Cos'è il PCB Multistrato: produzione e progettazione

A differenza dei PCB a strato singolo o doppio strato, i PCB multistrato sono costituiti da tre o fino a 60 strati di rame, separati da materiali isolanti e laminati insieme sotto calore e pressione. Questi strati aggiuntivi consentono progetti di circuiti più complessi e densi, ospitando un numero maggiore di componenti su una scheda più piccola. Questa capacità è fondamentale nell'elettronica moderna, dove i dispositivi stanno diventando sempre più compatti e allo stesso tempo più potenti. L'evoluzione dei PCB multistrato è stata guidata dalla domanda di prodotti elettronici più efficienti, affidabili e miniaturizzati.

Costruzioni multistrato comuni

• 4-6 strati – complessità da bassa a moderata
• 8-10 strati – schede digitali più complesse
• 12-16 strati: RF avanzata ed elaborazione dati
• Oltre 20 strati: interconnessioni estremamente dense
• Oltre 60 strati: tecnologia HDI all'avanguardia

Processo di produzione di PCB multistrato

1. Formazione dello strato interno

La modellazione fotolitografica viene applicata ai laminati rivestiti in rame per definire le tracce del circuito, seguita dall'incisione del rame indesiderato, dall'aggiunta di target di registrazione dello strato e fori per utensili, test elettrici delle tracce e preparazione della superficie per la laminazione.

2. Laminazione degli strati

Strati multipli vengono incollati utilizzando presse per laminazione di fogli, con una disposizione sovrapposta di nuclei, preimpregnati, rame e dielettrici, polimerizzati a temperatura e pressione per formare un laminato solido.

3. Praticare fori

La foratura ad alta precisione crea utensili e fori passanti con una registrazione accurata per ogni strato.

4. Placcatura dei fori

La placcatura in rame per elettrolisi seguita dalla placcatura in rame elettrolitico accumula rame sugli strati interni e sui fori praticati.

5. Elaborazione dello strato esterno

Applicazione di liquido fotoimmaginebile maschera di saldaturastampa dei contrassegni di identificazione, modellatura e incisione dei circuiti dello strato esterno e instradamento del pannello in singoli PCB.

6. Test e garanzia di qualità

Include ispezione ottica automatizzata, test di connettività di rete, impedenza, alta tensione e test funzionali, insieme al controllo di qualità dimensionale.

Considerazioni sulla progettazione di PCB multistrato

Numero di strati:

Decidere il numero di strati è il primo passo nella progettazione di PCB multistrato. Il numero di strati, che può variare da quattro a dieci o più, dipende dalla complessità del progetto, dal numero di componenti e dai requisiti di prestazione elettrica.

Posizionamento dei componenti

Utilizzando il software di layout PCB, i progettisti organizzano i componenti e definiscono le connessioni elettriche. La disposizione dovrebbe ottimizzare l'instradamento del segnale, ridurre al minimo le interferenze e garantire la dissipazione del calore.

Instradamento del segnale

Il routing elettrico implica specificare la larghezza, la spaziatura e l'assegnazione dei livelli delle connessioni, concentrandosi sull'integrità del segnale, riducendo la diafonia e prevenendo la riflessione del segnale.

Considerazioni sull'impilamento dei livelli:

Gli strati dovrebbero essere impilati preferibilmente con numeri pari e tutti gli strati del segnale dovrebbero essere il più vicino possibile al piano di terra. La direzione del cablaggio sullo stesso livello di segnale dovrebbe essere coerente. La scelta del numero di strati dipende anche dal tipo di segnale che devono trasmettere, classificato in alta frequenza, bassa frequenza, terra o potenza​​.

Disposizione dei componenti e dell'interfaccia:

Idealmente, i componenti dovrebbero essere posizionati su un lato e la posizione e l'orientamento dei componenti dell'interfaccia dovrebbero essere organizzati in modo ragionevole. È meglio posizionare insieme i componenti con collegamenti elettrici ravvicinati.

Generazione di file Gerber:

Una volta definito il percorso elettrico, vengono generati file Gerber contenenti informazioni sull'impilamento dei livelli, sui collegamenti elettrici, sul posizionamento dei componenti e altre informazioni di progettazione.

Produzione:

Il produttore utilizza i file Gerber per creare fotomaschere, che vengono poi utilizzate per creare singoli strati PCB. Questi strati vengono laminati per formare il PCB multistrato finale.

Considerazioni sull'integrità del segnale del PCB multistrato

Impilamento dei livelli: pianificare correttamente l'accumulo dei livelli è fondamentale. Gli strati di segnale e di terra devono essere strettamente accoppiati per ridurre al minimo l'impedenza e la riflessione del segnale.

Instradamento delle tracce: le tracce devono essere instradate per evitare diafonia e interferenze elettromagnetiche (EMI). Mantenere i percorsi del segnale brevi e diretti migliora l'integrità del segnale.

Controllo di impedenzaMantenere un'impedenza costante su tutto il PCB previene la distorsione e le riflessioni del segnale.

Condensatori di disaccoppiamento: sono essenziali per gestire l'integrità dell'alimentazione e ridurre al minimo il rumore sugli aerei di potenza.

Via Design: la progettazione e il posizionamento dei via incidono sui percorsi del segnale e devono essere ottimizzati per mantenere l'integrità del segnale.

Considerazioni sui costi del PCB multistrato

Complessità e numero di livelli: più livelli e complessità nella progettazione aumentano i costi di produzione.

Materiali utilizzati: materiali di alta qualità o specializzati possono aumentare il costo complessivo.

Tecniche di produzione: anche le tecniche di produzione avanzate per progetti complessi possono aumentare i costi.

Dimensioni del PCB: i PCB più grandi richiedono più materiali e lavorazioni, aumentandone i costi.

Quantità: cicli di produzione più grandi possono ridurre il costo unitario grazie alle economie di scala.