Milímetros, milímetros y el desorden de las unidades de PCB

Por qué el diseño de PCB tiene un problema de unidad

La industria norteamericana de PCB creció en unidades imperiales. Los tamaños de las brocas están en milésimas de pulgada (milésimas de pulgada). Los tamaños de las pastillas están en milésimas de pulgada. Los estándares del IPC que definen todo, desde los anillos anulares hasta el espaciado de los conductores, se escribieron en milésimas de pulgada.

El resto del mundo usa el sistema métrico. Los paquetes de componentes se definen en milímetros. Los contornos de las placas se expresan en milímetros. Las máquinas de recoger y colocar funcionan en milímetros.

Por eso, todos los diseñadores de PCB trabajan en ambos sistemas, realizando conversiones constantes y equivocándose de vez en cuando. Una traza de 10 milésimas de pulgada y una traza de 10 mm difieren en un factor de 254. Nadie los confunde visualmente en una pizarra, pero en un cálculo o en un guion, el factor incorrecto no dice nada.

Las conversiones

Exactamente:

• 1 pulgada = 25,4 mm (por definición desde 1959)
• 1 milésima de pulgada = 0,0254 mm = 25,4 µm
• 1 mm = 39.3701 mil

Para una conversión mental rápida:

• Milésimas a mm: divide entre 40 y resta un 1,5%. Válido al 0,1% para valores inferiores a 500 mil.
• mm a milésimas de pulgada: multiplicar por 40 y añadir un 1,5%.

O recuerda: 100 mil = 2.54 mm. Todo se amplía a partir de ahí.

La única constante que vale la pena memorizar

1 onza/pie² de cobre = 34,8 µm = 1,37 mil de espesor.

Más precisamente: 0,0348 mm. Este es el número que conecta el peso del cobre (una especificación de densidad de área) con el grosor del cobre (una dimensión geométrica).

De dónde proviene: una onza de cobre distribuida en un pie cuadrado, dada la densidad del cobre de 8,960 kg/m³, da como resultado una lámina de 34,79 µm de espesor. La derivación:

El valor comúnmente usado de 35 µm (o 1,4 mil) es una aproximación redondeada. Para los cálculos de impedancia en los que el grosor del cobre es importante (línea de banda con cobre pesado o CPW con espacios reducidos), utilice 34,8 µm por onza.

Pesos comunes:

Donde realmente afecta el desorden de la unidad

Cálculos de impedancia

Ancho de trazo en milésimas de pulgada, altura dieléctrica en mm (de la hoja de datos del laminado), espesor del cobre en onzas. Tres unidades diferentes en una fórmula. Si se omite una conversión, la impedancia se reducirá en un orden de magnitud, pero el número puede seguir pareciendo* razonable (35 Ω en lugar de 50 Ω, por ejemplo) porque la fórmula se comporta bien.

Convierte siempre todo en un sistema antes de realizar el cálculo. Los milímetros suelen ser los más limpios porque las hojas de datos laminadas son métricas.

Tablas actuales IPC-2152

Las tablas están en miles² para el área de la sección transversal y en °C para el aumento de temperatura. Si su herramienta de diseño indica el ancho de la traza en mm, tendrá que convertir tanto el ancho como el grosor a milésimas de pulgada antes de entrar en la tabla. El área en mils² es:

Una traza de 0,25 mm a 1 onza: es decir, 9,84 mm de ancho × 1,37 mil de grosor = 13,5 mil². En la tabla IPC, esa capa interna contiene alrededor de 0,7 A a 10 °C de elevación.

Tamaños de broca

Los fabricantes cotizan los tamaños de las brocas en milésimas de pulgada (EE. UU.) o en milímetros (Asia/Europa). Una vía de «10 mil» mide 0,254 mm. Una vía de «0,2 mm» mide 7,87 mil. Están lo suficientemente cerca como para confundir. Si su mesa de perforación mezcla fuentes, compruebe dos veces cada entrada.

El tamaño del orificio terminado es más pequeño que el tamaño de la broca debido al grosor del revestimiento en cada lado, normalmente 25 µm (1 milésima de pulgada) por lado, lo que significa una reducción del diámetro total de 50 µm (2 milésimas de pulgada).

Espaciado DRC

Reglas de diseño en herramientas basadas en milésimas de pulgada: espacio de 5 milésimas de pulgada = 0,127 mm. Las herramientas del sistema métrico pueden medir 0,13 mm, lo que en realidad equivale a 5,12 milésimas de pulgada, lo que supone una diferencia técnica y nunca diferente en la práctica, pero si el motor se compara con una precisión inferior a la micra, se producen falsas infracciones de la DRC.

Elige un sistema para tus reglas de diseño y apégate a él. No mezcle.

Micras en obras adyacentes a semiconductores

Todo lo que implique un enrutamiento a nivel de matriz, una unión de cables o un empaque a nivel de oblea vive en micrómetros. La conversión a milésimas de pulgada:

• 1 µm = 0,03937 mil
• 1 milésima de pulgada = 25,4 µm

Un alambre de unión de 25 µm mide aproximadamente 1 milésima de pulgada. Una capa de metal de 5 µm mide 0.2 mil. Estos números son importantes para los cálculos de densidad de corriente en sustratos e intercaladores de paquetes.

Consejos prácticos

1. Configure su herramienta EDA en métrica (mm). Las dimensiones de los componentes son métricas, los contornos de las placas son métricas y los dibujos fabulosos son métricos. El legado imperial reside en el material de referencia, no en tu diseño.
2. Mantén una conversión constante en tus guiones. No codifiques 25,4 en doce lugares. Defínelo una vez.
3. Indique las unidades de estado de forma explícita en toda la documentación. La expresión «Ancho de trazo: 6» es ambigua. «Ancho de traza: 6 mil» no lo es. «Ancho de trazo: 0.15 mm» no lo es.
4. Para el espesor del cobre, usa la constante exacta. 34,8 µm/oz, no 35. El error del 0,6% se propaga a los cálculos de impedancia y fusión.

La calculadora de unidades de longitud convierte entre los cuatro sistemas relacionados con los PCB (mm, mil, pulgadas, µm) e incluye la conversión del peso del cobre al grosor.