseguire più di tre fasi di laminazione sequenziali. Ogni singola laminazione aumenta i tempi di produzione, i costi e può danneggiare i prodotti.
• Le vie intere (vie sfalsate) sono preferibili alle vie impilate. Le vie interrate sono più complesse e costose a causa dell'assemblaggio e del riempimento.
• Indicare esplicitamente nella richiesta di stack-up gli strati che richiedono vie meccaniche interrate e una preferenza in termini di vie sfalsate o interrate.
• Verificare la compatibilità dei materiali durante la laminazione sequenziale. Questo processo non è adatto a tutti i materiali e il produttore vi indicherà le opzioni migliori.

Un'attenta progettazione dei PCB migliora l'integrità del segnale, riduce le EMI e consente al progettista di presentare in modo efficace schede ad alte prestazioni.

PCBTok: il tuo produttore di PCB multistrato di fiducia

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Domande Frequenti

Perché l'impilamento dei PCB influisce sulle prestazioni EMI?

Grazie a una buona progettazione dello stackup, le interferenze elettromagnetiche (EMI) vengono ridotte grazie a un posizionamento ottimale dei piani di massa e di potenza. La disposizione dei livelli di schermatura migliora le caratteristiche di schermatura, limita i livelli di rumore e l'integrità complessiva del segnale di un circuito ad alta velocità.

Posso mescolare diversi materiali dielettrici in un unico stackup di PCB?

Gli stackup ibridi sono possibili nei PCB e sono piuttosto comuni nei progetti di fascia alta. I materiali possono essere combinati per bilanciare prestazioni ad alta frequenza, stabilità termica e costi, rendendoli adatti ad applicazioni multistrato complesse.

Come posso garantire un corretto controllo dell'impedenza nel mio stackup?

Seguire le regole di stackup a impedenza controllata e un calcolatore di stack a strati PCB. Mantenere dielettrico Spessori, piani di riferimento e geometrie delle tracce coerenti. Collabora con il tuo sviluppatore PCB per generare impedenze precise su segnali ad alta frequenza.

Conclusione

Lo stackup del PCB influisce direttamente sulle caratteristiche elettriche, termiche e meccaniche della scheda. Con materiali accuratamente selezionati e ottimizzati attraverso strutture e linee guida appropriate per lo stackup, è possibile evitare costosi errori e migliorare l'affidabilità dei prodotti. Un rapporto eccellente con il produttore garantirà le migliori prestazioni e i migliori costi per i PCB multistrato.