Le persone si aspettano che i prodotti elettronici siano ricchi di funzioni, ma richiedono anche che siano piccoli e portatili, il che pone nuove sfide ai progettisti di circuiti stampati. Per raggiungere questo obiettivo, i progettisti si rivolgono a PCB multistrato, che offrono maggiore spazio per più segnali e circuiti elettronici per consentire una maggiore funzionalità. Tuttavia, il successo Progettazione PCB si basa su un'attenta valutazione dello stackup del PCB. Questo componente fondamentale influisce direttamente sulle prestazioni, l'affidabilità, i costi e la producibilità del circuito stampato. In questo articolo troverete indicazioni sulla progettazione dello stackup del PCB, incluse regole, suggerimenti ed esempi per aiutarvi a completare al meglio la vostra progettazione.
Che cos'è l'impilamento PCB?
Lo stackup del PCB si riferisce alla disposizione degli strati di rame e isolanti che costituiscono un circuito stampato. Un tipico stackup del PCB consiste nell'alternanza di strati di rame e materiale isolante, come strati di preimpregnato e strati di nucleo. 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 determina le proprietà elettriche della scheda, tra cui l'integrità del segnale, la distribuzione dell'alimentazione e compatibilità elettromagnetica (EMC)Influisce anche sulle proprietà meccaniche e termiche della scheda. Il numero di strati utilizzati in un PCB può essere flessibile ed è determinato dalla complessità del circuito e dai prerequisiti di progettazione specifici.
Uno stackup PCB a due strati è il più semplice e comune, ma i progetti ad alta densità possono richiedere quattro o più strati per ospitare i componenti e il routing necessari. I progettisti devono considerare attentamente lo stackup PCB durante il processo di progettazione per garantire che la scheda soddisfi i requisiti elettrici e meccanici necessari e sia anche economicamente conveniente da produrre. Una corretta progettazione dello stackup può contribuire a ridurre al minimo la perdita di segnale, le interferenze elettromagnetiche e fornire una rete di distribuzione dell'alimentazione stabile, con conseguente creazione di un circuito stampato più affidabile e ad alte prestazioni.
Regole e suggerimenti per la progettazione dello stackup PCB
Per gestire un buon stackup è necessario seguire centinaia di regole e criteri, ma alcuni dei più importanti sono:
- Le schede con piano di terra sono l'opzione preferita poiché consentono l'instradamento del segnale in configurazioni microstrip o stripline, con conseguente riduzione dell'impedenza di terra e dei livelli di rumore di terra.
- Per impedire la radiazione dei segnali ad alta velocità, è importante instradarli su strati intermedi tra livelli diversi, utilizzando i piani di massa come schermi.
- Gli strati del segnale devono essere posizionati il più vicino possibile l'uno all'altro, anche se si trovano su piani adiacenti, e sempre accanto a un piano.
- La presenza di più piani di massa è vantaggiosa in quanto riduce l'impedenza di terra della scheda e riduce le radiazioni.
- È fondamentale che vi sia un forte accoppiamento tra i piani di alimentazione e di massa.
- Dal punto di vista meccanico è consigliabile realizzare una sezione trasversale per evitare deformazioni.
- Se i livelli del segnale sono prossimi ai livelli del piano, sia di terra che di alimentazione, la corrente di ritorno può fluire attraverso il piano adiacente, il che aiuta a ridurre l'induttanza del percorso di ritorno.
- Per migliorare le prestazioni in termini di rumore ed EMI, un modo fattibile è quello di ridurre lo spessore dell'isolamento tra uno strato di segnale e il piano adiacente.
- Quando si scelgono i materiali in base alle loro proprietà elettriche, meccaniche e 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.
- Per progettare lo stackup è necessario utilizzare un software di alta qualità, 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 un PCB sono rame, isolamento e piano di massa. Le opzioni di materiale e lo spessore di ciascuno di essi giocano un ruolo fondamentale nel determinarne le caratteristiche prestazionali.
- Strati di rame
Esistono diversi tipi di rame disponibili, ognuno con una propria temperatura di fusione, conduttività elettrica e velocità di dilatazione termica. La scelta del rame si basa in genere sui requisiti di progettazione. È importante notare che strati di rame più spessi migliorano la robustezza complessiva del progetto, ma aumentano anche il costo della scheda.
- Strati isolanti
FR-4 I materiali isolanti più comunemente utilizzati nei PCB sono quelli con rivestimento epossidico, vetro-epossidico e parilene. La scelta del materiale isolante più appropriato dipende dall'ambiente di applicazione. Per migliorare la schermatura EMI e la durata della scheda, è consigliabile utilizzare uno strato isolante il più spesso possibile. Tuttavia, uno strato isolante troppo spesso potrebbe influire sulla qualità di tracce e via.
- Strati del piano di terra
Rame e nichel sono i materiali più utilizzati per il piano di massa. La selezione dei materiali per il piano di massa si basa sui requisiti di progettazione e sul tipo di maschera di saldatura. Lo spessore consigliato per il piano di massa è compreso tra 0.1 mm e 0.25 mm. Sebbene un piano di massa più spesso offra prestazioni migliori, comporta anche un aumento delle dimensioni della scheda.
Esempi di progettazione di stackup PCB
Stackup PCB a 4 strati
Una configurazione PCB standard a 4 strati presenta in genere uno spesso strato centrale, circondato da due strati preimpregnati più sottili, con gli strati superficiali utilizzati principalmente per i segnali e il montaggio dei componenti. Gli strati interni sono spesso dedicati alle reti di alimentazione e di massa. I fori passanti (through-hole) sono comunemente utilizzati per realizzare le connessioni tra gli strati. Una maschera di saldatura con piazzole esposte viene applicata agli strati esterni per consentire il montaggio di componenti SMD e through-hole.
Stackup PCB a 6 strati
Il design di un PCB a 6 strati è paragonabile a quello di un PCB a 4 strati, ma presenta due strati di segnale aggiuntivi posizionati tra i piani, ottenendo così due strati interrati ideali per segnali ad alta velocità e due strati superficiali adatti al routing di segnali a bassa velocità. Posizionando gli strati di segnale vicino ai piani adiacenti e utilizzando un nucleo centrale più spesso per ottenere lo spessore desiderato (ad esempio, 62 MIL) si possono migliorare notevolmente le prestazioni EMI.
Stackup PCB a 8 strati
Per una configurazione a 8 strati di PCB, il progetto dovrebbe includere almeno tre piani di alimentazione/massa per aumentare la compatibilità elettromagnetica (EMC) e ridurre al minimo i problemi legati alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Ingegneri e progettisti di PCB in genere considerano i requisiti del circuito quando progettano la configurazione a XNUMX strati.
Conclusione
La progettazione dello stack-up del PCB è un aspetto cruciale sia per gli ingegneri elettronici che per i progettisti. Per produrre componenti elettronici di alta qualità, è necessario tenere conto di diversi fattori. Senza uno stack-up del PCB ben progettato, la qualità e le prestazioni del prodotto finale potrebbero essere notevolmente compromesse. Pertanto, è importante che i progettisti prendano attentamente in considerazione... selezionare i materiali PCB appropriati e costruzione per risultati ottimali. Se non hai esperienza nella progettazione di stack di PCB, valuta la possibilità di collaborare con uno specialista di progettazione PCB. Il team di PCB di Tecnologia MOKO vanta una vasta esperienza nella progettazione di stack-up complessi, inclusi stack-up multistrato e HDI. Possiamo assistervi nella progettazione di uno stack-up economico e producibile che soddisfi tutti i requisiti elettrici.
