Descripción detallada de la construcción laminada de PCB

Los PCB son la columna vertebral de la electrónica moderna y proporcionan una plataforma para que varios componentes se conecten y funcionen sin problemas. En el núcleo de cada PCB se encuentra una estructura compleja de capas interconectadas, cada una de las cuales tiene un propósito específico para garantizar la funcionalidad y confiabilidad de la placa. Entre los elementos clave de una construcción laminada de PCB, los diagramas de apilamiento desempeñan un papel fundamental en la definición de la construcción de la placa. y propiedades eléctricas. Comprender estas construcciones laminadas de PCB es esencial para que los diseñadores y fabricantes de PCB creen placas de circuito eficientes y de alta calidad.

La esencia de una placa de circuito impreso (PCB) radica en su intrincada estructura que involucra varias capas interconectadas por materiales preimpregnados y centrales.

El preimpregnado, también conocido como láminas impregnadas de resina en etapa B, es un material parcialmente curado compuesto por resina impregnada en películas delgadas. Cumple una doble función en la fabricación de PCB multicapa : actúa como adhesivo para unir los patrones conductores internos y proporciona aislamiento entre capas. Durante la laminación, la resina epoxi del preimpregnado se funde, fluye y solidifica, fusionando eficazmente las capas del circuito y formando una barrera aislante fiable entre ellas.

Por otro lado, el material del núcleo constituye el elemento fundamental de una PCB: una placa rígida con un espesor específico y lámina de cobre laminada en ambos lados. Una PCB multicapa típica se fabrica mediante la laminación de capas alternas de núcleo y preimpregnados. Las capas de preimpregnado, que forman lo que denominamos capas de impregnación, pueden unir varias capas de núcleo y, a pesar de tener un espesor inicial, experimentan cierta contracción durante el proceso de prensado. Para una construcción de baja pérdida, se debe especificar la fabricación de la placa con cobre HVLP junto con las capas dieléctricas, ya que la rugosidad del conductor también afecta al modelo de canal.

Normalmente, las dos capas dieléctricas más externas de una PCB multicapa son capas de impregnación, cubiertas por capas separadas de láminas de cobre que sirven como planos conductores externos. Las especificaciones de espesor bruto para las láminas de cobre exteriores e interiores suelen venir en variedades de 0.5 OZ, 1 OZ y 2 OZ (siendo 1 OZ aproximadamente 35 um o 1.4 mil). Después del procesamiento, la capa exterior de lámina de cobre generalmente aumenta su grosor en casi 1 oz, mientras que el grosor final de la lámina de cobre interior permanece cerca del valor original, pero puede reducirse ligeramente debido al grabado.

La capa más externa de una placa de circuito impreso multicapa está formada por la máscara de soldadura , conocida coloquialmente como "aceite verde", aunque también puede ser amarilla o de otros colores. El grosor de la máscara de soldadura no se puede determinar con precisión, ya que es más gruesa en las zonas sin cobre que en las que sí lo tienen; sin embargo, la protuberancia del cobre sigue siendo perceptible al tacto sobre la superficie de la placa.

Parámetros y materiales de PCB

Existen diferencias en los parámetros de PCB entre los diferentes fabricantes, lo que requiere comunicación con los ingenieros de la fábrica de PCB para obtener sus datos específicos, centrándose principalmente en la constante dieléctrica y el espesor de la máscara de soldadura, que pueden variar de un fabricante a otro.

Lámina de cobre para capa exterior. Los espesores disponibles para la lámina de cobre de capa exterior son de 12 µm, 18 µm y 35 µm. Tras el procesamiento, generalmente se obtienen espesores finales de aproximadamente 44 µm, 50 µm y 67 µm, que equivalen aproximadamente a 1 oz, 1.5 oz y 2 oz de cobre, respectivamente. Tenga en cuenta que, al utilizar software de cálculo de impedancia para el control, no existe la opción de un espesor de cobre de 0.5 oz para las capas exteriores.

Material del núcleo El material del núcleo más utilizado es el S1141A, que es un material FR-4 estándar, revestido de cobre por ambas caras, con especificaciones seleccionables que se pueden confirmar directamente con el fabricante.

Los preimpregnados vienen en varias especificaciones de espesor original como 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) y 3313 (0.095 mm/4 mil). Al comprimirse, el espesor suele disminuir entre 10 y 15 µm (0.5-1 mil), por lo que el espesor mínimo de la capa dieléctrica en un diseño de apilamiento no debe ser inferior a 3 mil. Una sola capa de impregnación puede usar hasta tres preimpregnados, sin que ninguno de los tres tenga el mismo espesor; se puede usar al menos un preimpregnado, aunque algunos fabricantes requieren un mínimo de dos. Si el espesor del preimpregnado es insuficiente, la lámina de cobre en ambos lados del núcleo se puede grabar y luego volver a unir con preimpregnados, logrando una capa de impregnación más gruesa. La constante dieléctrica de los preimpregnados varía con su espesor, y la siguiente tabla enumera los diferentes espesores de los modelos y sus constantes dieléctricas correspondientes:

La constante dieléctrica de un tablero laminado depende del material de resina utilizado; Las placas FR4 suelen exhibir un rango de constante dieléctrica de 4.2 a 4.7, que disminuye al aumentar la frecuencia.

Capa de máscara de soldadura. El espesor de la capa de máscara de soldadura sobre la lámina de cobre, denominada C2, es de aproximadamente 8-10 µm. El espesor de la máscara de soldadura en las áreas sin cobre, C1, varía según el espesor de la superficie de cobre, siendo de alrededor de 13-15 µm para un cobre de 45 µm de espesor y de alrededor de 17-18 µm para un cobre de 70 µm de espesor. Al realizar los cálculos con SI9000, un valor de espesor de máscara de soldadura de 0.5 oz es suficiente.

Sección transversal del conductor. Debido al grabado, la sección transversal de los conductores no es rectangular, sino trapezoidal. Por ejemplo, en la capa superior, cuando el espesor de la lámina de cobre es de 1 oz, la base superior del trapecio es aproximadamente 1 milésima de pulgada más corta que la base inferior. Por lo tanto, si el ancho de línea diseñado es W = 5 milésimas de pulgada, el ancho superior sería aproximadamente de 4 milésimas de pulgada y el inferior de 5 milésimas de pulgada. La diferencia entre las bases superior e inferior está relacionada con el espesor del cobre, como se muestra en la tabla a continuación bajo diferentes condiciones:

Cálculos de impedancia Los cálculos de impedancia típicos emplean los siguientes modelos:

• Modelo de línea Microstrip
• Modelo de línea de franjas

En el modelo microstrip existen otras configuraciones, incluido un modelo sin uso y sin recubrimiento. Las constantes dieléctricas Er1 y Er2 en el modelo ilustrado dependen del modelo de preimpregnado específico utilizado; Los modelos clave se enumeran anteriormente y los parámetros detallados deben obtenerse directamente del fabricante de PCB.

Cuando el proyecto pase de la fase de investigación a la de solicitud de presupuesto (RFQ), revise la selección del laminado de PCB y el ensamblaje BGA de paso fino para que los requisitos de material, proceso e inspección se mantengan alineados.

En definitiva, comprender la compleja estructura y los materiales de una placa de circuito impreso (PCB) es fundamental para el diseño y la fabricación de dispositivos electrónicos de alta calidad. Los materiales preimpregnados y del núcleo desempeñan un papel esencial en la unión de las capas y el aislamiento, mientras que las láminas de cobre y las máscaras de soldadura contribuyen a la conductividad y la protección de la PCB.

Las diferencias en los parámetros y materiales de PCB entre fabricantes resaltan la importancia de la comunicación y la obtención de datos específicos para cada proyecto. Los diagramas de apilamiento sirven como herramientas invaluables, ya que proporcionan un modelo de la construcción y las propiedades eléctricas de la PCB.

Al comprender los elementos clave de los diagramas de apilamiento, los diseñadores pueden garantizar la integridad y confiabilidad de sus diseños de PCB, lo que en última instancia conduce a dispositivos electrónicos más robustos y con mejor rendimiento.