PCB multistrato a 6 strati
Con due strati in più rispetto a una scheda a 4 strati si guadagna una vera densità di routing e due strati di segnale aggiuntivi, al prezzo di tolleranze di allineamento più strette e di una costruzione nettamente più impegnativa. Ecco esattamente come viene prodotta una scheda a 6 strati, cosa è davvero più difficile e quali classi IPC e tolleranze si applicano.
Quattro strati di segnale, due piani dedicati
Una scheda a 6 strati porta tipicamente quattro strati di segnale più due strati di piano, spesso disposti come Segnale – Massa – Segnale – Segnale – Alimentazione – Segnale oppure uno schema simile che mantiene un piano di riferimento adiacente a ogni strato di segnale. Con soli due strati di piano disponibili, un'interfaccia segnale-segnale è normalmente inevitabile: la soluzione è tenerne una sola, collocarla sui due strati più interni come qui e instradare questa coppia in modo ortogonale tra i due strati (oppure trattarla come una coppia fortemente accoppiata) anziché lasciare che ciascuno si comporti come uno strato single-ended indipendente. Una seconda interfaccia segnale-segnale altrove nello stackup, o una collocata su uno strato esterno, è ciò che interrompe davvero la continuità del percorso di ritorno ed è costantemente citata come la peggiore scelta EMC a 6 strati.
I due strati in più rispetto a una scheda a 4 strati comprano una vera densità di routing, spazio per più linee di alimentazione isolate e strati di segnale ciascuno adiacente ad almeno un piano di riferimento, al prezzo di una costruzione davvero più impegnativa: più cicli di esposizione/incisione/AOI degli strati interni, una tolleranza di allineamento più stretta cumulata su più interfacce e molte più combinazioni di coppie di strati da verificare elettricamente.
- Infrastrutture di telecomunicazioni e di rete
- Controllori per l'automazione industriale
- Moduli automotive vicini a ADAS ed Ethernet
- Sistemi embedded e a segnali misti più densi
- Progetti con più linee di alimentazione isolate
Il processo di produzione e ciò che è più difficile rispetto ai 4 strati
Una scheda a 6 strati standard, con sole via passanti, viene comunque costruita da più core e da prepreg pressati in un seul un unico ciclo di laminazione: veri cicli di pressatura separati e sequenziali sono riservati ai progetti che richiedono via cieche o interrate. Ciò che diventa davvero più difficile a 6 strati è l'allineamento degli strati, il volume di ispezione e la complessità del test elettrico.
Esposizione e incisione degli strati interni
Si applica ora a due core doppia faccia (quattro strati interni) invece di uno: il doppio del lavoro di esposizione e incisione degli strati interni rispetto a una scheda a 4 strati.
AOI degli strati interni
Ogni strato interno viene ispezionato otticamente prima dell'impilaggio: con più strati ci sono più passaggi e più occasioni di individuare un difetto prima che diventi permanente.
Trattamento all'ossido
Ogni core interno riceve un trattamento all'ossido nero/bruno per rendere ruvido il rame e ottenere un legame affidabile con il prepreg circostante.
Stackup (lay-up)
Due core interni, fogli di prepreg e fogli esterni vengono impilati nell'ordine giusto. L'allineamento è qui più critico che a 4 strati: ci sono semplicemente più interfacce core/prepreg che devono tutte allinearsi.
Laminazione
L'intero stackup a sei strati viene polimerizzato sotto calore e pressione in un unico ciclo di pressatura, legando ogni strato in una scheda solida.
Foratura
Un foro passante standard attraversa sempre tutti e sei gli strati, a meno che non siano state specificate via cieche o interrate, che diventano davvero più utili a 6 strati perché permettono a una via di fermarsi a uno strato interno anziché forare strati non interessati.
Desmear / etchback
Le bave di resina (smear) vengono pulite da ogni parete di foro: con più anelli di rame degli strati interni esposti in ciascun barrel, ci sono più interfacce che richiedono ciascuna un collegamento pulito.
Metallizzazione PTH
La ramatura chimica e galvanica forma il barrel che collega i sei strati e richiede ora un contatto affidabile su sei anelli residui anziché quattro.
Esposizione e incisione degli strati esterni
Il disegno finale del circuito esterno viene esposto e inciso sui due fogli di rame esterni.
Solder mask e serigrafia
Applicate e polimerizzate sulle due facce esterne, come standard.
Finitura superficiale
Applicata su ogni piazzola esposta, per una saldatura affidabile e priva di ossidazione.
Fresatura del contorno
Le schede vengono ritagliate dal pannello di produzione secondo il contorno finale.
Test elettrico
Il numero di combinazioni coppia-di-strati e coppia-di-net da verificare per l'isolamento cresce rapidamente con il numero di strati: questa fase è nettamente più pesante che su una scheda a 4 strati, e i pannelli più spessi richiedono attrezzature supplementari per evitare la deformazione durante il test.
Verifica dell'allineamento degli strati
L'ispezione ai raggi X o in sezione trasversale conta ancora di più qui: il rischio di disallineamento cumulativo cresce con ogni interfaccia di strato aggiunta, e un errore di allineamento riduce l'area di contatto tra una via e la sua piazzola di cattura.
Controllo finale
Un ultimo passaggio ottico sugli strati esterni, poi ispezione dimensionale e visiva rispetto al disegno e alla classe IPC concordata.
Più core, più equilibrio del rame da gestire
Uno stackup a 6 strati è costruito con due core doppia faccia (che formano i quattro strati interni) più prepreg e foglio di rame esterno, combinati per raggiungere lo spessore totale previsto. Il materiale High-Tg (170°C+) è la scelta predefinita più sicura a questo numero di strati, non solo un potenziamento: la rifusione senza piombo a 245–260°C impone una vera sollecitazione termica attraverso uno stackup più spesso e complesso, e il materiale a Tg standard è più soggetto a delaminazione sotto questa sollecitazione.
L'equilibrio del rame conta più a 6 strati che a 4. Mantenere la copertura di rame entro circa 10–15% tra strati adiacenti è la raccomandazione standard: le schede con più di ~20% di sbilanciamento tra strati adiacenti sono nettamente più soggette a deformazione durante la laminazione, e con sei strati ci sono semplicemente più coppie di strati adiacenti in cui questo sbilanciamento può infiltrarsi. Il rame non funzionale («thieving») nelle zone rade è la soluzione standard ed economica.
Regole di layout e DFM per schede a 6 strati
Gli strati aggiuntivi danno i loro frutti solo se stackup e strategia delle via sono pianificati deliberatamente.
Classi IPC e norme di qualità
Le schede a 6 strati si trovano abbastanza spesso in usi impegnativi da rendere la classe 3 una specifica comune, non eccezionale.
| Classe IPC-6012 | Uso tipico | Allineamento degli strati |
|---|---|---|
| Classe 1 | Elettronica di consumo generale | — |
| Classe 2 | Elettronica a servizio dedicato: lo standard comune a 6 strati | ≈ ±75 µm (3 mil) |
| Classe 3 | Alta affidabilità: telecomunicazioni, industriale, aerospaziale, spesso specificata a 6 strati | ≈ ±50 µm (2 mil) |
La classe 3 restringe anche i requisiti di anello anulare minimo e di spessore della metallizzazione e, se il progetto usa via cieche o interrate, queste ricevono proprie regole di riempimento e di piazzola di cattura specifiche della classe per prevenire la ritenzione di flussante e la migrazione elettrochimica. Come a 4 strati, laIPC-A-600 fissa i criteri di accettazione visivi, laIPC-2221/2222 regola le regole di progettazione di fondo, e la sezione trasversale secondo il metodo 2.1.1 della IPC-TM-650 è il modo in cui allineamento degli strati e qualità della metallizzazione vengono effettivamente verificati su una scheda finita.
Le nostre specifiche reali per schede a 6 strati
Quanto sopra è prassi generale del settore. Ecco cosa produciamo realmente, internamente, a Iași.
| Spessore della scheda | 0,51 – 2,4 mm |
| Spessore del rame | 18 / 35 / 50 / 70 µm |
| Temperatura di transizione vetrosa (Tg) | 135 °C standard, 150 °C o 170 °C su richiesta |
| Pista / distanza minima | 0,15 mm / 0,15 mm |
| Foratura minima | 0,3 mm (piazzola 0,5 mm) |
| Pannello massimo (4–6 strati) | 335 × 440 mm |
| Solder mask | Verde, bianco, nero, rosso, blu, giallo |
| Finitura superficiale | HASL-LF (senza piombo, conforme RoHS) |
| Tests | Test elettrico al 100% (cortocircuiti e circuiti aperti, flying probe) e ispezione AOI su ogni scheda |
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