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Linee guida per la progettazione di stack di PCB

Le persone si aspettano che i prodotti elettronici siano ricchi di funzioni, ma richiedono anche che siano piccoli e portatili, che porta nuove sfide ai progettisti di circuiti stampati. Per realizzare questo, si rivolgono i designer PCB multistrato, che offrono maggiore spazio per più segnali e circuiti elettronici per consentire una maggiore funzionalità. però, riuscito Progettazione PCB dipende da un'attenta considerazione della pila di PCB. Questo componente critico influisce direttamente sulle prestazioni del circuito stampato, affidabilità, costo, e producibilità. In questo articolo, troverai una guida sulla progettazione dello stack di PCB, regole comprese, suggerimenti, ed esempi per aiutarti a completare meglio il tuo progetto di stackup.

Cos'è l'impilamento PCB?

L'impilamento PCB si riferisce alla disposizione degli strati di rame e isolanti che costituiscono un circuito stampato. Un tipico stack di PCB è costituito da strati alternati di rame e materiale isolante, come prepreg e core layer. Gli strati di rame contengono i circuiti e fungono da percorsi conduttivi per i segnali elettronici sulla scheda.

Lo stackup del PCB è un aspetto essenziale della progettazione della scheda e ne determina le proprietà elettriche, compresa l'integrità del segnale, distribuzione dell'energia, e compatibilità elettromagnetica (EMC). Influisce anche sulle proprietà meccaniche e termiche della scheda. Il numero di strati utilizzati in uno stack di PCB può essere flessibile ed è determinato dalla complessità del circuito e dai prerequisiti di progettazione specifici.

Uno stack di PCB a due strati è il più semplice e comune, ma i progetti ad alta densità possono richiedere quattro o più strati per accogliere i componenti e il percorso necessari. I progettisti devono considerare attentamente l'impilamento del PCB durante il processo di progettazione per garantire che la scheda soddisfi i requisiti elettrici e meccanici necessari pur essendo conveniente per la produzione. Una corretta progettazione dello stack può aiutare a ridurre al minimo la perdita di segnale, ridurre le interferenze elettromagnetiche, e fornire una rete di distribuzione di energia stabile, risultando in un circuito stampato più affidabile e ad alte prestazioni.

Regole e suggerimenti per la progettazione di stack di PCB

La gestione di un buon stackup richiede il rispetto di centinaia di regole e criteri, ma alcuni dei più importanti lo sono:

  1. Le schede ground plane sono l'opzione preferita in quanto consentono l'instradamento del segnale in configurazioni microstrip o stripline, con conseguente impedenza al suolo inferiore e livelli di rumore del suolo.
  2. Per prevenire la radiazione da segnali ad alta velocità, è importante instradarli su strati intermedi tra livelli diversi, mentre si usano i piani di terra come scudi.
  3. Gli strati di segnale devono essere posizionati il ​​più vicino possibile l'uno all'altro, anche se si trovano su piani adiacenti, e sempre accanto a un aereo.
  4. Avere più piani di massa è vantaggioso in quanto abbassa l'impedenza di terra della scheda e riduce le radiazioni.
  5. È fondamentale avere un forte accoppiamento tra alimentazione e piani di massa.
  6. Dal punto di vista meccanico è consigliabile una sezione trasversale per evitare deformazioni.
  7. Se i livelli del segnale sono vicini ai livelli del piano, terra o potenza, la corrente di ritorno può fluire attraverso il piano adiacente, che aiuta a ridurre l'induttanza del percorso di ritorno.
  8. Per migliorare il rumore e le prestazioni EMI, un modo fattibile è ridurre lo spessore dell'isolamento tra uno strato di segnale e il suo piano adiacente.
  9. Quando si scelgono i materiali in base al loro elettrico, meccanico, e proprietà termiche, è fondamentale considerare lo spessore di ogni strato di segnale, tenendo conto degli spessori standard e delle caratteristiche dei vari tipi di materiali dei circuiti stampati.
  10. È necessario utilizzare software di alta qualità per progettare lo stackup, selezionando i materiali appropriati dalla libreria ed eseguendo calcoli di impedenza in base alle loro dimensioni.

Materiale e spessore consigliati

I tre componenti principali di uno stack di PCB sono il rame, isolamento, e piano terra. E le opzioni e lo spessore dei materiali per ciascuno di essi svolgono un ruolo fondamentale nel determinare le sue caratteristiche prestazionali.

  • Strati di rame

Sono disponibili diversi tipi di rame, ciascuno con la propria temperatura di fusione unica, conduttività elettrica, e velocità di espansione termica. La selezione del rame è tipicamente basata sui requisiti di progettazione. Vale la pena notare che strati di rame più spessi migliorano la robustezza complessiva del design, ma anche aumentare il costo della scheda.

  • Strati isolanti

FR-4 epossidico, vetro epossidico, e i materiali rivestiti di parylene sono i tipi di materiali isolanti più frequentemente utilizzati nei PCB. E la scelta dei materiali isolanti appropriati dipende dall'ambiente di applicazione. Per migliorare la schermatura EMI e migliorare la durata della scheda, è consigliabile utilizzare uno strato isolante il più spesso possibile. però, se lo strato isolante è troppo spesso, può influire sulla qualità di tracce e vie.

  • Strati del piano terra

Il rame e il nichel sono i materiali del piano di massa più utilizzati. La selezione dei materiali del piano di massa si basa sui requisiti di progettazione e sul tipo di maschera di saldatura. Lo spessore consigliato per il piano terra è tra 0.1 mm e 0.25 mm. Anche se un piano di massa più spesso offre prestazioni migliori, porta anche ad un aumento delle dimensioni del tabellone.

Esempi di progettazione di stack di PCB

  • 4 stack di PCB a strati

Uno stack di PCB standard a 4 strati presenta in genere uno spesso strato centrale al centro della scheda, circondato da due strati di prepreg più sottili, con gli strati superficiali utilizzati principalmente per i segnali e il montaggio dei componenti. Gli strati interni sono spesso dedicati alle reti elettriche e di terra. Le vie a foro passante sono comunemente utilizzate per fornire connessioni tra gli strati. La maschera di saldatura con piazzole esposte viene applicata agli strati esterni per consentire il montaggio di componenti SMD e a foro passante.

  • 6 stack di PCB a strati

Il design di uno stack-up PCB a 6 strati è paragonabile a quello di un design a 4 strati, ma ha due livelli di segnale aggiuntivi posizionati tra i piani, risultando in due strati sepolti ideali per segnali ad alta velocità e due strati superficiali adatti per l'instradamento di segnali a bassa velocità. Posizionare gli strati di segnale vicino ai loro piani adiacenti e utilizzare un'anima centrale più spessa per ottenere lo spessore desiderato della scheda (per esempio., 62 MIL) può migliorare notevolmente le prestazioni EMI.

  • 8 stack di PCB a strati

Per uno stack-up di PCB a 8 strati, il progetto dovrebbe includere almeno tre piani di alimentazione/massa per aumentare la compatibilità elettromagnetica (EMC) e ridurre al minimo i problemi relativi all'IME. Gli ingegneri e i progettisti di circuiti stampati in genere considerano i requisiti del circuito durante la progettazione della disposizione dello stack.

Conclusione

La progettazione di PCB stack-up è un aspetto cruciale sia per gli ingegneri elettronici che per i progettisti. Per produrre elettronica di alta qualità, bisogna tener conto di vari fattori. Senza uno stack di PCB ben progettato, la qualità e le prestazioni del prodotto finale possono essere fortemente compromesse. Perciò, è importante che i designer lo facciano con attenzione selezionare i materiali PCB appropriati e costruzione per risultati ottimali. Se non hai esperienza nella progettazione di stack di PCB, prendere in considerazione la possibilità di lavorare con uno specialista nella progettazione di circuiti stampati. Il team PCB di Tecnologia MOKO ha una vasta esperienza nella progettazione di stack-up complessi, compresi stack-up multistrato e HDI. Possiamo assistervi nella progettazione di uno stack-up economico e producibile che soddisfi tutti i requisiti elettrici.

Ryan Chan

Ryan è l'ingegnere elettronico senior di MOKO, con più di dieci anni di esperienza in questo settore. Specializzato nella progettazione di layout PCB, progettazione elettronica, e progettazione incorporata, fornisce servizi di progettazione e sviluppo elettronico per clienti in diversi campi, dall'IoT, GUIDATO, all'elettronica di consumo, medico e così via.

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