Un PCB a quattro strati ha normalmente quattro strati di rame, non quattro strati di materiali in totale. Il materiale isolante separa il rame e la scheda finita può includere anche solder mask, marcature stampate e finitura superficiale. Questi materiali fisici sono importanti, ma non si contano come strati di rame aggiuntivi.
Un file di progettazione PCB può contenere ancora più “strati”: dati del rame, aperture della solder mask, aperture per la pasta, contorni della scheda e altre istruzioni. Alcuni descrivono materiali che rimangono sulla scheda; altri comunicano a un partner di fabbricazione o assemblaggio come lavorare il prodotto.
Per una prima introduzione alla scheda in sé, consulta che cos’è un PCB. Quando si ordina una scheda multistrato, la distinzione è importante perché il solo numero corretto di strati non indica quale file corrisponde a ciascuna posizione, quale funzione ha ciascuno strato di rame o come sono collegati gli strati.
Numero di strati di rame e costruzione fisica
Gli strati di rame ospitano le caratteristiche elettriche della scheda: piste, pad dei componenti, piani e altre aree di rame. Uno strato può contenere piste di segnale, un piano di massa, distribuzione dell’alimentazione o una combinazione di queste funzioni. Il conteggio si riferisce ai diversi livelli di rame nella scheda, non al numero di net o di singole forme di rame.
L’isolamento tra gli strati di rame è costituito da materiale dielettrico. La costruzione di un PCB rigido può comprendere:
- Core: materiale isolante polimerizzato, normalmente fornito con un foglio di rame incollato su uno o entrambi i lati.
- Prepreg: materiale rinforzato con resina parzialmente polimerizzata, che può unire gli strati durante la laminazione multistrato.
- Foglio di rame e rame depositato galvanicamente: materiale conduttivo sagomato per formare i circuiti.
- Solder mask e serigrafia: rivestimenti applicati sulla superficie della scheda, se previsti.
Una comune scheda rigida con due strati di rame può partire da un core rivestito di rame: rame su entrambi i lati del core isolante. Non richiede necessariamente uno strato di prepreg separato tra ciascun foglio e il core. Le costruzioni multistrato possono usare il prepreg per unire core e altri strati. La disposizione effettiva dei materiali dipende dallo stackup concordato e dal processo di fabbricazione.
Allo stesso modo, una scheda a quattro strati di rame comprende più di quattro regioni fisiche di materiali. “Quattro strati” è una scorciatoia utile per indicare il numero di strati di rame, ma non è una specifica completa della costruzione.
Illustrazione concettuale, non in scala e non è una specifica per una scheda reale. Le etichette inglesi dell’SVG descrivono la sezione: “Top solder mask” indica la solder mask superiore, “Surface coating” il rivestimento superficiale, “L1 copper” fino a “L4 copper” i quattro strati di rame e “Insulating material” il materiale isolante interposto. Le etichette in basso specificano che mask, serigrafia e file di progetto non sono strati di rame aggiuntivi, che la serigrafia è una marcatura separata e che le aperture della mask non sono mostrate. Numero di strati di rame, materiale isolante e file di output del progetto descrivono aspetti diversi.
Esempio ipotetico di una scheda a quattro strati di rame
Supponiamo che una scheda rigida abbia quattro strati di rame, numerati dall’alto verso il basso:
| ID rame | Funzione ipotetica | Cosa va ancora confermato |
|---|---|---|
| L1 | Segnali e pad dei componenti sul lato superiore | Connessioni, caratteristiche del rame e requisiti di riferimento del progetto effettivo |
| L2 | Piano di massa | Continuità del piano, distanze e net collegati |
| L3 | Distribuzione dell’alimentazione, piste di segnale o entrambe | Assegnazioni effettive delle net e idoneità del rame come riferimento dove necessario |
| L4 | Segnali e pad dei componenti sul lato inferiore | Connessioni, routing e requisiti di riferimento del progetto effettivo |
È un esempio di riferimento inventato, non una ricetta universale di stackup. Un’altra scheda a quattro strati può assegnare le funzioni diversamente. I nomi nel progetto, il loro ordine fisico e i collegamenti previsti devono essere confermati per la scheda specifica.
Una disposizione a quattro strati può offrire più spazio per il routing e più possibilità di collocare rame di riferimento vicino agli strati di segnale rispetto a una disposizione a due strati. Questo, da solo, non dimostra la conformità alle specifiche di interferenza elettromagnetica, integrità del segnale o impedenza. Tali risultati dipendono, tra l’altro, dalla geometria, dalle proprietà dielettriche, dai percorsi di ritorno, dalle discontinuità e dalla costruzione finita. Un piano vicino è utile solo se supporta il percorso di ritorno previsto.
Per un progetto a impedenza controllata, fornisci le piste pertinenti, i valori obiettivo e le tolleranze insieme a uno stackup concordato; non dedurre alcuna garanzia dalla dicitura “quattro strati”. L’articolo progettazione dello stackup PCB approfondisce le scelte costruttive.
Come si collegano i via agli strati
Un via passante metallizzato può attraversare la scheda, ma il fatto che attraversi uno strato di rame non significa che vi sia collegato elettricamente. Per ogni strato, il progetto determina se il via è collegato a un pad o a un’area di rame oppure è isolato tramite un clearance.
Nell’esempio ipotetico, un via potrebbe unire un segnale su L1 a un segnale su L4, restando isolato da L2 e L3. Un altro via potrebbe collegarsi al rame di massa quando il progetto lo richiede. Esamina la net effettiva e la geometria degli strati invece di presumere che ogni via unisca tutti e quattro gli strati.
I via ciechi o interrati iniziano e terminano su strati diversi. Se il progetto li usa, comunica esplicitamente gli endpoint e i requisiti; quattro strati di rame non implicano automaticamente che tali via siano presenti o concordati.
Mask, serigrafia e pasta: funzioni diverse
La solder mask è un rivestimento reale, normalmente applicato sulle superfici esterne della scheda. Le sue aperture espongono caratteristiche di rame selezionate, come i pad, per le successive fasi di lavorazione e assemblaggio. Il rame esposto può ricevere una finitura superficiale specificata; un’apertura non va interpretata come requisito di lasciare rame nudo.
La mask non sostituisce un disegno del rame. Un’apertura della mask indica dove il rivestimento deve mancare; i dati del rame definiscono la caratteristica conduttiva. Un’apertura non intenzionale può esporre rame che doveva restare coperto, mentre un’apertura mancante può coprire un pad destinato alla saldatura. Per approfondire, consulta che cos’è la solder mask.
La serigrafia, spesso chiamata silkscreen, è anch’essa una marcatura fisica quando viene applicata. Può mostrare riferimenti dei componenti, indicatori di polarità o altre identificazioni. Non è uno strato elettrico di rame. Se una marcatura interferisce con un pad o un’apertura, chiarisci il trattamento previsto prima del rilascio invece di presumere che venga rimossa.
Uno strato di pasta descrive in genere le aperture per lo stencil della pasta saldante. È principalmente un dato di assemblaggio, non uno strato permanente della scheda nuda. Durante l’assemblaggio, la pasta viene depositata attraverso le aperture dello stencil e poi rifusa; i dati della pasta non sono un rivestimento laminato nel PCB. Un lato della scheda privo di requisiti applicabili per il montaggio superficiale potrebbe non aver bisogno di un file della pasta, ma questo va chiarito al destinatario dell’assemblaggio.
Questa distinzione è presente anche nella documentazione KiCad Pcbnew Layers, che separa le funzioni degli strati di rame, mask, pasta, serigrafia e degli altri layer di progetto.
Associa ogni file al destinatario corretto
La tabella seguente è una mappa di trasferimento illustrativa per la scheda ipotetica a quattro strati descritta sopra. I nomi dei file sono esempi descrittivi, non convenzioni di denominazione obbligatorie. Conferma nomi e formati effettivi con ciascun destinatario.
| Output o informazione | Scopo in questo esempio | Destinatario e condizione di revisione |
|---|---|---|
| L1 top copper | Pad superiori e rame di segnale | Produttore del PCB; confermare che sia il primo strato di rame e corrisponda alla vista dall’alto. |
| L2 copper | Rame di massa | Produttore del PCB; confermare posizione dello strato, assegnazione delle net e clearance dei via. |
| L3 copper | Rame di alimentazione e/o di segnale | Produttore del PCB; specificare la funzione effettiva e verificare che non venga confuso con L2. |
| L4 bottom copper | Pad inferiori e rame di segnale | Produttore del PCB; confermare posizione e orientamento rispetto agli altri file. |
| Top and bottom mask | Aree in cui aprire la solder mask | Produttore del PCB; verificare che i file corrispondano ai lati corretti e alle caratteristiche da esporre. |
| Top and bottom legend | Identificazione dei componenti e altre marcature stampate | Produttore del PCB; indicare i lati senza serigrafia e controllare i conflitti con le aperture. |
| Top and/or bottom paste | Informazioni proposte sulle aperture dello stencil | Assemblatore o fornitore dello stencil; indicare i lati pertinenti e verificare i requisiti delle aperture. Non è uno strato di rame aggiuntivo. |
| Board outline | Perimetro finito e caratteristiche fresate pertinenti | Produttore del PCB; rendere univoco il contorno e distinguerlo dalle altre linee meccaniche. |
| Drill and slot information | Posizioni dei fori e tipi di foro applicabili | Produttore del PCB; identificare requisiti di fori metallizzati e non metallizzati e gli endpoint speciali dei via. |
| Stackup and fabrication drawing | Ordine del rame, requisiti costruttivi e note di supporto | Produttore del PCB; riconciliare questi documenti con i dati e con eventuali requisiti di impedenza controllata. |
La tabella non sostituisce un pacchetto completo di fabbricazione o assemblaggio. Per esempio, il contorno definisce la forma, ma tolleranze dei fori, spessore finito, finitura superficiale e altri requisiti possono dover essere specificati separatamente. L’articolo elementi essenziali del disegno di fabbricazione offre un punto di partenza per questa consegna.
Cosa può e non può mostrare una sezione trasversale
Microsezione NASA/GSFC di un foro passante su coupon di Charles E. Powers, 2009. Le frecce originali indicano anelli anulari mancanti. Non è fornita una scala; questa immagine non stabilisce il numero totale di strati della scheda, lo stato di accettazione né alcun lavoro APTPCB. Credito e scheda della fonte dell’immagine.
Una microsezione mostra un taglio attraverso una regione specifica di una scheda o di un coupon. Può aiutare l’ispettore a esaminare le caratteristiche visibili in quel punto, ma questa immagine non è un diagramma generale del numero di strati. In particolare, l’assenza di una caratteristica visibile in un punto di taglio non deve essere usata per ricostruire l’intera scheda o determinarne l’accettazione senza i criteri di progettazione e ispezione applicabili.
Esempio: un pacchetto di strati invertito o con nomi errati
Scenario di revisione inventato: Un acquirente riceve un pacchetto a quattro strati con file chiamati L1-top, L2-ground, L3-power e L4-bottom. Anche il disegno indica quattro strati di rame, ma la revisione suggerisce che il file L1-top contenga il pattern previsto sul lato inferiore.
Non risolvere il conflitto fidandoti del nome del file, del colore di visualizzazione o di un singolo screenshot. I colori e le convenzioni di visualizzazione non sono universali; inoltre, una vista dal lato inferiore può apparire diversa a seconda di come viene presentata.
Una revisione pratica prevede di:
- Sospendere il rilascio e identificare la vista di riferimento. Chiedi al progettista quale lato è considerato superiore e come devono essere visualizzati i dati. Non presumere che un file vada specchiato solo perché sembra invertito nel viewer.
- Confrontare caratteristiche distintive tra gli output. Confronta un connettore univoco, una caratteristica di polarizzazione o il pattern dei pad di un componente con i dati previsti di rame, mask, serigrafia e assemblaggio per lato superiore e inferiore. Verifica l’allineamento con il contorno e le posizioni dei fori.
- Verificare separatamente l’ordine del rame interno. Un file superiore identificato correttamente non dimostra che L2 e L3 siano nell’ordine giusto. Confronta l’elenco degli strati e lo stackup con il rame effettivo e le net previste.
- Risolvere le conseguenze elettriche. Se uno strato interno sembra etichettato male, verifica i collegamenti e le clearance dei via rispetto all’intento progettuale. Scambiare semplicemente due nomi di file potrebbe creare collegamenti errati o invalidare la disposizione di riferimento prevista.
- Emettere un pacchetto corretto. Chiedi al responsabile del progetto di identificare i file autorevoli e l’ordine degli strati, correggere l’output o la documentazione in conflitto e comunicare la nuova revisione a ogni destinatario. Rimuovi o indica chiaramente che il pacchetto precedente è superato.
Se il progettista non riesce a stabilire quale output sia autorevole, interrompi e chiedi chiarimenti prima della fabbricazione. Una scheda può avere il numero corretto di strati di rame ed essere comunque errata perché i dati, l’ordine o la connettività sono stati comunicati male.
Prima di richiedere la fabbricazione
Per una revisione efficiente con APTPCB, indica il numero di strati di rame e fornisci i file insieme a una mappa degli strati, ai requisiti di stackup e alle note di fabbricazione. Specifica le caratteristiche che richiedono un accordo speciale, come l’impedenza controllata o i via non passanti. Per l’assemblaggio, indica separatamente i dati della pasta e gli altri output di assemblaggio e i rispettivi destinatari.
Se il pacchetto è pronto, usa la richiesta di preventivo. Se la mappatura degli strati o i requisiti non sono chiari, contatta APTPCB prima di considerare i file rilasciati.
Riferimenti a fonti pubbliche
- KiCad, Pcbnew Layers.
- NASA, presentazione sulla fabbricazione dei circuiti stampati, record 20190001381 del NASA Technical Reports Server.
- NASA/GSFC, immagine di ispezione coupon di Charles E. Powers, 2009, record 20090027819 del NASA Technical Reports Server; vedere sopra il credito dell’immagine e il record della fonte collegato.