Bloccato a progettarne due

Sep 05, 2023

Molti lettori hanno sicuramente familiarità con il processo di home etching dei PCB: oggi è considerato molto semplice, anche se un po' complicato. Non era così nella mia giovinezza, quando ho iniziato ad interessarmi all'elettronica. A quel tempo, incidere anche tavole a lato singolo era riservato agli hobbisti “avanzati”. Quando ho iniziato a incidere i miei PCB, gli hobbisti avanzati erano passati alle schede incise in casa a doppia faccia, l'unico tipo non raffigurato sopra, perché non sono riuscito a trovare l'unico esempio di successo che abbia mai creato. In seguito ho visto l'ascesa dei PCB fabbricati "bare bone": schede di dimensioni fisse realizzate professionalmente con fori passanti placcati, ma senza maschera di saldatura o serigrafia. Alla fine, questo ha lasciato il posto ai servizi PCB di aggregazione che abbiamo ora con schede complete a due strati, complete di maschera di saldatura e serigrafia.

Oggi, l’hobbista “avanzato” potrebbe utilizzare pannelli a quattro strati, anche se il tasso di adozione dei quattro strati è ancora relativamente basso: OSH Park produce circa il 90% a due strati e il 10% a quattro strati, ad esempio. Penso che questa tendenza aumenterà inevitabilmente, come è avvenuto con tutte le tecnologie precedenti: ciò che è avanzato alla fine diventa mainstream. Ciascuno dei cambiamenti precedenti ha comportato una progettazione e una costruzione più semplici, nonché prestazioni migliorate, e lo stesso varrà man mano che i quattro strati diventeranno più comuni.

Quindi, diamo un'occhiata alla progettazione di PCB a quattro strati. Se non ne hai mai preso in considerazione uno per nessuno dei tuoi progetti, potresti rimanere piacevolmente sorpreso dal piccolo costo aggiuntivo che comporta per tutti i vantaggi che ottieni.

L'ovvia differenza tra i PCB a due e quattro strati sono due strati aggiuntivi di rame. La particolare disposizione degli strati all'interno di una tavola è nota come “stackup”. Gli stackup a due strati sono semplici: c'è rame di uno spessore specificato su ciascun lato di un materiale centrale, molto spesso laminato epossidico rinforzato con vetro FR4. Un tipico esempio è mostrato nella figura: 1,4 mil (ovvero 1 oz) per il rame e 60 mil per il nucleo. Se non hai mai lavorato prima con PCB a quattro strati, potresti supporre che i due strati interni di rame aggiuntivi fossero equidistanti all'interno, ma in genere sono molto più vicini agli strati esterni. Ci sono alcuni motivi molto convincenti per farlo, che esploreremo tra poco.

Se ordini un numero elevato di PCB direttamente dal produttore, puoi personalizzare lo stackup, modificando la spaziatura e gli spessori del rame per adattarli al tuo progetto. Con i servizi orientati agli hobbisti, tuttavia, ottieni il loro stackup standard a quattro livelli. Fortunatamente, molti servizi hanno scelto bene le loro offerte. OSH Park, ad esempio, utilizza un substrato FR408 premium per il suo servizio a quattro strati, che offre eccellenti prestazioni RF.

Quindi, ora hai altri due strati di rame: cosa dovresti fare con loro? Esistono diversi modi per organizzare il tuo progetto, ma a meno che tu non abbia ragioni specifiche, è meglio attenersi alla strategia più comune. In questo approccio, gli strati esterni vengono utilizzati per i segnali e i due strati interni vengono utilizzati come piani di alimentazione e di terra. Più comunemente, il piano di massa è il più vicino al lato componente del PCB. I segnali vengono quindi posizionati sui due strati esterni. Un modo conveniente per farlo è instradare i segnali in direzioni ortogonali sui due strati: lo strato superiore potrebbe avere tracce principalmente verticali, mentre quelle sul fondo sarebbero per lo più orizzontali. Per arrivare da qualche parte in diagonale, prendi un percorso a distanza di Manhattan, alternando gli strati. Ciò aumenta la densità del segnale ottenibile ed è un buon punto di partenza per l'iterazione di un progetto.

Le connessioni tra gli strati vengono effettuate tramite via, proprio come negli stackup a due strati. Per alimentare un circuito integrato, ad esempio, il pin può essere suddiviso con un tratto breve e largo fino a un via che si collega al piano di alimentazione. Meglio ancora, puoi creare una piccola "isola di potenza" costituita da una colata di rame sul lato componente che è collegata all'aereo attraverso diversi passaggi, aggiungendo uno o più condensatori di bypass nelle vicinanze per un'alimentazione solida come la roccia. Con i PCB multistrato, esistono diverse varietà di via, anche se nelle offerte a livello di hobbista, in genere sarai limitato al tipo più familiare che attraversa tutti gli strati della scheda. Nei processi di scheda più avanzati, è possibile avere anche via ciechi che collegano solo gli strati esterni a uno strato interno, o via interrati che collegano solo gli strati interni.