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PCB
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- ELETTRONICA OGGI 454 - MAGGIO 2015
EDA/SW/T&M
prevedere piani di massa “più robusti” rispetto a quelli che
si utilizzerebbero nel progetto di una scheda flessibile di-
namica. L’attenzione in questo caso non sarà focalizzata
sull’affidabilità dei materiali della scheda flessibile, bensì
sulla necessità di fornire percorsi di ritorno del segnale
tali da preservare l’integrità del segnale stesso.
In ogni caso è necessario prendere in considerazione i
costi richiesti per la produzione della scheda PCB. Nel
caso il budget fosse illimitato, non ci sarebbero pro-
blemi di sorta, ma una situazione di questo tipo non si
presenta mai nella realtà. La scheda PCB definitiva non
dovrà solamente soddisfare gli obbiettivi di progetto in
termini di prestazioni, ma anche risultare economica.
Una volta completata questa analisi, è necessario definire
le regole di progetto specifiche e i requisiti in termini di
stackup (in pratica la configurazione) dei vari strati (la-
yer) che saranno utilizzati per progettare la scheda. Di
seguito saranno esaminate alcune delle migliori regole di
progetto da utilizzare per la progettazione di schede PCB
flessibili dinamiche e “flex-to-install” e illustrate le moda-
lità da seguire per predisporre uno stackup degli strati
efficace per il controllo dell’impedenza e l’integrità dei
segnali.
Progetto di una scheda PCB flessibile dinamica
Una scheda PCB di questo tipo, come ricordato in prece-
denza, sarà soggetta a piegamenti continui nel corso del
suo utilizzo. Il problema in questo caso è rappresentato
dal comportamento a fatica del rame che a lungo anda-
re si indurisce e si incrina. Nel caso di segnali a elevata
velocità la scheda dovrebbe avere un piano di massa di
rame di tipo continuo, ma è evidente che piani di questo
tipo non sono flessibili come gli stati reticolati (hatched).
Di conseguenza il piano di massa relativo alla sezione
flessibile di una scheda flessibile dinamica è verosimil-
mente più soggetta e incrinature e guasti.
Lo spessore del rame e i metodi di produzione dei fogli
di rame sono altri fattori da prendere in considerazione.
I tradizionali fogli di rame elettrodepositati (ED) sono più
spessi e predisposti alle rotture a fatica nei circuiti fles-
sibili. Anche se si propongono come un piano di massa
adeguato, inevitabilmente riducono la durata. Il rame sot-
toposto al procedimento di ricottura (annealed copper),
garantisce una maggior durata rispetto al rame standard
ma è più costoso (Fig. 2). Un’opzione di questo tipo può
essere presa in considerazione nel caso sia richiesta
un’integrità del segnale particolarmente elevata.
Per ridurre il costo del rame e garantire nel contempo la
flessibilità, è possibile ricorrere a piani di massa formati
da poligoni a reticolo incrociato, come riportato in figura
3. Nel caso dei poligoni di tipo reticolato lo svantaggio è
rappresentato dalla riduzione dell’integrità del segnale.
Rispetto a una scheda PCB con piani di massa uniforme,
quelle con piani di massa a poligoni di tipo reticolato con-
tribuiscono a incrementare i tempi di salita e di discesa
dei segnali ad alta velocità, poiché le correnti di ritorno
sono in pratica costrette a “serpeggiare” attorno ai retico-
li. Parecchi accorgimenti possono contribuire a migliora-
re l’integrità del segnale. Ad esempio, l’effetto di un piano
di massa di tipo reticolato sui tempi di salita e di discesa
varia in base alla posizione delle piste dei segnali ad alta
velocità rispetto al piano di massa. In questo caso, la di-
sponibilità di percorsi di ritorno uniformi localizzati diret-
tamente sotto le piste ad alta velocità può rappresentare
un ottimo compromesso. Nel caso si decida per questa
opzione, il percorso di ritorno dovrebbe avere un’ampiez-
za superiore di un fattore compreso tra cinque e dieci
rispetto a quella della pista del segnale.
Una volta scelti i materiali della scheda è possibile inizia-
re la stesura del layout. In questa fase si decide il nume-
ro degli strati della scheda PCB e la modalità secondo la
quale vengono impilati (stackup).
Tramite il tool ECAD si specifica il tipo di strati, il tipo di
materiale, lo spessore di quest’ultimo e, all’occorrenza, la
costante dielettrica del materiale. Grazie a queste infor-
mazioni il tool ECAD può calcolare l’impedenza che con-
tribuirà a garantire l’integrità dei segnali ad alta velocità.
In questa fase vengono anche definite le regole di pro-
getto. Per esempio, si può decidere che l’impedenza di un
segnale ad alta velocità rimanga costante per tutta la lun-
ghezza del percorso. A questo punto, il tool ECAD varie-
rà automaticamente le ampiezze della pista per adattare
l’impedenza della linea del segnale tra le sezioni rigida e
quella flessibile.
Si deve poi fare attenzione a non esagerare con le regole
di progetto. Parecchi progettisti adottano regole eccessi-
Fig. 2 – Esempio di processo di ricottura del rame