Dos materiales, dos trabajos
Una placa multicapa rígida se construye con dos cosas: cores y prepreg.
- Un core es un laminado totalmente curado: tejido de vidrio en epoxy curado (estado C) con lámina de cobre adherida a las dos caras. Sostiene el espesor y la estabilidad mecánica de la placa, y lleva los circuitos de capa interna que se imaginaron y atacaron antes del laminado.
- El prepreg es tejido de vidrio impregnado con resina parcialmente curada (estado B) y se suministra sin cobre. No tiene rigidez estructural propia. Su trabajo es fluir bajo calor y presión, rellenar los espacios alrededor del dibujo de cobre y unir los cores en una sola placa.
Una placa de cuatro capas, en la forma más simple, son dos cores y una capa de prepreg, o un core y dos capas de prepreg, según el stack-up.
Qué ocurre durante el laminado
La pila se prensa en caliente. La resina del prepreg se ablanda, fluye hacia el dibujo de cobre atacado y alrededor de las pistas, y después cura. En ese momento se deciden dos cosas:
- El espesor dieléctrico final. La resina tiene que rellenar el escalón de cobre, así que el dieléctrico entre dos capas es función del contenido de resina del prepreg y del peso de cobre, no solo de su espesor nominal.
- La integridad de la unión. Poco flujo deja huecos; demasiado expulsa resina y adelgaza el dieléctrico, lo que luego aparece como un desplazamiento de impedancia.
Por qué le importa al diseñador
De la diferencia de material se derivan tres consecuencias.
Impedancia. Un stack-up de impedancia controlada se calcula a partir del dieléctrico entre la pista y su referencia. Ese dieléctrico suele ser prepreg. Si el plano del stack-up dice «0,1 mm de dieléctrico» sin especificar la construcción de prepreg, el fabricante tiene que suponer algo, y la tolerancia de ±10 % queda en riesgo antes incluso de atacar la placa.
Espesor. El espesor acabado de una placa es la suma de cores, prepreg tras el flujo y cobre. El cobre grueso y las múltiples hojas de prepreg interactúan: más cobre significa más resina para rellenar los huecos, y por eso los stack-up de cobre grueso no son simplemente un stack estándar con lámina más gruesa.
Simetría. Cores y prepreg tienen comportamientos de dilatación distintos. Un stack-up equilibrado respecto a su línea central se comba menos durante el laminado y el reflujo; uno desequilibrado aparece como combado y torsión, con 0,7 % como límite de aceptación aquí.
Cómo leer el plano de un stack-up
Un plano utilizable detalla, por capa, el peso de cobre, el material y el espesor, y si el dieléctrico es un core o una construcción de prepreg. La distinción no es académica: le dice al fabricante qué hojas comprar y al diseñador cuál será el dieléctrico acabado.
Donde un diseño mezcla una capa de potencia gruesa con una capa de señal de trazo fino, el stack-up se acuerda en el DFM en lugar de suponerse. Los límites de capacidad están en la página de capacidades y las opciones de placa en la página de fabricación de PCB.