Applicazioni di PCB a 12 strati: quando scegliere dodici strati

Le applicazioni PCB a 12 strati combinano comunemente un'elevata densità di componenti, interfacce multiple e diverse esigenze di distribuzione dell'alimentazione. Dodici strati possono rappresentare un'opzione utile quando una struttura con un numero inferiore di strati non è in grado di soddisfare i requisiti di instradamento, percorso di ritorno o integrità dell'alimentazione all'interno del contorno della scheda. La scelta finale dipende dal package, dall'architettura via, dai materiali e dai limiti di produzione; dodici strati non eliminano automaticamente la necessità di HDI (High-Defined Interface).

Questa pagina ti aiuta a capire se il tuo progetto appartiene a questo gruppo. Elenca i prodotti che utilizzano comunemente 12 strati, i fattori che spingono a optare per questa soluzione e le domande che determinano il numero di strati. Informazioni su come vengono realizzate queste schede e sui relativi costi sono disponibili nella nostra pagina dedicata alla produzione di PCB a 12 strati.

Prodotti che utilizzano comunemente schede a 12 strati

Il numero di strati dipende dalla densità e dalla velocità del prodotto, non dal settore di appartenenza. Un semplice controller in un dispositivo medico può essere costituito da una scheda a 4 strati, mentre una scheda di rete compatta nello stesso edificio può averne 12. Gli esempi seguenti sono punti di partenza per la valutazione, non requisiti specifici di settore in termini di numero di strati.

Highleap realizza schede per ciascuno di questi mercati, tra cui apparecchiature di comunicazione , dispositivi medici , elettronica automobilistica e sistemi di controllo industriale . I requisiti di fabbricazione sono gli stessi per tutti. Ciò che cambia è lo standard di accettazione e la documentazione richiesta dal cliente finale.

I prodotti di consumo utilizzano circuiti stampati a 12 strati?

Sì. Alcuni prodotti informatici, per videogiochi, per reti e per il mercato di consumo compatto utilizzano 12 strati o più. Smartphone e schede madri sottili possono combinare molti strati con microvias HDI. Il numero di strati e la tecnologia dei vias sono scelte di progettazione separate e nessuna delle due è fissa per categoria di prodotto di consumo.

E per quanto riguarda i settori aerospaziale e della difesa?

Questi prodotti spesso arrivano ad avere 12 strati o più, ma il numero di strati raramente è la parte più difficile. Le difficoltà maggiori riguardano la documentazione, la tracciabilità dei materiali e gli standard di accettazione richiesti dal programma. Se la vostra scheda rientra in questa categoria, comunicateci lo standard che deve soddisfare quando ci inviate i file, perché questo influisce sul preventivo più del numero di strati. Il nostro lavoro per i programmi aerospaziali e di difesa è strutturato in questo modo.

Segnali e connettori che spingono un progetto a 12 livelli

Una scheda passa a 12 strati a causa di specifici problemi di routing, non perché la categoria di prodotto suoni avanzata. Quattro situazioni spiegano la maggior parte dei cambiamenti che osserviamo.

Ciascuno di questi problemi può essere risolto con 8 o 10 strati. È la combinazione di due o più di questi, all'interno di un contorno fisso del circuito stampato, che rende 12 strati la soluzione pratica. Le tecniche di routing ad alta velocità sono trattate nella nostra guida ai PCB ad alta velocità , e i circuiti stampati realizzati per piattaforme server AI mostrano dove porta questa logica con un numero maggiore di strati.

Un'interfaccia più veloce richiede sempre più livelli?

No. Un singolo collegamento veloce su una scheda altrimenti semplice non giustifica 12 strati. Ciò che conta è quanti di questi collegamenti devono essere instradati contemporaneamente e se ciascuno di essi può mantenere un piano di riferimento ininterrotto. Un collegamento da 10 Gbps con un percorso di ritorno pulito è più facile da realizzare rispetto a otto collegamenti da 1 Gbps che attraversano un piano diviso.

Decidere tra 8, 10, 12 e 16 strati

Scegli il numero minimo di strati che fornisca a ogni segnale veloce un piano di riferimento e che permetta comunque il routing del circuito stampato. Gli strati aggiuntivi comportano costi maggiori per ogni scheda che costruisci, quindi l'obiettivo è ottenere la configurazione più semplice possibile che soddisfi i requisiti elettrici, non quella più performante.

Esiste una seconda opzione che spesso viene trascurata. Invece di aggiungere strati, alcuni progetti rimangono a 10 strati passando alla costruzione HDI con microvias , che libera spazio di routing sotto il BGA. Questo permette di bilanciare il costo degli strati con il costo della laminazione sequenziale, e la scelta migliore dipende dal circuito stampato. Se si desiderano dati numerici anziché una regola empirica, è necessario inviare il profilo, i requisiti di package e interfaccia, le possibili configurazioni di stackup e i dati di layout disponibili, in modo da poter valutare le alternative e fornire un preventivo comparabile.

Posso iniziare il layout con 10 livelli e aggiungerne altri in seguito?

È possibile, ma farlo in un secondo momento è costoso. L'aggiunta di strati può modificare la spaziatura dielettrica e le assegnazioni di riferimento anche se lo spessore totale rimane invariato, quindi le geometrie a impedenza controllata e il routing devono essere rivalutati. Se c'è una reale possibilità che il progetto richieda 12 strati, è consigliabile iniziare il layout da lì. Anche la rimozione di strati richiede una verifica dello stackup e dell'integrità del segnale; nessuna di queste modifiche dovrebbe essere considerata una semplice modifica meccanica.

Regole di progettazione che contano una volta che si sceglie di utilizzare 12 livelli

Una volta definito il numero di strati, tre decisioni determinano se la scheda si costruisce correttamente. È importante prenderle prima che il layout sia troppo avanzato, perché modificarle in seguito può risultare dispendioso.

• Mantieni la pila simmetrica. Il rame e la resina dovrebbero essere simmetrici rispetto al centro della scheda. Una sovrapposizione non bilanciata di 12 strati aumenta il rischio di incurvamento e torsione dopo la laminazione, e una scheda incurvata è difficile da assemblare e può cedere sul campo. guida allo stackup mostra disposizioni equilibrate.
• Assegna a ogni segnale veloce un piano di riferimento. Instrada le tracce ad alta velocità su livelli adiacenti a un piano di massa o di alimentazione ininterrotto ed evita di attraversare le interruzioni in tale piano. Questo è più importante a 12 livelli che a 4, perché ci sono maggiori possibilità di commettere errori.
• Dimensionare i fori passanti in base allo spessore del circuito stampato. Un circuito stampato a 12 strati ha solitamente uno spessore di 1.6 mm o superiore, quindi il foro passante più piccolo deve rientrare nel rapporto d'aspetto del produttore. Pianifica le dimensioni del via prima di scegliere il passo BGA.

Le restanti regole di layout sono le stesse di qualsiasi circuito stampato multistrato. La differenza, con dodici strati, è che gli errori si annidano al centro della pila, dove non possono essere corretti. Verificare tempestivamente la conformità del progetto ai limiti di fabbricazione è la forma di assicurazione più economica, ed è proprio a questo che serve la nostra analisi DFM (Design for Manufacturing) .

Devo progettare io stesso il circuito stampato a 12 strati o chiedere al produttore di realizzare la stratificazione?

Richiedete la configurazione degli strati e progettate di conseguenza. Un produttore sa quali spessori di anime e preimpregnati sono disponibili a magazzino e quali costruzioni mantengono l'impedenza senza bisogno di materiali speciali. Progettare in base a una configurazione effettivamente realizzabile evita di dover riprogettare quando la costruzione preventivata differisce da quella del vostro strumento CAD. Inviateci i requisiti degli strati e l'impedenza target e vi proporremo una soluzione.