Stackup di multistrato

Cosa è lo stackup

Lo stackup è l'organizzazione e lo spessore degli strati che compongono un circuito stampato multistrato (da 4 strati in su).

Perché lo stackup può variare

Se non si hanno esigenze particolari, il costruttore del circuito stampato utilizza uno stackup standard per il numero di strati richiesto.

Ma talvolta il progettista ha esigenze specifiche in termini di impedenza delle piste, emissione/tolleranza ai disurbi o isolamenti per alti voltaggi. In tal caso procede a definire uno specifico stackup, solitamente di comune accordo con il produttore del circuito stampato, che ha comunque l'ultima parola in merito alla realizzabilità di quanto richiesto.

Stackup : sequenza strati interni

Passando da 2 strati a 4 o più strati, il progettista guadagna subito un grado di libertà nella costruzione del suo circuito stampato: la sequenza degli strati interni. Infatti, se gli strati TOP e BOT sono comunque il primo e l'ultimo, ci sono poi quelli interni IN1, IN2, IN3, etc per i quali deve essere definita la sequenza. 

Un modo semplice ed immediato per specificare questa sequenza, è mettere le sigle IN1, IN2, etc, nel nome del corrispettivo file gerber, così che lo stackup di un 4 strati risulterebbe specificato come segue:
  • TOP  :  schedacpu.gtl
  • IN1 : schedacpu.in1
  • IN2 : schedacpu.in2
  • BOT : schedacpu.bot
Vi chiederete perché dovrei voler mettere una particolare parte del circuito su terzo strato invece che sul secondo. Per esempio perché potrei aver piazzato i componenti analogici sul bottom, e con un piano di massa su IN2 potrei volerli schermare dai segnali digitali su TOP e IN1.

Stackup : spessore strati interni

Oltre alla sequenza degli strati, la vera personalizzazione dello stackup consiste nella definizione degli spessori interni, ed in particolare della distanza verticale tra i piani su cui sono piazzate le piste di rame. 

E' importante chiarire subito che non c'è una completa libertà sui valori degli spessori interni, perché in realtà tali spessori sono il risultato di una specifica sequenza di costruzione del circuito stampato. Nel senso che, per ottenere una certa configurazione di spessori, dovrà essere costruito con una certa struttura e sequenza.

Partiamo da un 4 strati convenzionale. La realizzazione parte da un "core", che è un laminato da 1,13 mm di spessore con 35 µm di rame su entrambi i lati. Questo viene a tutti gli effetti lavorato come fosse un circuito stampato a 2 strati, con la sola differenza che sui due strati saranno stampati IN1 e IN2. Una volta terminato questo stampaggio, su entrambi i lati vengono stesi 0,12 mm di pre-preg (fibra composita pre-impregnata di resina epossidica) e poi un foglio di 35 µm di rame. Una volta riscaldate e pressati, le varie parti si saldano in un unico monoblocco, che torniamo a lavorare proprio come se fosse un 2 strati standard, stampando TOP e BOT e ricordando che all'interno ci sono già IN1 e IN2.

Lo stackup risultato di questa lavorazione sarà il seguente (spessore totale 1,51 mm senza solder):

 strato contenuto µm mils
TOP
rame351,38
 pre-preg1204,72
IN1rame35 1,38 
 laminato (core)1130 
IN2rame351,38
 pre-preg1204,72
BOTrame35 1,38 
    
  TOTALE1,51 mm

Potremmo aver bisogno di maggiore distanza tra TOP-IN1 e tra IN2-BOT. In tal caso possiamo specificare uno stackup alternativo per 4 strati in cui gli strati di pre-preg sono due e sono compensati da un laminato interno più sottile.

 strato contenuto µm mils
TOP
rame 351,38
 pre-preg 1204,72
 pre-preg1204,72
IN1rame 351,38
 laminato (core)900 
IN2rame 351,38
 pre-preg1204,72
 pre-preg1204,72
BOTrame 351,38
    
  TOTALE1,52 mm


Aumentiamo il numero di strati: un 6 strati convenzionale potrebbe essere realizzato partendo da due laminati, uno su cui stampare IN1 e IN2 e l'altro su cui stampare IN3 e IN4. A questo punto si mette pre-preg tra i due laminati, a costituire un monoblocco IN1, IN2, IN3, IN4 e poi pre-preg e rame sopra e sotto, per stampare TOP e BOT. E' chiaro che più sono gli strati e maggiori sono i gradi di libertà negli spessori e nelle rispettive lavorazioni.

Lo stackup finale potrebbe essere il seguente:

 strato contenuto µm mils
TOP
rame351,38
 pre-preg1505,91
IN1rame35 1,38 
 laminato (core)430 
IN2rame351,38
 pre-preg1505,91
 IN3rame 351,38
 laminato (core)430 
 IN4rame 351,38
 pre-preg150 5,91
BOTrame 35 1,38 
    
  TOTALE1,52 mm



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