Soluções Profissionais de Stackup de Camadas PCB para Design Multicamada Avançado

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Placas de circuito impresso (PCBs) estão se tornando cada vez mais complexas, com mais funções e circuitos cabendo em uma única placa. PCBs de camada única estão se tornando cada vez mais complicados, mas layouts de PCB precisam fornecer ainda mais recursos dentro de espaços compactos. Como resultado, muitos fabricantes estão se voltando para stackups de PCB multicamadas. Então, o que é um stackup de PCB? Como funciona, e você precisa dele para suas aplicações? Aqui estão alguns pontos essenciais sobre stackups de PCB para ajudá-lo a tomar uma decisão informada.

O Propósito de Stackups de Camadas PCB

Um stackup de PCB refere-se ao arranjo de camadas de cobre e isolantes que compõem um PCB. Estas camadas são arranjadas de forma a obter múltiplas placas de circuito impresso no mesmo dispositivo. Em seu nível mais básico, PCBs multicamadas consistem em pelo menos três camadas condutivas. A camada inferior é sintetizada com a placa de isolamento, e cada camada de placa de circuito é conectada à próxima.

Embora a camadação de PCB crie uma placa mais complexa e economizadora de espaço, stackups de PCB também oferecem as seguintes vantagens:

• Maximizar funcionalidade: PCBs multicamadas podem multiplicar a velocidade e funcionalidade no dispositivo, criando uma placa mais funcional.
• Minimizar vulnerabilidade: Stacks de camadas podem ajudar a proteger camadas internas de ruído externo, tornando-as menos vulneráveis a forças externas danosas.
• Reduzir radiação: Stacks de camadas PCB bem projetados podem ajudar a minimizar a radiação do seu dispositivo, especialmente em layouts de alta velocidade. É importante notar, no entanto, que designs ruins com incompatibilidade de impedância podem facilmente resultar em maior radiação EMI que um PCB normal.
• Diminuir custos: Bons stackups de camadas PCB também podem ajudar a alcançar fabricação de menor custo colocando múltiplos circuitos em uma única placa. Uma placa significa fabricação simplificada para a placa, a peça em que a placa será usada e a embalagem para a configuração completa.

Além destes benefícios, stackups de PCB também reduzem problemas de incompatibilidade de impedância e cross-talk de sinal. Todas estas vantagens tornam altamente desejável fazer stackups de PCB.

Objetivos ao Criar um Stack Multicamada PCB

Stacks multicamadas de PCB são projetados cuidadosamente para atender certas necessidades de design. Os objetivos mais básicos que PCBs multicamadas devem alcançar incluem o seguinte:

1. Planos de terra e potência são acoplados o mais próximo possível.
2. Camadas de sinal são sempre adjacentes a planos.
3. Camadas de sinal são acopladas o mais próximo possível aos seus planos.
4. Sinais de alta velocidade são roteados através de camadas enterradas entre planos para conter radiação.
5. Múltiplos planos de terra são incluídos para reduzir impedância e radiação.

Embora você deva tentar alcançar o máximo possível destes objetivos, é importante notar que nem todo stack de PCB atenderá a todas estas metas — na verdade, apenas placas de 8 camadas podem atender a todos os cinco objetivos. Você deve trabalhar de perto com sua equipe de engenharia de PCB para determinar quais metas são prioridade máxima para seu stackup de PCB.

Outros Fatores a Considerar ao Criar um Stack Multicamada PCB

Além dos objetivos acima, existem outros fatores de design a considerar ao desenvolver um stack multicamada de PCB. Alguns dos problemas essenciais a resolver incluem o seguinte:

• Deslocamento entre camadas: Camadas podem facilmente ser deslocadas ao criar um stack multicamada de PCB. Para prevenir, use um método de fusão a quente e rebite e pino para design de lado da placa.
• Measling no stackup: Delaminação na forma de measling é comum ao empilhar placas. Para prevenir, adicione pads com placa epóxi ao arranjar as placas juntas. Estes pads ajudarão a equilibrar a pressão para eliminar measling.
• Materiais de núcleo: PCBs de camada única podem ser feitos com materiais de substrato padrão ou núcleos de alumínio. No entanto, é importante notar que PCBs de núcleo de alumínio não estão disponíveis para stackups multicamadas, pois PCBs multicamadas de alumínio são extremamente difíceis de fabricar.
• Consistência de material: PCBs multicamadas devem usar materiais dos mesmos fabricantes para tanto núcleo quanto prepreg. Usar material de diferentes fabricantes pode resultar em problemas durante a laminação.
• Empenamento e torção: Problemas de empenamento e torção podem surgir se o cobre for distribuído desigualmente em stackups multicamadas. Por esta razão, designers de PCB devem projetar todos os PCBs multicamadas simetricamente — pesos de cobre, espessura de prepreg e espessura de núcleo devem ser simétricos.

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

Tipos Comuns de Stackups de Camadas PCB

Agora que você conhece os fundamentos de design para procurar em stackups multicamadas de PCB, é importante saber os tipos de stackups disponíveis e como escolher o design de stackup certo para suas necessidades. Existem cinco tipos de stackups de camadas PCB — 2 camadas, 4 camadas, 6 camadas, 8 camadas e 10 camadas. Quantas camadas você precisa é determinado principalmente pelo tamanho do circuito, tamanho da placa e requisitos EMC para a placa. A partir daí, você pode determinar o layout da placa.

Cada tipo de placa é descrito em mais detalhes abaixo, junto com as condições sob as quais são frequentemente usadas.

2 Camadas

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

• Camada de sinal: Esta camada superior consiste em cobre com espessura aproximada de 0,0014 (1 oz.) polegadas 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 os lados da placa.
• Camada inferior: Esta segunda camada de cobre é semelhante à camada de sinal com espessura aproximada de 0,0014 polegadas (1 oz.) a 0,0021 polegadas (2 oz.).

Estes PCBs são baratos e relativamente fáceis de produzir, razão pela qual são frequentemente favorecidos sobre designs de 4, 6, 8 e 10 camadas mais caros. Eles também são altamente funcionais, pois não há atrasos de propagação, e tendem a ter menos problemas potenciais de design comparados a outras opções de stackup.

4 Camadas

Em termos de stackups de PCB, PCBs de 4 camadas são a segunda opção mais comum em placas multicamadas. Estes PCBs têm quatro camadas para rotear sinais elétricos. Estas camadas são sanduichadas juntas, com uma camada superior e inferior no exterior e duas camadas internas contidas entre elas. As camadas superior e inferior são onde componentes e roteamento são colocados. As camadas internas, no entanto, não podem fazer conexões externas, então são frequentemente usadas como planos de potência ou para roteamento de sinal, o que ajuda a melhorar a qualidade de sinais de trilha e reduz emissões EMI. Não é recomendado tornar as camadas internas camadas de sinal — se você precisa de quatro camadas de sinal, é recomendado olhar para uma placa de 6 camadas.

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

• Camada superior
• Prepreg
• Camada interna 1
• Núcleo
• Camada interna 2
• Prepreg
• Camada inferior

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

6 Camadas

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

• Camada superior
• Prepreg
• Plano de terra
• Núcleo
• Camada de roteamento
• Prepreg
• Camada de roteamento
• Núcleo
• Plano de potência
• Prepreg
• Camada inferior

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

No entanto, este design não é eficaz para todas as aplicações. Designs de alta velocidade, por exemplo, mantêm planos de terra e potência próximos um do outro. Designs feitos para baixas emissões EMI, por outro lado, têm planos de terra extras para ajudar com blindagem. Se você está se perguntando qual variação de design funcionará melhor para sua aplicação, sempre trabalhe de perto com seu designer e fornecedor de PCB para determinar as melhores opções.

8 Camadas

O stackup de PCB de 8 camadas oferece ainda mais opções que a placa de 6 camadas, adicionando duas camadas a mais para roteamento ou desempenho. Também é a primeira placa listada que pode alcançar todos os cinco objetivos para design de PCB multicamada.

Stackups típicos de PCB de 8 camadas apresentam as camadas de potência e terra no centro, oferecendo boa capacitância entre camadas, bem como separação entre o segundo e terceiro planos de sinal para proteger a integridade do sinal. Isso resulta em um stackup comum de PCB de 8 camadas que se parece com o seguinte:

• Camada de sinal 1
• Prepreg
• Plano de terra
• Núcleo
• Camada de sinal 2
• Prepreg
• Plano de potência
• Núcleo
• Plano de terra
• Prepreg
• Camada de sinal 3
• Núcleo
• Plano de potência
• Prepreg
• Camada de sinal 4

Estes PCBs não apresentam mais de quatro planos de sinal — em vez de planos de sinal adicionais, estes PCBs apresentam mais planos de terra e potência para otimizar desempenho EMC. Embora isso possa parecer menos que ideal considerando o custo adicional de fabricar um PCB de 8 camadas sobre um de 6 camadas, há uma boa razão para escolher esta opção. Embora PCBs de 8 camadas sejam mais caros que opções de 2, 4 e 6 camadas, o aumento percentual no custo de uma placa de 8 camadas sobre uma de 6 camadas é menor que o aumento percentual no custo de uma placa de 6 camadas sobre uma de 4 camadas. O menor aumento torna muito mais fácil justificar o aumento de custo para o desempenho de emissões melhorado.

10 Camadas

Se seu design requer seis camadas de roteamento, então você deve olhar para uma placa de 10 camadas. Um stack de PCB de 10 camadas apresenta seis camadas de sinal e quatro planos, com acoplamento apertado entre planos de sinal e retorno. Designs típicos de 10 camadas são arranjados no seguinte:

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

Para este arranjo, sinais de alta velocidade são tipicamente roteados nas camadas de sinal internas. Quando empilhados e roteados apropriadamente, esta configuração pode fornecer tanto excelente integridade de sinal quanto ótimo desempenho EMC. Não é recomendado substituir qualquer um dos planos de aterramento ou potência por camadas de sinal adicionais, pois isso pode resultar em desempenho ruim.

MCL é sua Fonte para PCBs Multicamadas de Qualidade

Stackups multicamadas de PCB são uma excelente opção se você precisa de funcionalidade aumentada no seu PCB. Embora custos de fabricação e necessidades de design aumentem com cada camada adicional, a troca por funcionalidade e melhorias EMC pode facilmente valer o custo, especialmente com o mundo se tornando cada vez mais compacto. Independentemente do número de camadas que você precisa, no entanto, você também precisa de um fornecedor de PCB experiente. A Millennium Circuits pode ajudar.

Millennium Circuits Limited é um líder da indústria em PCBs baseado na Pensilvânia com clientes em uma variedade de indústrias ao redor do globo. Consistentemente entregamos placas de circuito impresso de alta qualidade aos nossos clientes, apoiados por inovação, garantia de qualidade e anos de experiência no campo. Fornecemos placas rígido-flex, placas HDI e stackups, entre muitos outros produtos relacionados a PCB. Não importa quantas camadas você está procurando, você pode confiar na MCL para fornecer placas de qualidade sempre.

Você também pode trabalhar com a MCL para avaliar seu PCB. Oferecemos uma verificação gratuita de arquivo PCB com cada pedido, garantindo que seu design esteja livre de erros. Também temos um programa de controle de qualidade que inclui uma equipe treinada apoiada por instrumentos de teste e medição de última geração, que usamos para garantir conformidade do produto com padrões IPC A-600 e quaisquer requisitos adicionais do cliente.

Para completar, a MCL está comprometida em entregar o melhor serviço aos nossos clientes. Para este fim, oferecemos uma estimativa gratuita em nossos serviços. Além disso, podemos dar um orçamento dentro de um dia útil. Nosso objetivo é ser o único fornecedor de PCB que você precisará.

Contate MCL para Orçamento Grátis Hoje

Millennium Circuits Limited fornece uma ampla variedade de PCBs e produtos PCB, incluindo placas de circuito multicamadas. Para mais informações sobre stackups de PCB e as opções que a MCL pode oferecer, você pode falar com a equipe de especialistas da MCL. Contate a Millennium Circuits hoje com perguntas que você possa ter sobre stackups multicamadas.