Capacidades de empilhamento da camada PCB

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As placas de circuito impresso (PCBs) estão se tornando cada vez mais complexas, com mais funções e circuitos cabendo em uma única placa. Os próprios PCBs de camada única estão se tornando cada vez mais complicados, mas os layouts de PCBs precisam fornecer ainda mais recursos em espaços compactos. Como resultado, muitos fabricantes estão se voltando para pilhas de PCB multicamadas. Então, o que é uma pilha de PCB? Como ele funciona e você precisa dele para seus aplicativos? Aqui estão alguns pontos essenciais sobre pilhas de PCB para ajudá-lo a tomar uma decisão informada.

A finalidade dos empilhamentos de camada de PCB

Um empilhamento de PCB refere-se ao arranjo de cobre e camadas isolantes que compõem um PCB. Essas camadas são organizadas de forma a obter várias placas de circuito impresso no mesmo dispositivo. Na sua forma mais básica, os PCBs multicamadas consistem em pelo menos três camadas condutoras. A camada inferior é sintetizada com a placa de isolamento e cada camada da placa de circuito é conectada à próxima.

Enquanto a camada de PCB cria uma placa mais complexa e com economia de espaço, os empilhamentos de PCB também oferecem as seguintes vantagens:

• Maximizar a funcionalidade: PCBs multicamadas podem multiplicar a velocidade e a funcionalidade do dispositivo, tornando a placa mais funcional.
• Minimizar vulnerabilidade: As pilhas de camadas podem ajudar a proteger as camadas internas do ruído externo, tornando-as menos vulneráveis ​​a forças externas prejudiciais.
• Reduzir a radiação: Pilhas de camada de PCB bem projetadas podem ajudá-lo a minimizar a radiação do seu dispositivo, especialmente em layouts de alta velocidade. É importante notar, no entanto, que projetos ruins com incompatibilidade de impedância podem facilmente resultar em maior radiação EMI do que uma PCB normal.
• Diminuir custos: As pilhas de PCB de boa camada também podem ajudar a obter uma fabricação de baixo custo, colocando vários circuitos em uma única placa. Uma placa significa fabricação simplificada para a placa, a parte em que a placa será usada e a embalagem para a configuração completa.

Além desses benefícios, os empilhamentos de PCB também reduzem a incompatibilidade de impedância e os problemas de diafonia. Todas essas vantagens tornam altamente desejável fazer empilhamentos de PCB.

Objetivos ao criar uma pilha de PCB multicamada

As pilhas de PCB multicamadas são projetadas cuidadosamente para atender a determinadas necessidades de projeto. Os objetivos mais básicos que os PCBs multicamadas devem alcançar incluem o seguinte:

1. Os planos de aterramento e energia são acoplados o mais próximo possível.
2. As camadas de sinal são sempre adjacentes aos planos.
3. As camadas de sinal são acopladas o mais próximo possível de seus planos.
4. Sinais de alta velocidade são roteados através de camadas enterradas entre aviões para conter radiação.
5. Vários planos de aterramento estão incluídos para reduzir a impedância e a radiação.

Embora você deva tentar atingir o maior número possível desses objetivos, é importante observar que nem todas as pilhas de PCB atenderão a todos esses objetivos - na verdade, apenas placas de 8 camadas podem atender a todos os cinco objetivos. Você deve trabalhar em estreita colaboração com sua equipe de engenharia de PCB para determinar quais objetivos são a mais alta prioridade para sua pilha de PCB.

Outros fatores a serem considerados ao criar uma pilha de PCB multicamada

Além dos objetivos acima, há outros fatores de design a serem considerados ao desenvolver uma pilha de PCB multicamada. Alguns dos problemas essenciais a serem resolvidos incluem o seguinte:

• Deslocamento entre camadas: As camadas podem ser facilmente deslocadas ao criar uma pilha de PCB multicamadas. Para evitar isso, use um método de derretimento a quente e de rebite e cavilha para o design do lado da placa.
• Sarampo empilhado: A delaminação na forma de sarampo é comum ao empilhar tábuas. Para evitar isso, adicione almofadas com uma placa de epóxi enquanto organiza as placas. Essas almofadas ajudarão a equilibrar a pressão para eliminar o sarampo.
• Materiais principais: PCBs de camada única podem ser feitos com materiais de substrato padrão ou núcleos de alumínio. No entanto, é importante observar que os PCBs de núcleo de alumínio não estão disponíveis para empilhamentos multicamadas, pois os PCBs de alumínio multicamadas são extremamente difíceis de fabricar.
• Consistência do material: PCBs multicamadas devem usar os mesmos materiais dos fabricantes para núcleo e pré-impregnados. O uso de material de diferentes fabricantes pode resultar em problemas durante a laminação.
• Curvar e torcer: Problemas de curvatura e torção podem surgir se o cobre for distribuído de forma desigual em pilhas multicamadas. Por esse motivo, os projetistas de PCB devem projetar todos os PCBs multicamadas simetricamente - empilhar pesos de cobre, espessura de pré-impregnação e espessura do núcleo devem ser simétricos.

Além desses fatores, é essencial monitorar e projetar de perto as emissões de PCB. Certifique-se de otimizar o projeto para minimizar as emissões e evitar problemas comuns em projetos que podem resultar em loops de retorno.

Tipos comuns de pilhas de camada de PCB

Agora que você conhece os conceitos básicos de design a serem observados em empilhamentos multicamadas de PCB, é importante conhecer os tipos de empilhamento disponíveis e como escolher o design de empilhamento certo para suas necessidades. Existem cinco tipos de pilhas de camada PCB - 2 camadas, 4 camadas, 6 camadas, 8 camadas e 10 camadas. Quantas camadas você precisa são determinadas principalmente pelo tamanho do circuito, o tamanho da placa e os requisitos de EMC para a placa. A partir daí, você pode determinar o layout do tabuleiro.

Cada tipo de placa é descrito com mais detalhes abaixo, juntamente com as condições sob as quais eles são frequentemente usados.

2-camadas

Muitas vezes chamados de PCBs de dupla face, os PCBs de 2 camadas são provavelmente os tipos mais comuns de PCBs multicamadas, pois podem acomodar interconexões em ambos os lados. Esses PCBs consistem em três camadas de material, duas das quais são funcionais:

• Camada de sinal: Essa camada superior consiste em cobre com uma espessura aproximada de 0,0014 (1 onça) a 0,0021 polegadas (2 oz).
• Núcleo laminado: O núcleo laminado separa as camadas de cobre superior e inferior, mantendo-as isoladas. Vias criam conexões entre as laterais do tabuleiro.
• Camada inferior: Esta segunda camada de cobre é semelhante à camada de sinal com uma espessura aproximada de 0,0014 polegadas (1 oz.) a 0,0021 polegadas (2 oz.).

Esses PCBs são baratos e relativamente fáceis de produzir, e é por isso que eles são frequentemente preferidos em relação aos designs mais caros de 4, 6, 8 e 10 camadas. Eles também são altamente funcionais, pois não há atrasos de propagação e tendem a ter menos possíveis problemas de design em comparação com outras opções de empilhamento.

4 camadas

Em termos de empilhamento de PCBs, os PCBs de 4 camadas são a segunda opção mais comum em placas multicamadas. Esses PCBs têm quatro camadas para rotear sinais elétricos. Essas camadas são prensadas juntas, com uma camada superior e inferior na parte externa e duas camadas internas contidas entre elas. As camadas superior e inferior são onde os componentes e o roteamento são colocados. As camadas internas, no entanto, não podem fazer conexões externas, por isso são frequentemente usadas como planos de energia ou para roteamento de sinal, o que ajuda a melhorar a qualidade dos sinais de rastreamento e reduz as emissões de EMI. Não é recomendado fazer as camadas de sinal das camadas internas — se você precisar de quatro camadas de sinal, é recomendável olhar para uma placa de 6 camadas.

As duas camadas internas são separadas uma da outra com uma camada de núcleo, e as camadas superior e inferior são separadas das camadas internas por pré-impregnado. Isso resulta em uma pilha de camadas que se parece com o seguinte:

• Camada superior
• Pré-impregnação
• Camada interna 1
• Núcleo
• Camada interna 2
• Pré-impregnação
• Camada inferior

Embora mais caro para prototipar e produzir do que PCBs de 2 camadas, os PCBs de 4 camadas fornecem maior funcionalidade geral. Com um design cuidadoso, eles também podem fornecer excelente integridade de sinal e recursos EMC.

6-camadas

Um PCB de 6 camadas é funcionalmente um PCB de 4 camadas com duas camadas de sinal adicionais. No total, os empilhamentos de 6 camadas incluem quatro camadas de roteamento — duas internas e duas externas — e dois planos internos para aterramento e alimentação. Em geral, as camadas são organizadas da seguinte forma:

• Camada superior
• Pré-impregnação
• Plano de terra
• Núcleo
• Camada de rota
• Pré-impregnação
• Camada de rota
• Núcleo
• Avião motorizado
• Pré-impregnação
• Camada inferior

O projeto descrito acima é o mais comum, pois equilibra a sinalização de alta velocidade com o controle EMI. O projeto consegue isso executando sinais de alta velocidade através das duas camadas enterradas enquanto executa sinais de baixa velocidade através das camadas superficiais.

No entanto, esse design não é eficaz para todos os aplicativos. Projetos de alta velocidade, por exemplo, mantêm os aviões terrestres e elétricos próximos um do outro. Os projetos feitos para baixas emissões de EMI, por outro lado, têm planos de aterramento extras para ajudar na blindagem. Se você está se perguntando qual variação de design funcionará melhor para sua aplicação, sempre trabalhe em estreita colaboração com seu designer e fornecedor de PCB para determinar as melhores opções.

8 camadas

A pilha de PCB de 8 camadas oferece ainda mais opções do que a placa de 6 camadas, adicionando mais duas camadas para roteamento ou desempenho. É também a primeira placa listada que pode atingir todos os cinco objetivos para o design de PCB multicamadas.

As pilhas típicas de PCB de 8 camadas apresentam as camadas de energia e terra no centro, oferecendo boa capacitância entre as camadas, bem como uma separação entre o segundo e o terceiro plano de sinal para proteger a integridade do sinal. Isso resulta em uma pilha de PCB de 8 camadas comum que se parece com o seguinte:

• Camada de sinal 1
• Pré-impregnação
• Plano de terra
• Núcleo
• Camada de sinal 2
• Pré-impregnação
• Avião motorizado
• Núcleo
• Plano de terra
• Pré-impregnação
• Camada de sinal 3
• Núcleo
• Avião motorizado
• Pré-impregnação
• Camada de sinal 4

Esses PCBs não apresentam mais de quatro planos de sinal — em vez de planos de sinal adicionais, esses PCBs apresentam mais planos de aterramento e alimentação para otimizar o desempenho de EMC. Embora isso possa parecer menos do que ideal, considerando o custo adicional de fabricar uma PCB de 8 camadas em vez de uma de 6 camadas, há uma boa razão para escolher essa opção. Embora os PCBs de 8 camadas sejam mais caros do que as opções de 2, 4 e 6 camadas, o aumento percentual no custo de uma placa de 8 camadas em relação a uma placa de 6 camadas é menor que o aumento percentual no custo de uma placa de 6 camadas. -placa de camada sobre uma placa de 4 camadas. O aumento menor torna muito mais fácil justificar o aumento de custo para o melhor desempenho das emissões.

10 camadas

Se o seu design requer seis camadas de roteamento, você deve procurar uma placa de 10 camadas. Uma pilha de PCB de 10 camadas apresenta seis camadas de sinal e quatro planos, com forte acoplamento entre os planos de sinal e retorno. Projetos típicos de 10 camadas são organizados da seguinte forma:

• Camada de sinal 1
• Plano de terra
• Camada de sinal 2
• Camada de sinal 3
• Avião motorizado
• Plano de terra
• Camada de sinal 4
• Camada de sinal 5
• Avião motorizado
• Camada de sinal 6

Para este arranjo, os sinais de alta velocidade são normalmente roteados nas camadas de sinal internas. Quando empilhada e roteada adequadamente, essa configuração pode fornecer excelente integridade de sinal e excelente desempenho de EMC. Não é recomendado substituir nenhum plano de aterramento ou alimentação por camadas de sinal adicionais, pois isso pode resultar em desempenho ruim.

MCL é sua fonte para PCBs multicamadas de qualidade

Os empilhamentos de PCB multicamadas são uma excelente opção se você precisar de maior funcionalidade em seu PCB. Embora os custos de fabricação e as necessidades de projeto aumentem a cada camada adicional, a troca por funcionalidades e melhorias de EMC pode facilmente valer o custo, especialmente com o mundo cada vez mais compacto. Independentemente do número de camadas que você precisa, no entanto, você também precisa de um fornecedor de PCB experiente. Os Circuitos Millennium podem ajudar.

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A Millennium Circuits Limited fornece uma ampla variedade de PCBs e produtos de PCB, incluindo placas de circuito multicamadas. Para obter mais informações sobre pilhas de PCB e as opções que a MCL pode oferecer, você pode falar com a equipe de especialistas da MCL. Entre em contato com a Millennium Circuits hoje mesmo com perguntas que você possa ter sobre empilhamentos multicamadas.