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, a menudo denominado láminas impregnadas de resina en etapa B, es un material parcialmente curado compuesto de resina impregnada en películas delgadas. Cumple una doble función en la fabricación de láminas multicapa. Fabricación de PCBActúa como adhesivo para unir los patrones conductores internos y proporciona aislamiento entre capas. Durante la laminación, la resina epoxi de Prepreg se funde, fluye y solidifica, fusionando eficazmente las capas del circuito y formando una barrera aislante fiable entre ellas.

El material del núcleo, por otro lado, constituye el elemento fundamental de una PCB: una placa rígida con un espesor específico y una 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 preimpregnadas, que forman lo que llamamos capas “wet-out” o de impregnación, pueden unir múltiples capas centrales y, a pesar de tener un espesor inicial, experimentan cierta contracción durante el proceso de prensado.

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 PCB multicapa consta de: máscara para soldar, conocido coloquialmente como “aceite verde”, aunque también puede ser amarillo u de otros colores. El grosor de la máscara de soldadura no se determina con precisión fácilmente, siendo más gruesa en las zonas sin cobre que en las que sí lo tienen; sin embargo, la protuberancia del cobre aún se percibe al tacto en la superficie de la placa de circuito impreso.

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 de capa exterior Los espesores de lámina de cobre de la capa exterior disponibles incluyen 12 um, 18 um y 35 um. Después del procesamiento, estos generalmente dan como resultado espesores finales de aproximadamente 44 um, 50 um y 67 um, aproximadamente equivalentes a pesos de cobre de 1 OZ, 1.5 OZ y 2 OZ, respectivamente. Tenga en cuenta que cuando se utiliza el software de cálculo de impedancia para el control, no hay opción para un espesor de cobre de 0.5 OZ para las capas exteriores.

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

Preimpregnado Los preimpregnados vienen en varias especificaciones de espesor originales, 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). Tras la compresión real, el espesor generalmente disminuye alrededor de 10 a 15 um (0.5 a 1 mil), por lo tanto, el espesor mínimo de la capa dieléctrica en un diseño apilado no debe ser inferior a 3 mil. Una sola capa de impregnación puede utilizar hasta tres Prepregs, donde ninguno de los tres puede tener espesores idénticos; Se puede utilizar al menos un Prepreg, aunque algunos fabricantes exigen un mínimo de dos. Si el espesor del Prepreg es insuficiente, la lámina de cobre en ambos lados del núcleo se puede eliminar y luego volver a unir con Prepregs, logrando una capa de impregnación más gruesa. La constante dieléctrica de los Prepregs varía con su espesor, y la siguiente tabla enumera los espesores de los diferentes modelos y sus correspondientes constantes dieléctricas:

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 a 10 µm. El espesor de la máscara de soldadura en áreas sin cobre, C1, varía según el espesor del cobre de la superficie, siendo alrededor de 13-15 um para cobre de 45 um de espesor y alrededor de 17-18 um para cobre de 70 um de espesor. Al calcular 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 1OZ, la base superior del trapezoide es aproximadamente 1MIL más corta que la base inferior. Por lo tanto, si el ancho de línea diseñado es W=5MIL, el ancho superior sería aproximadamente 4MIL y el ancho inferior 5MIL. La diferencia entre las bases superior e inferior está relacionada con el espesor del cobre, como se muestra en la siguiente tabla en 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 pasa de la investigación a una RFQ, revise Selección de laminados para PCB y ensamblaje BGA de paso fino De esta forma, los requisitos de material, proceso e inspección se mantienen 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.