As pessoas esperam que os produtos eletrônicos sejam ricos em funções, mas também exigem que sejam pequenos e portáteis, o que traz novos desafios aos projetistas de placas de circuito. Para isso, os projetistas recorrem a PCBs multicamadas, que oferecem maior espaço para mais sinais e circuitos eletrônicos para permitir maior funcionalidade. No entanto, o sucesso Design PCB depende de uma análise cuidadosa do empilhamento de PCBs. Este componente crítico impacta diretamente o desempenho, a confiabilidade, o custo e a capacidade de fabricação da placa de circuito. Neste artigo, você encontrará orientações sobre o projeto de empilhamento de PCBs, incluindo regras, sugestões e exemplos para ajudá-lo a concluir seu projeto com mais eficiência.
O que é PCB Stackup?
Empilhamento de PCB refere-se ao arranjo de camadas de cobre e isolantes que constituem uma placa de circuito impresso. Um empilhamento típico de PCB consiste em camadas alternadas de cobre e material isolante, como camadas pré-impregnadas e núcleo. As camadas de cobre contêm os circuitos e servem como caminhos condutores para os sinais eletrônicos na placa.
O empilhamento do PCB é um aspecto essencial do projeto da placa e determina as propriedades elétricas da placa, incluindo integridade do sinal, distribuição de energia e compatibilidade eletromagnética (EMC). Também afeta as propriedades mecânicas e térmicas da placa. O número de camadas usadas em um empilhamento de PCB pode ser flexível e é determinado pela complexidade do circuito e pelos pré-requisitos específicos do projeto.
Um empilhamento de PCB de duas camadas é o mais simples e comum, mas projetos de alta densidade podem exigir quatro ou mais camadas para acomodar os componentes e o roteamento necessários. Os projetistas devem considerar cuidadosamente o empilhamento de PCB durante o processo de projeto para garantir que a placa atenda aos requisitos elétricos e mecânicos necessários, além de ser econômica na fabricação. Um projeto de empilhamento adequado pode ajudar a minimizar a perda de sinal, reduzir a interferência eletromagnética e fornecer uma rede de distribuição de energia estável, resultando em uma placa de circuito mais confiável e de alto desempenho.
Regras e dicas para projeto de empilhamento de PCB
Gerenciar um bom stackup requer seguir centenas de regras e critérios, mas alguns dos mais importantes são:
- Placas de plano de aterramento são a opção preferida, pois permitem o roteamento de sinal em configurações microstrip ou stripline, resultando em menores níveis de impedância de aterramento e ruído de aterramento.
- Para evitar a radiação de sinais de alta velocidade, é importante direcioná-los em camadas intermediárias entre diferentes níveis, usando planos de aterramento como escudos.
- As camadas de sinal devem ser colocadas o mais próximo possível umas das outras, mesmo que estejam em planos adjacentes, e sempre próximas a um plano.
- Ter vários planos de aterramento é benéfico, pois diminui a impedância de aterramento da placa e reduz a radiação.
- É crucial ter um forte acoplamento entre os planos de energia e de aterramento.
- Uma seção transversal é aconselhável do ponto de vista mecânico para evitar deformações.
- Se os níveis de sinal estiverem próximos aos níveis do plano, seja terra ou energia, a corrente de retorno pode fluir pelo plano adjacente, o que ajuda a reduzir a indutância do caminho de retorno.
- Para melhorar o desempenho de ruído e EMI, uma maneira viável é reduzir a espessura do isolamento entre uma camada de sinal e seu plano vizinho.
- Ao escolher materiais com base em suas propriedades elétricas, mecânicas e térmicas, é crucial considerar a espessura de cada camada de sinal, levando em conta as espessuras padrões e as características de vários tipos de materiais de circuitos impressos.
- Um software de alta qualidade deve ser usado para projetar o empilhamento, selecionando os materiais apropriados da biblioteca e realizando cálculos de impedância com base em suas dimensões.
Material e espessura recomendados
Os três componentes principais de um conjunto de PCBs são cobre, isolamento e plano de aterramento. As opções de material e a espessura de cada um deles desempenham um papel crucial na determinação de suas características de desempenho.
- Camadas de Cobre
Existem vários tipos de cobre disponíveis, cada um com sua própria temperatura de fusão, condutividade elétrica e taxa de expansão térmica. A seleção do cobre geralmente se baseia nos requisitos de projeto. Vale ressaltar que camadas mais espessas de cobre melhoram a robustez geral do projeto, mas também aumentam o custo da placa.
- Camadas de Isolamento
FR-4 Materiais com revestimento de epóxi, epóxi de vidro e parileno são os tipos de materiais isolantes mais utilizados em PCBs. A escolha dos materiais isolantes adequados depende do ambiente de aplicação. Para melhorar a blindagem EMI e a durabilidade da placa, é aconselhável usar uma camada isolante o mais espessa possível. No entanto, se a camada isolante for muito espessa, pode afetar a qualidade dos traços e vias.
- Camadas do Plano de Solo
Cobre e níquel são os materiais de aterramento mais utilizados. A seleção dos materiais de aterramento é baseada nos requisitos de projeto e no tipo de máscara de solda. A espessura recomendada para o aterramento é entre 0.1 mm e 0.25 mm. Embora um aterramento mais espesso proporcione melhor desempenho, ele também leva a um aumento no tamanho da placa.
Exemplos de projeto de empilhamento de PCB
Empilhamento de PCB de 4 camadas
Um conjunto padrão de PCBs de 4 camadas normalmente apresenta uma camada central espessa no centro da placa, cercada por duas camadas mais finas de pré-impregnado, com as camadas superficiais usadas principalmente para sinais e montagem de componentes. As camadas internas geralmente são dedicadas às redes de energia e aterramento. Vias passantes são comumente usadas para fornecer conexões entre as camadas. Uma máscara de solda com pads expostos é aplicada às camadas externas para permitir a montagem de componentes SMD e passantes.
Empilhamento de PCB de 6 camadas
O design de um empilhamento de PCB de 6 camadas é comparável ao de um design de 4 camadas, mas possui duas camadas de sinal adicionais posicionadas entre os planos, resultando em duas camadas enterradas, ideais para sinais de alta velocidade, e duas camadas superficiais, adequadas para o roteamento de sinais de baixa velocidade. Posicionar as camadas de sinal próximas aos planos adjacentes e usar um núcleo central mais espesso para atingir a espessura desejada da placa (por exemplo, 62 MIL) pode melhorar significativamente o desempenho de EMI.
Empilhamento de PCB de 8 camadas
Para um empilhamento de PCB de 8 camadas, o projeto deve incluir pelo menos três planos de alimentação/terra para aumentar a compatibilidade eletromagnética (EMC) e minimizar problemas relacionados à EMI. Engenheiros e projetistas de PCB normalmente consideram os requisitos do circuito ao projetar o arranjo de empilhamento.
Conclusão
O projeto de empilhamento de PCBs é um aspecto crucial tanto para engenheiros eletrônicos quanto para designers. Para produzir eletrônicos de alta qualidade, vários fatores devem ser considerados. Sem um empilhamento de PCBs bem projetado, a qualidade e o desempenho do produto final podem ser bastante comprometidos. Portanto, é importante que os designers analisem cuidadosamente selecionar os materiais de PCB apropriados e construção para resultados ideais. Se você não tem experiência em projeto de empilhamento de PCB, considere trabalhar com um especialista em projeto de PCB. A equipe de PCB da Tecnologia MOKO possui vasta experiência em projetos de empilhamentos complexos, incluindo empilhamentos multicamadas e HDI. Podemos ajudá-lo a projetar um empilhamento econômico e fabricável que atenda a todos os requisitos elétricos.
