¿Una o dos capas de preimpregnado?

Question

Necesito especificar la construcción de una placa de circuito impreso de 4 capas con líneas de transmisión en las capas exteriores y planos en las capas interiores. Necesito controlar la impedancia y la velocidad de propagación. El grosor del preimpregnado es de unos 0,2 mm (7-8 milímetros). Puedo conseguirlo con una sola capa de 7628 o con dos capas de 2113 o 1080.

La mayoría de los apilamientos de placas de circuito impreso que he visto utilizan dos capas de preimpregnado, aunque el mismo grosor podría conseguirse con una sola capa más gruesa. ¿A qué se debe esto? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de una capa frente a dos?

Answer 1

Habiendo hablado con fabricantes de placas de circuito impreso aquí en Estados Unidos y con uno en Europa específicamente sobre este tema, me enteré de lo siguiente:

1. Los fabricantes de placas de circuito impreso controlan el grosor final de las placas terminadas, así como las capas dieléctricas formadas mediante la compresión del preimpregnado y el flujo de resina. El grosor final es importante para los pares diferenciales y otras líneas de señal de impedancia controlada. Para poder controlar el grosor, necesitan que la resina pueda fluir. El 7628 tiene un bajo contenido de resina en comparación con el 1080 (véase las especificaciones técnicas de contenido de resina de los preimpregnados de Isola). Por lo tanto, los preimpregnados con bajo contenido de resina limitan el control del espesor.

2. Un mayor flujo en la interfaz del laminado tiende a conducir a una mejor adhesión y a una menor posibilidad de delaminación en la población de piezas posterior (horno de reflujo).

3. Gradiente de módulo. El gradiente en el módulo mecánico (cambio en la rigidez) también conduce a la delaminación. Dos preimpregnados espalda con espalda tendrán dos superficies de preimpregnado muy limpias espalda con espalda que se adhieren muy bien. La diferencia de módulo entre los preimpregnados y el núcleo ya curado se reparte entonces entre dos capas de preimpregnado en lugar de una. La adhesión entre el núcleo ya curado y el preimpregnado suele ser menor que la del preimpregnado con el preimpregnado (especialmente cuando los preimpregnados tienen el mismo sistema de resina, CTE y matriz de vidrio).

4. Coste: 2 capas cuestan más al cliente. Una capa le cuesta más al fabricante, ya que requiere más tiempo de ingeniería y un control de fabricación más estricto.

Mi experiencia con este tema es en la sustitución de la construcción (2 x 106) por (1 x 2113) o (1 x 2125). El 106 es el preimpregnado más caro y con mayor contenido de resina. El 2125 es más común en Europa, evidentemente, pero tiene un grosor y uso similar al 2113. He oído que hay al menos un fabricante que utiliza la construcción 1 x 2113 (capa única externa 2113) como construcción por defecto o estándar, pero no lo he encontrado todavía.

Al ponerme en contacto con Isola (fabricante de núcleos y preimpregnados), me enteré de que el laminado 2113 se desarrolló hace más de una década (antes de 2010) específicamente para sustituir el uso de dos preimpregnados en algunas construcciones.

Llevo más de 20 años diseñando placas de circuitos de 2 a 8 capas.

Answer 2

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de una o dos capas?

Para una impedancia controlada, se obtiene el mejor rendimiento con capas cero. Es decir, si le preocupa un rendimiento de RF repetible entre determinadas capas en una composición de placas de circuito impreso multicapa, debe disponer que las capas críticas para la impedancia estén separadas por el núcleo.

Si la preimpregnación entre la señal y la tierra no es posible, entonces disponga que ese espacio sea mayoritariamente de núcleo, y minimice el grosor de la preimpregnación, para que el núcleo domine el espacio.

En tu caso, con los planos interiores y las pistas en las capas exteriores, parece que el fabricante de placas de circuito impreso está tratando de venderte una disposición de lámina-preg-core-preg-foil. Pide un presupuesto de núcleo-pregénero. Puede que sea un poco más caro, pero la impedancia entre el interior y el exterior estará mejor controlada.

Si quiere que la placa se construya en una de varias fábricas, o si está haciendo un prototipo en una fábrica y luego construyendo en volumen en otra, entonces es vital que sus capas de impedancia controlada utilizan el núcleo. Como el núcleo se construye y se suministra según una especificación, se puede controlar lo que utiliza la fábrica. Aunque se especifique el material preimpregnado, cada fábrica puede manipularlo, ensamblarlo, prensarlo y curarlo de forma diferente, e incluso la misma fábrica puede hacerlo de forma diferente en distintos momentos. Utilizar el preimpregnado para las capas de impedancia controlada es una buena manera de obtener variaciones inexplicables en el rendimiento entre las construcciones.

La mayoría de los apilamientos de placas de circuito impreso que he visto utilizan dos capas de preimpregnado, aunque el mismo grosor podría conseguirse con una sola capa más gruesa. ¿Por qué?

Se debe sobre todo a la economía del FAB. Si consiguen una buena oferta en el material fino, lo utilizarán con preferencia al grueso. Una o dos capas, el preimpregnado es malo para la consistencia.

En teoría, dos capas de preimpregnado le darán una mejor (menos mala) isotropía dk si están a 45 grados entre sí. ¿Ofrece la fábrica esta opción de orientación, aunque sea a un precio mayor? Evidentemente, para ellos supone un desperdicio de material y comprometerá su manipulación estándar.

No dices a qué frecuencia operas ni qué tolerancia quieres alcanzar. El FR4, con núcleo o preimpregnado, por la pérdida eléctrica de la resina, la tosquedad del tejido de vidrio y la variabilidad de las proporciones de vidrio/resina, tiene un mal comportamiento por encima de unos cientos de MHz. Pero el núcleo es menos malo, tiene una tolerancia dimensional y de constante dieléctrica mucho mejor que el preimpregnado. El núcleo se fabrica en condiciones repetibles, mientras que el preimpregnado se prensa entre cualquier grabado de cobre que se haga.

Notablemente, el FR4 se utiliza en WiFi a 2.4GHz, donde los diseñadores han utilizado mucha habilidad para hacer que el circuito acepte la pobre tolerancia y pérdida, para los beneficios de costo. Si estás trabajando a 2,4GHz, entonces usar preimpregnado en lugar de núcleo para tus capas de FR4 es un riesgo demasiado grande.

Si quieres una alta tolerancia, o estás operando en los GHz, entonces podrías considerar el RO4350 para los núcleos exteriores, con FR4 pre-impregnado para unirlos. Es más caro que el FR4, pero un orden de magnitud mejor en la tolerancia de RF, y mejor aún en el rendimiento. Es compatible con el procesamiento de FR4, por lo que se puede montar de la misma manera.

Answer 3

No conozco ninguna ventaja o desventaja de utilizar varias capas frente a una sola. Sin embargo, tenga en cuenta que los diferentes tejidos de vidrio tienen diferentes valores Dk y Df. También debe tener en cuenta que los tejidos más apretados darán lugar a espesores de prensado más gruesos en comparación con los tejidos más sueltos: la resina no fluye tan fácilmente entre los hilos apretados frente a los hilos sueltos. Esto también puede afectar a la impedancia y al retardo de propagación.

Si ya sabías todo esto, lo siento. Yo preguntaría a un FAE de tu taller de fabricación, y ellos deberían ser capaces de decirte todo. Los consejos que te he dado más arriba proceden de un FAE con el que trabajé para determinar el apilamiento.

Puede que le resulten útiles estas notas de la aplicación sobre tejidos de vidrio de Altera y Grupo Isola .