Como determinar o número de camadas em PCBs

As placas de circuito impresso (PCBs) consistem de uma camada a várias camadas de materiais dielétricos e condutores. Quando ligadas a placas, essas camadas carregam circuitos que alimentam uma vasta gama de eletrodomésticos, como despertadores, utensílios de cozinha, suprimentos de mesa, computadores e dispositivos móveis.


PCBs também são usados ​​em uma vasta gama de ferramentas e máquinas industriais, bem como dispositivos médicos, computadores governamentais e sistemas de armazenamento e equipamentos aeroespaciais. O número de camadas e as dimensões de uma placa específica determinam a distribuição de energia de uma PCB.

O que são PCBs multicamadas?

As camadas de PCB são o fator determinante na potência e capacidade de uma placa de circuito impresso. As pessoas muitas vezes se perguntam se um PCB de uma camada será suficiente ou se é melhor usar um PCB de duas ou quatro camadas - dica:não existe um PCB de três camadas - ou algo na faixa de multicamadas.


Embora o número de camadas dependa em grande parte do seu orçamento e necessidades funcionais em uma placa PCB, isso leva à pergunta - o que exatamente são PCBs multicamadas? Basicamente, "multicamadas" refere-se a qualquer coisa com mais de duas camadas, como um PCB de 4 camadas ou algo na faixa de 6 camadas a 12 ou mais.

5 perguntas para decidir o número de camadas em PCBs multicamadas

Ao considerar quantas camadas seriam ideais em uma ordem de PCBs, você precisa considerar os fatores que tornam uma multicamada favorável a uma camada única ou dupla e vice-versa.


1. Como minha placa de circuito impresso será usada?


Ao calcular as necessidades de uma placa de circuito impresso, considere os tipos de máquinas e dispositivos nos quais seus PCBs serão usados ​​e as demandas que essas máquinas/dispositivos colocarão no circuito da placa. Esses PCBs serão usados ​​em eletrônicos complexos de alta tecnologia ou em itens mais simples com funções mínimas?


2. Que frequência de operação é necessária?


Ao levar essas questões em consideração, considere o que você precisará em termos de frequência de operação. Seus parâmetros determinam as funções e a capacidade de um PCB. Para maior velocidade e capacidade operacional, PCBs multicamadas são essenciais.


3. Qual é o meu orçamento para o projeto?


Outras coisas a serem consideradas são os custos de fabricação de PCBs de camada simples e dupla versus multicamadas. Se você quiser ter a maior capacidade possível na tecnologia de placas de circuito atual, precisará pagar pelos altos custos de fabricação envolvidos.


4. Com que rapidez preciso dos PCBs?


O tempo de espera - o tempo que leva para fabricar um conjunto de PCBs de uma ou várias camadas - também é algo a ser considerado quando você solicita uma grande remessa de placas de circuito impresso. O prazo de entrega para placas de uma e duas camadas pode ser de 8 a 14 dias, dependendo do tamanho da área da placa. Então, novamente, se você estiver disposto a pagar mais ou menos, o prazo de entrega pode ser tão curto quanto cinco dias ou até um mês.

O prazo de entrega aumentará, por tamanho de placa, a cada camada que você adicionar ao pedido. PCBs na faixa de quatro a 20 camadas podem ter um tempo de espera de 12 a 32 dias, dependendo se você deseja que as placas tenham dimensões pequenas ou grandes.


5. Que densidade e camadas de sinal são necessárias?


O número de camadas de PCB também depende da densidade dos pinos e das camadas de sinal. Conforme indicado pelo gráfico abaixo, uma densidade de pinos de 1,0 exigirá 2 camadas de sinal, e o número de camadas necessárias aumenta à medida que a densidade de pinos cai. Com uma densidade de pinos de 0,2 ou menos, você precisará de PCBs com pelo menos 10 camadas.

Pin Density	Número das Camadas de Sinal	Número da camada de PCBs multicamadas
>1.0	2	2
0,6-1,0	2	4
0,4-0,6	4	6
0,3-0,4	6	8
0,2-0,3	8	12
<0.2	10	>14

PCBs de camada única

Um PCB de camada única consiste em uma camada laminada e soldada de material dielétrico e condutor. Como um componente inicial de equipamentos eletrônicos, o PCB de camada única está em uso desde o final da década de 1950. Ainda hoje, apesar de seu relativo primitivismo pelos padrões modernos em eletrônicos domésticos, o PCB de camada única permanece comum em todo o mundo.


A construção de um PCB de camada única é simples, pois consiste em uma dialética termicamente condutora que é coberta primeiro com um laminado de cobre e finalizada com uma máscara de solda. As ilustrações do PCB de camada única geralmente mostram três faixas de cores para representar a camada e suas duas tampas - cinza para a própria camada dielétrica, marrom para o laminado de cobre e verde para a máscara de solda.


Devido ao seu design simples, os PCBs de camada única são fáceis de fabricar em grandes quantidades e, portanto, são os mais econômicos de todas as placas de circuito impresso. Embora a camada única seja um componente tecnológico limitado pelos padrões contemporâneos, ela ainda oferece aos fabricantes os seguintes benefícios:
• Um design simples que a maioria dos fabricantes pode entender facilmente
• Descomplicado e, portanto, improvável de apresentar problemas de produção
• Acessível e conveniente para produção em grandes quantidades

Hoje, os PCBs de camada única são fabricados com uma espessura de laminado de cobre de uma a 20 onças. PCBs de camada única são projetados para operar em uma faixa de temperatura entre 130 e 230 graus Celsius.


Nas décadas anteriores, PCBs de camada única eram usados ​​na maioria dos dispositivos elétricos. Hoje, a maioria dos eletrônicos domésticos de alta tecnologia mudou para PCBs multicamadas, que são otimizados para uma gama mais complexa de demandas. No entanto, o PCB de camada única ainda é comum em alguns dos dispositivos mais simples em salas de estar, cozinhas e escritórios, incluindo:
• Calculadoras - Algumas das calculadoras mais básicas funcionam com PCBs de camada única.
• Rádios - Alguns rádios, como os rádios despertadores de baixo preço de lojas de suprimentos em geral, geralmente usam PCBs de camada única.
• Cafeteiras - Os aparelhos para fazer café geralmente usam PCBs de camada única.

O PCB de camada única também é comum em sensores, luzes LED, impressoras, câmeras de vigilância e circuitos de temporização.

PCBs de camada dupla

O PCB de duas camadas é o próximo passo na tecnologia de placas de circuito impresso. Com sua maior capacidade, o PCB de duas camadas - alternativamente chamado de PCB de camada dupla - pode suportar uma gama mais ampla de dispositivos eletrônicos contemporâneos do que o PCB de uma camada. Ao mesmo tempo, PCBs de duas camadas são muito menos complicados do ponto de vista de fabricação do que as várias placas de circuito impresso multinível no mercado atual. Como tal, o de duas camadas é a opção de PCB mais utilizada.


Um PCB de duas camadas é muito parecido com um PCB de uma camada, mas com uma metade inferior invertida com imagem espelhada. Com o PCB de duas camadas, a camada dielétrica é mais espessa do que na camada única. Além disso, o dielétrico é laminado com cobre nos lados superior e inferior. Além disso, a laminação é coberta com máscara de solda na parte superior e inferior.

As ilustrações do PCB de duas camadas geralmente se parecem com um sanduíche de três camadas, com uma espessa camada cinza no meio que representa o dielétrico, tiras marrons gêmeas acima e abaixo que representam o cobre e tiras verdes finas ao longo da parte superior e inferior que representam a máscara de solda.


Graças aos seus lados superior e inferior iguais, o PCB de duas camadas permite mais rastreamentos de roteamento. Os benefícios do PCB de duas camadas incluem o seguinte:
• Uma flexibilidade de design que o torna adequado para uma ampla gama de dispositivos
• Circuito denso que o torna adequado para uma variedade de aplicações modernas
• Construção de baixo custo, o que o torna conveniente para produção em massa
• Design simples, o que facilita o entendimento de fabricantes de todo o mundo
• Tamanho pequeno, o que permite caber em uma variedade de dispositivos


PCBs de duas camadas são aplicáveis ​​a uma vasta gama de dispositivos eletrônicos simples e mais complexos. Exemplos de dispositivos fabricados em massa que continham PCBs de duas camadas incluem o seguinte:
• Unidades HVAC - Os sistemas de aquecimento e refrigeração residenciais de várias marcas contêm placas de circuito impresso de camada dupla.
• Amplificadores - O O PCB de duas camadas equipou as unidades amplificadoras usadas por vários músicos.
• Impressoras - Uma variedade de periféricos de computador dependem de PCBs de duas camadas.


O PCB de duas camadas também tem sido usado em relés de controle, fontes de alimentação, iluminação LED, reatores de linha, equipamentos de teste e máquinas de venda automática.

PCBs de quatro camadas

Uma placa de quatro camadas consiste em um conjunto mais complexo de camadas do que o PCB de uma ou duas camadas. Enquanto tanto o PCB de camada simples quanto o de dupla camada contêm uma única fileira de material dielétrico, o PCB de quatro camadas contém vários. Tal como acontece com todas as placas de circuito impresso multinível, o PCB de quatro camadas inclui várias camadas de material condutor e cobre entre as máscaras de solda superior e inferior.

A pilha de PCB de quatro camadas consiste nas seguintes camadas:
• Quatro tiras de cobre condutor
• Três camadas dielétricas internas - duas pré-impregnadas e um núcleo
• Camadas de máscara de solda dielétricas gêmeas na parte superior e inferior


No design de PCB de 4 camadas, as 4 tiras de cobre são divididas internamente por 3 dielétricos internos e seladas na parte superior e inferior por máscara de solda. Geralmente, as regras de design de PCB de 4 camadas são ilustradas com 9 tiras e 3 cores - marrom para cobre, cinza para núcleo e pré-impregnados e verde para máscara de solda.


Mesmo que as ilustrações comuns do design de PCB de quatro camadas pareçam indicar que as camadas pré-impregnadas e do núcleo consistem do mesmo material, a primeira não é totalmente curada e, portanto, é mais macia que o núcleo. Durante o processo de fabricação, calor e pressão são aplicados ao empilhamento de quatro camadas que faz com que o pré-impregnado e o núcleo derretam e unam as camadas.


As PCBs de quatro camadas são vantajosas para os fabricantes em várias frentes, pois essas e outras placas de circuito impresso multicamadas oferecem os seguintes benefícios:
• Durabilidade - A PCB de quatro camadas é mais forte do que as placas de uma e duas camadas.
/>• Tamanho compacto - O design pequeno do PCB de quatro camadas pode caber em uma vasta gama de dispositivos.
• Flexibilidade - O PCB de quatro camadas pode funcionar em vários tipos de eletrônicos, simples e complexos.
• Seguro - Com o alinhamento adequado das camadas de alimentação e terra, o PCB de quatro camadas protege contra interferência eletromagnética.
• Leve - Dispositivos equipados com PCBs de quatro camadas têm menos necessidade de fiação interna e, portanto, geralmente pesam menos.


Embora a produção de placas multiníveis exija maior experiência, qualquer custo adicional de PCB de quatro camadas é recuperado dez vezes pelos produtos de maior valor que as quatro camadas podem suportar mecanicamente. Alguns dos dispositivos modernos mais essenciais para apresentar PCBs de quatro camadas incluem o seguinte:
• Sistemas de satélite - PCBs multinível equiparam os satélites em órbita que permitiram a comunicação em escala global.
• Dispositivos portáteis - Telefones e tablets são frequentemente equipados com PCBs de quatro camadas.
• Equipamento de sonda espacial - Placas de circuito impresso multicamadas alimentam dispositivos de exploração espacial que nos permitem ver longe na galáxia.

PCBs de quatro camadas também são comuns em equipamentos de raios X, servidores de arquivos, aceleradores atômicos, tecnologia de varredura CAT e sistemas de detecção nuclear. Mais do que PCBs de uma e duas camadas, as placas de circuito de quatro camadas também podem ser benéficas para processos em que a diafonia é um problema.

PCBs de seis camadas

O PCB de seis camadas é onde a tecnologia da placa de circuito realmente começa a entrar nos aspectos mais avançados da eletrônica de hoje. Com o PCB de seis camadas, os fabricantes podem alimentar uma variedade de produtos de tecnologia comercial, dispositivos de saúde e maquinário industrial.


O empilhamento de PCB de seis camadas é semelhante ao de quatro camadas, mas com duas camadas extras de cobre e duas fileiras adicionais de material dielétrico. No empilhamento de seis camadas, a segunda e a quarta fileiras dielétricas são rotuladas como "núcleo" e a primeira, terceira e quinta são pré-impregnadas. Das seis filas de cobre condutoras, a segunda e a quinta são planas e as restantes são sinal.


Desde o seu desenvolvimento, os PCBs de 6 camadas têm sido uma benção para a indústria eletrônica. Com sua vasta superioridade tecnológica em relação às placas de camada única e dupla, elas permitiram que os fabricantes apresentassem uma série de dispositivos inovadores ao público. Algumas das principais vantagens dos PCBs de seis camadas incluem:
• Resistência - O PCB de seis camadas é mais espesso e, portanto, mais forte do que seus predecessores de camadas mais finas.
• Compacidade - Com seis camadas, placas dessa espessura possuem maior capacidade tecnológica, podendo, portanto, consumir menos largura.
• Alta capacidade - PCBs com seis ou mais camadas fornecem aos dispositivos eletrônicos uma potência ideal e reduzem muito a possibilidade de cross-talk e interferência eletromagnética.

Placas de circuito impresso multinível de seis camadas ou mais permitiram que a tecnologia de computadores crescesse aos trancos e barrancos nas últimas duas décadas. PCBs deste nível têm avançado com a seguinte eletrônica:
• Computadores - PCBs de 6 camadas ajudaram a alimentar a rápida evolução dos computadores pessoais, que se tornaram mais compactos, leves e rápidos.
• Armazenamento de dados - O A alta capacidade de PCBs de seis camadas tornou os dispositivos de armazenamento de dados cada vez mais engenhosos na última década.
• Sistemas de alarme de incêndio - Com placas de circuito de 6 camadas ou mais, os sistemas de alarme tornaram-se cada vez mais precisos na detecção de perigo real momento em que surge.


PCBs de seis camadas também têm sido usados ​​na transmissão de telefones celulares, receptores de fibra óptica, monitores cardíacos, controles industriais e tecnologia GPS.

PCBs multicamadas complexas

À medida que as placas de circuito impresso multicamadas aumentam em número de camadas além dos números quatro e seis, mais camadas de cobre condutor e material dielétrico são adicionadas à pilha.


Por exemplo, um PCB de oito camadas contém quatro camadas de cobre planas e quatro de sinal - oito no total - ligadas por sete fileiras internas de material dielétrico. A pilha de oito camadas é selada na parte superior e inferior com uma máscara de solda dielétrica. Basicamente, a pilha de PCB de oito camadas é muito parecida com a de seis camadas, mas com pares adicionais de colunas de cobre e pré-impregnadas.


A tendência continua com o PCB de 10 camadas, que adiciona mais duas camadas de cobre para um total de seis sinais e quatro camadas planas de cobre - 10 no total. Ligando o cobre na pilha de PCB de 10 camadas estão nove colunas de material dielétrico - cinco pré-impregnados e quatro núcleos. As pilhas de PCB de dez camadas são seladas, como todas as outras, com uma máscara de solda dielétrica na parte superior e inferior.


No momento em que você chega ao empilhamento de PCB de 12 camadas, você tem uma placa com 4 camadas de plano e 8 camadas condutoras de sinal, ligadas por 6 colunas de sinal e 5 núcleos de material dielétrico. As pilhas de PCB de 12 camadas são seladas com máscara de solda dielétrica. Em geral, as ilustrações de PCB multicamadas descrevem as camadas e materiais de ligação com as seguintes cores - marrom para cobre de sinal/plano, cinza para material dielétrico pré-impregnado/núcleo e verde para máscara de solda superior/inferior.

PCBs multicamadas das variedades de oito, 10 e 12 camadas são benéficos em vários dispositivos de alta tecnologia e sistemas de computador. Nas últimas décadas, o desenvolvimento de placas de circuito impresso multicamadas levou ao rápido avanço da tecnologia de computadores - dos sistemas de kHz de antigamente às máquinas de GHz de hoje.


Máquinas e dispositivos em vários setores - comercial, industrial, médico, governamental, aeroespacial - continuam a crescer em velocidade, capacidade, compacidade e facilidade de uso, graças aos rápidos desenvolvimentos proporcionados pelos PCBs multicamadas cada vez mais complexos de hoje.

Distribuições de camada

A maneira mais fácil de pensar em uma placa de circuito impresso é imaginar as camadas como uma lasanha, onde materiais condutores e dielétricos se unem dentro de uma máscara de solda. Placas de quatro camadas, por exemplo, geralmente consistem em camadas uniformemente espaçadas com planos no centro. Embora isso possa fazer a placa parecer simétrica, não necessariamente tem os efeitos mais desejáveis ​​quando se trata de compatibilidade eletromagnética.


Outro arranjo que pode produzir efeitos indesejáveis ​​é emparelhar os dois planos no meio, enquanto a camada de sinal e os planos intercalam grandes dielétricos. Embora esse arranjo permita o armazenamento de carga elétrica no interplano, pode causar transmissão de sinal indesejado e efeitos eletromagnéticos. Por essas razões, os especialistas atuais na área de PCB geralmente optam por placas de pelo menos quatro camadas, em vez de duas.


Para aumentar a compatibilidade eletromagnética de uma placa de quatro camadas, os planos e as camadas de sinal devem ser espaçados o mais próximo possível. Além disso, o núcleo entre o plano de aterramento e a energia deve ser grande. Esse arranjo reduzirá a possibilidade de transmissões de sinais indesejáveis ​​entre os traços e manterá a oposição entre circuitos e correntes em níveis aceitáveis.


Uma faixa ideal de oposição entre o circuito e a corrente estaria na faixa de 50 a 60 ohms. Lembre-se, quando a impedância é baixa, a corrente consumida aumenta, o que é um efeito indesejável. A alta impedância gerará maiores quantidades de interferência eletromagnética e tornará a placa mais vulnerável a interferências externas.

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O mundo de hoje está equipado com dispositivos eletrônicos de todos os tipos que oferecem vários recursos que não seriam tecnologicamente imagináveis ​​há 50 anos. Muitos desses desenvolvimentos são devidos às capacidades oferecidas pelos PCBs. Os PCBs permitem que dispositivos convenientemente compactos executem uma série de tarefas complexas, muitas das quais podem ser solicitadas remotamente.


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