Tutorial pcb a doppio strato

I circuiti stampati a doppia faccia sono lo standard per la maggior parte dell'elettronica moderna, offrendo un equilibrio tra complessità e costo. Questo tutorial sul PCB a doppio strato copre l'intero ciclo di vita, dalla definizione iniziale alla convalida finale della produzione. A differenza delle schede più semplici, i progetti a doppio strato richiedono un allineamento preciso tra gli strati di rame superiore e inferiore utilizzando fori passanti placcati (vias). APTPCB (APTPCB PCB Factory) è specializzata nella fabbricazione di queste schede con alta precisione per garantire che il vostro progetto funzioni esattamente come previsto.

Punti chiave

Definizione: Un PCB a doppio strato ha rame conduttivo su entrambi i lati del substrato, collegato tramite vias.
Connettività: I vias sono il componente critico che distingue queste schede dalle opzioni a strato singolo.
Flusso di progettazione: Il processo si sposta dalla cattura dello schema al layout, al routing e alla generazione dei file.
Validazione: I controlli delle regole di progettazione (DRC) e la progettazione per la produzione (DFM) sono obbligatori prima della produzione.
Fattore costo: Sono leggermente più costosi delle schede a strato singolo ma significativamente più economici degli stack multistrato.
Errore comune: Trascurare il rapporto d'aspetto dei vias può portare a guasti di produzione.
Output: Il passaggio finale è la generazione dei file Gerber e dei dati di foratura per il produttore.

Cosa significa realmente il tutorial sul PCB a doppio strato (ambito e limiti)

Comprendere la definizione fondamentale è il primo passo prima di immergersi in metriche complesse. Un PCB a doppio strato è costituito da un substrato non conduttivo (solitamente FR4) inserito tra due strati di rame. Mentre le basi dei PCB a strato singolo si concentrano sull'instradamento di tutto su una singola superficie senza incrociare le tracce, i progetti a doppio strato consentono alle tracce di incrociarsi saltando sul lato opposto tramite i via.

L'ambito di questo tutorial include la struttura fisica e il processo di progettazione digitale. Tratta come gestire lo strato superiore (lato componenti) e lo strato inferiore (lato saldatura). Affronta anche il ruolo critico dello "stackup", che definisce lo spessore del materiale del nucleo e il peso del rame. Padroneggiare questo tutorial consente agli ingegneri di progettare circuiti più densi che si adattano a contenitori più piccoli.

Metriche importanti (come valutare la qualità)

Una volta definito l'ambito, è necessario quantificare la qualità e la producibilità della scheda. Le seguenti metriche determinano se un progetto è fattibile per i processi di produzione standard.

Metrica	Perché è importante	Intervallo tipico o fattori influenzanti	Come misurare
Larghezza / Spaziatura Tracce	Previene i cortocircuiti e garantisce la capacità di corrente.	Da 4mil a 6mil per lo standard; più largo per l'alimentazione.	Controllo delle Regole di Progettazione CAD (DRC).
Rapporto d'aspetto del via	Garantisce che la soluzione di placcatura possa fluire attraverso il foro durante la produzione.	Da 1:8 a 1:10 (Diametro del foro : Spessore della scheda).	Dividere lo spessore della scheda per il diametro del trapano.
Peso del rame	Determina la capacità di trasporto della corrente e la gestione termica.	1oz (35µm) è standard; 2oz+ per l'alimentazione.	Specificato nella documentazione dello stackup.
Anello anulare	Garantisce che la punta del trapano colpisca il centro del pad senza interrompere la connessione.	Minimo da 4mil a 6mil a seconda della classe.	Misurare dal bordo del foro al bordo del pad.
Controllo dell'impedenza	Critico per i segnali ad alta velocità per prevenire la perdita di dati.	Tolleranza ±10% (es. 50Ω o 90Ω).	Simulazione TDR (Time Domain Reflectometry).
Incurvamento e torsione	Influisce sull'assemblaggio, specialmente per i componenti a montaggio superficiale.	< 0,75% per SMT; < 1,5% per through-hole.	Posizionare su una superficie piana e misurare l'altezza del divario.

Guida alla selezione per scenario (compromessi)

Le metriche forniscono i dati, ma il contesto dell'applicazione detta quali numeri dovresti scegliere. Scenari diversi richiedono di dare priorità ad attributi specifici rispetto ad altri.

1. Prototipazione rapida

Priorità: Velocità e basso costo.
Compromesso: Utilizzare specifiche standard (es. traccia da 6mil, via da 0,3mm) per evitare costi di ingegneria personalizzata.
Raccomandazione: Attenersi al materiale FR4 TG130 standard.

2. Unità di alimentazione (PSU)

Priorità: Gestione della corrente e dissipazione del calore.
Compromesso: Costo più elevato per rame pesante (2oz o 3oz).
Raccomandazione: Aumentare significativamente la larghezza delle tracce e utilizzare via termiche.

3. Elettronica di Consumo (IoT)

Priorità: Dimensioni e integrità del segnale.
Compromesso: Tolleranze più strette aumentano la difficoltà di produzione.
Raccomandazione: Utilizzare via più piccole e un'attenta corrispondenza di impedenza per le antenne.

4. Controllori Industriali

Priorità: Durata e immunità al rumore.
Compromesso: Robustezza rispetto alla miniaturizzazione.
Raccomandazione: Utilizzare spaziature più ampie per prevenire l'arco elettrico e materiali ad alto TG per la resistenza alla temperatura.

5. Applicazioni Automotive

Priorità: Affidabilità sotto vibrazioni e cicli termici.
Compromesso: Test di validazione rigorosi aumentano i tempi di consegna.
Raccomandazione: Richiedere la produzione secondo lo standard IPC Classe 3.

6. Alta Frequenza / RF

Priorità: Purezza del segnale.
Compromesso: Materiali del substrato costosi (come Rogers o Teflon).
Raccomandazione: Controllare rigorosamente la costante dielettrica; l'FR4 standard può variare troppo.

Dal design alla produzione (punti di controllo dell'implementazione)

Dopo aver selezionato lo scenario giusto, è necessario eseguire la fase di progettazione in modo metodico. Questa sezione del tutorial sul PCB a doppio strato delinea i punti di controllo specifici per passare dal concetto a una scheda fisica.

1. Acquisizione dello Schema

Raccomandazione: Assicurarsi che ogni pin sia collegato logicamente.
Rischio: Reti non collegate comportano tracce mancanti.
Accettazione: Eseguire un controllo delle regole elettriche (ERC) nel software CAD.

2. Posizionamento dei Componenti

Raccomandazione: Raggruppare i componenti correlati per minimizzare la lunghezza delle tracce.
Rischio: Il posizionamento sparso aumenta il rumore e la difficoltà di instradamento.
Accettazione: Ispezione visiva delle linee "ratsnest" per minimizzare gli incroci.

3. Denominazione degli Strati dello Stack PCB

Raccomandazione: Usare convenzioni standard (Top, Bottom, Silk_Top, Mask_Top).
Rischio: Il produttore confonde il lato saldabile con il lato dei componenti.
Accettazione: Verificare che i nomi degli strati corrispondano ai requisiti del fabbricante.

4. Instradamento e Vias

Raccomandazione: Instradare prima l'alimentazione e la massa, poi i segnali critici.
Rischio: Esaurimento dello spazio per i piani di alimentazione.
Accettazione: Stato di instradamento al 100% negli strumenti CAD.

5. Riempimento di Rame (Piano di Massa)

Raccomandazione: Riempire gli spazi vuoti su entrambi gli strati con rame di massa.
Rischio: Le "isole" di rame non connesso possono agire come antenne.
Accettazione: Verificare che tutti i riempimenti siano collegati alla rete di massa.

6. Pulizia della Serigrafia

Raccomandazione: Spostare il testo lontano da pad e vias.
Rischio: L'inchiostro sui pad impedisce la saldatura.
Accettazione: Controllo visivo che nessun testo si sovrapponga alle aree saldabili.

7. Tutorial sui File di Foratura (Generazione)

Raccomandazione: Esportare i file NC Drill in formato Excellon.
Rischio: Coordinate non corrispondenti tra i fori di foratura e i pad di rame.
Accettazione: Caricare i file di foratura e i Gerber in un visualizzatore per controllare l'allineamento.

8. Controllo delle Regole di Progettazione (DRC)

Raccomandazione: Impostare le regole in base alle capacità del produttore (ad esempio, le regole standard di APTPCB).
Rischio: Fallimento della produzione a causa di tracce troppo vicine.
Accettazione: Zero errori nel rapporto DRC finale.

9. Esportazione Gerber

Raccomandazione: Esportare nel formato RS-274X che include le definizioni delle aperture.
Rischio: Strati mancanti o forme non definite.
Accettazione: Utilizzare un Visualizzatore Gerber per ispezionare ogni strato.

10. Revisione DFM

Raccomandazione: Inviare i file per un controllo di pre-produzione.
Rischio: Problemi nascosti come trappole acide o schegge.
Accettazione: Rapporto di approvazione dall'ingegnere CAM.

Errori comuni (e l'approccio corretto)

Anche con una checklist, i progettisti spesso cadono in trappole specifiche durante la fase di implementazione. Evitare questi errori fa risparmiare tempo e riduce gli scarti.

Componenti specchiati in modo errato:
- Errore: Posizionare i componenti sullo strato inferiore senza specchiare l'impronta.
- Correzione: Utilizzare sempre il comando "Capovolgi" o "Specchia" nel CAD quando si spostano le parti sul lato inferiore.
Ignorare le trappole acide:
- Errore: Instradare le tracce con angoli acuti (meno di 90 gradi).
- Correzione: Utilizzare angoli di 45 gradi per evitare che l'acido si accumuli durante l'incisione.
Spazio insufficiente dal bordo:

Errore: Posizionare il rame troppo vicino al bordo della scheda.
Correzione: Mantenere il rame ad almeno 0,3 mm (12mil) di distanza dal bordo per prevenire danni da taglio.

Diga di maschera di saldatura mancante (Missing Solder Mask Dams):

Errore: Posizionare i pad così vicini che la maschera tra di essi è troppo sottile per essere stampata.
Correzione: Assicurare uno spazio sufficiente per una "diga" per prevenire il cortocircuito da saldatura.

Simboli di foratura ambigui:

Errore: Utilizzare lo stesso simbolo per diverse dimensioni di fori nella documentazione.
Correzione: Generare una tabella di foratura chiara con simboli unici per ogni dimensione dell'utensile.

Eccessiva dipendenza dagli autorouter:

Errore: Affidarsi al software per instradare percorsi critici di alimentazione o segnale.
Correzione: Instradare manualmente le linee sensibili; utilizzare gli autorouter solo per connessioni non critiche.

Trascurare i rilievi termici:

Errore: Collegare i pad direttamente a grandi piani di rame.
Correzione: Utilizzare raggi di scarico termico (thermal relief spokes) per facilitare la saldatura.

Scalatura file errata:

Errore: Esportare i Gerbers con una scala diversa da 1:1.
Correzione: Verificare sempre che le impostazioni di esportazione siano impostate su scala 1:1.

FAQ

D: Qual è lo spessore standard per un PCB a doppio strato? R: Lo standard industriale è 1,6 mm (0,062 pollici), ma spessori che vanno da 0,4 mm a 3,2 mm sono comuni a seconda dell'applicazione.

D: Posso usare un PCB a doppio strato per segnali ad alta velocità? A: Sì, a condizione che si mantenga un piano di massa continuo su un lato per controllare l'impedenza e fornire un percorso di ritorno.

D: Come si confronta il costo con i circuiti a strato singolo? A: I circuiti a doppio strato sono leggermente più costosi a causa del processo di placcatura per i via, ma la differenza è trascurabile per volumi piccoli o medi.

D: Quali file devo inviare per la produzione? A: Tipicamente sono necessari i file Gerber per tutti gli strati di rame, maschera e serigrafia, oltre a un file NC Drill e una netlist IPC.

D: Qual è la dimensione minima del via che APTPCB può produrre? A: Le punte meccaniche standard arrivano fino a 0,2 mm o 0,15 mm. Le punte laser (per HDI) possono essere più piccole ma costano di più.

D: Ho bisogno di una maschera di saldatura su entrambi i lati? A: Sì, per i circuiti a doppio strato, la maschera di saldatura viene solitamente applicata su entrambi i lati per proteggere le tracce e prevenire i ponti.

D: Come gestisco l'alta corrente su un circuito a doppio strato? A: Utilizzare tracce più larghe, rame più spesso (2oz o 3oz) e lasciare la maschera di saldatura via dalle tracce ad alta corrente per aggiungere saldatura durante l'assemblaggio.

D: Qual è la differenza tra fori placcati e non placcati? A: I fori placcati (PTH) hanno rame all'interno per collegare gli strati; i fori non placcati (NPTH) sono per viti di montaggio e non conducono elettricità.

D: Posso riparare una traccia rotta su un circuito a doppio strato? A: Sì, di solito saldando un filo ponticello (filo smaltato) tra i due punti collegati.

D: Perché il mio file di foratura non si allinea con il mio file Gerber? A: Ciò è spesso dovuto a diversi formati di coordinate (ad esempio, 2:4 vs 2:5) o impostazioni di soppressione degli zeri. Controlla sempre in un visualizzatore.

Pagine e strumenti correlati

Per assicurarti che le tue conoscenze del tutorial sul PCB a doppio strato si traducano in un prodotto di successo, utilizza le risorse giuste.

Servizi di produzione PCB: Esplora le capacità per schede a doppio lato standard e avanzate.
Linee guida DFM: Regole di progettazione dettagliate per garantire che la tua scheda sia producibile.
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Glossario (termini chiave)

Termine	Definizione
Via	Un foro placcato che collega le tracce di rame su strati diversi.
Pad	Area di rame esposta per la saldatura dei pin dei componenti.
FR4	Il substrato epossidico in fibra di vetro ignifugo più comune.
Solder Mask	Rivestimento protettivo (solitamente verde) che previene i ponti di saldatura.
Serigrafia	Strato di inchiostro utilizzato per etichette e loghi dei componenti.
File Gerber	Il formato vettoriale standard utilizzato per descrivere le immagini PCB.
File di foratura NC	Un file contenente coordinate e dimensioni degli utensili per la foratura dei fori.
HASL	Hot Air Solder Leveling; una finitura superficiale comune.
ENIG	Electroless Nickel Immersion Gold; una finitura piatta e resistente alla corrosione.
DRC	Design Rule Check; verifica software dei vincoli di layout.
Netlist	Un elenco di tutte le connessioni elettriche nel progetto.
Stackup	La disposizione degli strati di rame e isolamento nel PCB.
Rat's Nest	Linee visive nel CAD che mostrano connessioni non instradate.
Clearance	La distanza minima richiesta tra due elementi conduttivi.

Conclusione (prossimi passi)

Padroneggiare il processo del tutorial sul PCB a doppio strato è essenziale per qualsiasi ingegnere elettronico. Comprendendo le metriche, selezionando i parametri di progettazione corretti e convalidando rigorosamente i tuoi file, garantisci una transizione fluida dal prototipo alla produzione. Le schede a doppio strato offrono la versatilità necessaria per la maggior parte delle applicazioni, dai semplici controller ai complessi dispositivi IoT.

Quando sei pronto per la produzione, assicurati di avere pronti i tuoi file Gerber, i dati di foratura e le specifiche dello stackup. APTPCB è attrezzata per gestire le tue esigenze con precisione e velocità. Esegui sempre un controllo DFM finale prima dell'invio per evitare ritardi. Inizia oggi stesso il tuo progetto rivedendo il tuo design rispetto ai punti di controllo elencati sopra.