Panoramica approfondita della costruzione del laminato PCB

I PCB sono la spina dorsale dell'elettronica moderna, poiché forniscono una piattaforma per la connessione e il funzionamento senza problemi di vari componenti. Al centro di ogni PCB si trova una struttura complessa di strati interconnessi, ciascuno con uno scopo specifico nel garantire la funzionalità e l'affidabilità della scheda. Tra gli elementi chiave di una costruzione laminata PCB, i diagrammi di stack svolgono un ruolo fondamentale nel definire la costruzione della scheda. e proprietà elettriche. Comprendere la struttura del laminato PCB è essenziale per i progettisti e i produttori di PCB per creare circuiti stampati efficienti e di alta qualità.

L'essenza di un circuito stampato (PCB) risiede nella sua struttura intricata che coinvolge diversi strati interconnessi da materiali prepreg e core.

Il prepreg, spesso indicato come fogli impregnati di resina di stadio B, è un materiale parzialmente polimerizzato composto da resina imbevuta in film sottili. Serve a duplici scopi nelle applicazioni multistrato. Produzione di PCBAgisce come adesivo per unire i circuiti conduttivi interni e fornisce isolamento tra gli strati. Durante la laminazione, la resina epossidica di Prepreg si fonde, fluisce e si solidifica, unendo efficacemente gli strati del circuito e formando una barriera isolante affidabile tra di essi.

Il materiale del nucleo, d'altro canto, costituisce l'elemento fondamentale di un PCB: una scheda rigida con uno spessore specifico e un foglio di rame laminato su entrambi i lati. Un tipico PCB multistrato viene fabbricato attraverso la laminazione di strati alternati di core e preimpregnati. Gli strati Prepreg, che formano quelli che chiamiamo strati “wet-out” o di impregnazione, possono unire insieme più strati centrali e, nonostante abbiano uno spessore iniziale, subiscono un certo restringimento durante il processo di pressatura.

Tipicamente, i due strati dielettrici più esterni di un PCB multistrato sono strati di impregnazione, coperti da strati di lamina di rame separati che fungono da piani conduttivi esterni. Le specifiche dello spessore grezzo per i fogli di rame esterni ed interni comunemente sono disponibili nelle varietà 0.5 OZ, 1 OZ e 2 OZ (dove 1 OZ corrisponde a circa 35 um o 1.4 mil). Dopo la lavorazione, lo strato esterno della lamina di rame aumenta tipicamente di spessore di circa 1 OZ, mentre lo spessore finale della lamina di rame interna rimane vicino al valore originale ma potrebbe ridursi leggermente a causa dell'incisione.

Lo strato più esterno di un PCB multistrato è costituito da maschera di saldatura, colloquialmente noto come "olio verde", sebbene possa anche essere giallo o di altri colori. Lo spessore della maschera di saldatura non è facilmente determinabile con precisione, essendo più spesso nelle aree senza rame rispetto a quelle con rame, tuttavia la sporgenza del rame è comunque percepibile a un'ispezione tattile della superficie del PCB.

Parametri e materiali PCB

Esistono differenze nei parametri PCB tra i diversi produttori, rendendo necessaria la comunicazione con gli ingegneri della fabbrica PCB per ottenere i loro dati specifici, concentrandosi principalmente sulla costante dielettrica e sullo spessore della maschera di saldatura, che può variare da un produttore all'altro.

Lamina di rame dello strato esterno Gli spessori disponibili della lamina di rame dello strato esterno includono 12um, 18um e 35um. Dopo la lavorazione, questi generalmente danno come risultato spessori finali di circa 44um, 50um e 67um, approssimativamente equivalenti rispettivamente a pesi di rame di 1 OZ, 1.5 OZ e 2 OZ. Si noti che quando si utilizza il software di calcolo dell'impedenza per il controllo, non è disponibile alcuna opzione per uno spessore di rame di 0.5 OZ per gli strati esterni.

Materiale fondamentale Il materiale centrale comunemente utilizzato è S1141A, che è un materiale FR-4 standard, rivestito in rame su entrambi i lati, con specifiche selezionabili che possono essere confermate direttamente con il produttore.

prepreg I preimpregnati sono disponibili in varie specifiche di spessore originale come 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) e 3313 (0.095 mm/4 mil). Durante la compressione effettiva, lo spessore solitamente diminuisce di circa 10-15 um (0.5-1 mil), quindi lo spessore minimo dello strato dielettrico in un progetto stackup non deve essere inferiore a 3 mil. Un singolo strato di impregnazione può utilizzare fino a tre Preimpregnati, dove nessuno dei tre può avere spessori identici; è possibile utilizzare almeno un Preimpregnato, sebbene alcuni produttori ne richiedano almeno due. Se lo spessore del Prepreg è insufficiente, il foglio di rame su entrambi i lati del nucleo può essere rimosso mediante attacco chimico e poi riattaccato con Prepreg, ottenendo uno strato di impregnazione più spesso. La costante dielettrica dei preimpregnati varia con il loro spessore e la tabella seguente elenca gli spessori dei diversi modelli e le corrispondenti costanti dielettriche:

La costante dielettrica di un pannello laminato dipende dal materiale in resina utilizzato; Le schede FR4 presentano tipicamente un intervallo di costante dielettrica compreso tra 4.2 e 4.7, che diminuisce con l'aumentare della frequenza.

Strato di Soldermask Lo spessore dello strato di maschera di saldatura sopra il foglio di rame, indicato come C2, è di circa 8-10 um. Lo spessore della maschera di saldatura nelle aree senza rame, C1, varia in base allo spessore del rame superficiale, essendo circa 13-15um per rame spesso 45um e circa 17-18um per rame spesso 70um. Quando si calcola con SI9000, è sufficiente un valore di spessore della maschera saldante di 0.5 OZ.

Sezione trasversale del conduttore A causa dell'incisione, la sezione trasversale dei conduttori non è rettangolare ma piuttosto trapezoidale. Ad esempio, nello strato TOP, quando lo spessore della lamina di rame è 1 OZ, la base superiore del trapezio è circa 1 MIL più corta della base inferiore. Pertanto, se la larghezza della linea progettata è W=5MIL, la larghezza superiore sarà di circa 4MIL e quella inferiore 5MIL. La differenza tra le basi superiore e inferiore è legata allo spessore del rame, come mostrato nella tabella seguente in diverse condizioni:

Calcoli di impedenza I calcoli tipici dell'impedenza utilizzano i seguenti modelli:

• Modello linea microstrip
• Modello stripline

Nel modello a microstriscia esistono altre configurazioni, compreso un modello inutilizzato senza rivestimento. Le costanti dielettriche Er1 ed Er2 nel modello illustrato dipendono dallo specifico modello di preimpregnato utilizzato; i modelli chiave sono elencati in precedenza e i parametri dettagliati devono essere ottenuti direttamente dal produttore del PCB.

Quando il progetto passa dalla fase di ricerca a quella di richiesta di offerta (RFQ), rivedere Selezione del laminato per PCB and Assemblaggio BGA a passo fine in modo che i requisiti relativi a materiali, processi e ispezioni rimangano allineati.

Nel complesso, comprendere la complessa struttura e i materiali di un circuito stampato (PCB) è fondamentale per la progettazione e la produzione di dispositivi elettronici di alta qualità. I ​​materiali preimpregnati e i materiali di base svolgono un ruolo essenziale nel legare gli strati e nel fornire isolamento, mentre le lamine di rame e le maschere di saldatura contribuiscono alla conduttività e alla protezione del PCB.

Le differenze nei parametri e nei materiali dei PCB tra i produttori evidenziano l'importanza della comunicazione e dell'ottenimento di dati specifici per ciascun progetto. I diagrammi stack-up fungono da strumenti inestimabili, fornendo un modello della costruzione e delle proprietà elettriche del PCB.

Comprendendo gli elementi chiave dei diagrammi di stack-up, i progettisti possono garantire l'integrità e l'affidabilità dei loro progetti PCB, portando in definitiva a dispositivi elettronici con prestazioni migliori e più robusti.