Стек, или stack-up, — это фундаментальная конструктивная характеристика многослойной печатной платы, представляющая собой «слоёный пирог» из чередующихся медных фольги и диэлектрических прослоек, склеенных в монолитную структуру в процессе ламинирования. Основная задача стека — обеспечить требуемые электрические свойства (импеданс, целостность сигнала, целостность питания) и механическую устойчивость платы.
Состав и материалы типового стека
Классический стек состоит из нескольких базовых элементов. Сердечник (core) — это жёсткая основа из диэлектрика (чаще всего стеклотекстолита, например, материала FR-4 по классификации IPC-4101), облицованная с двух сторон медной фольгой. Препрег (prepreg) — это частично отверждённый лист диэлектрического материала, который в процессе ламинирования под давлением и температурой расплавляется, склеивая сердечники и формируя изоляцию между медными слоями. Требования к базовым материалам, включая стеклотекстолиты, в России установлены стандартами ГОСТ Р 55876-2013 (материалы на основе фенольных связующих) и ГОСТ 23668-79 (покрытия защитные неметаллические электроизоляционные). Медные слои (copper layers) бывают сигнальными, а также сплошными слоями земли (ground plane) и питания (power plane). Толщина меди измеряется в унциях на квадратный фут (oz), где 1 oz соответствует толщине ~35 мкм (1.37 mil).
Проектирование стека и его задачи
Проектирование стека — ключевой этап разработки высокоскоростных и высокочастотных устройств. Инженер определяет:
-
Общее количество слоёв и их назначение (сигнал, земля, питание).
-
Порядок чередования слоёв для обеспечения эффективного экранирования сигнальных трасс.
-
Толщину каждого диэлектрического промежутка для точного управления волновым сопротивлением (импедансом) микрополосковых и симметричных полосковых линий.
-
Использование специальных материалов для критических трактов.
-
Симметричность структуры относительно центральной плоскости для компенсации механического напряжения и предотвращения коробления платы.
Влияние на производство и качество
Детальная спецификация стека (stack-up drawing) является обязательным документом для передачи заказчиком производителю ПП. От точности её соблюдения зависят все электрические параметры конечного изделия. Производитель подбирает материалы, рассчитывает толщины и обеспечивает соответствие контролируемых импедансных трасс заданному допуску. Общие принципы конструирования печатных плат, включая требования к многослойным структурам, изложены в стандарте ОСТ Р 53386-2009 (Платы печатные. Основные параметры конструкции). На международном уровне эти вопросы регламентирует стандарт IPC-2221.
Источники: Требования к проектированию стека и материаловедению изложены в стандартах ГОСТ 23751-86 (утратил силу), ГОСТ Р 55876-2013, ГОСТ 23668-79 (утратил силу). Международные аспекты регламентированы стандартами IPC-2221 и IPC-4101. Терминология согласуется с IPC-T-50 и ГОСТ Р 53386-2009 (МЭК 60050-541). Конкретные методы расчёта импеданса приведены в IPC-2141A.