Diretrizes de design de empilhamento de PCB

As pessoas esperam que os produtos eletrônicos sejam ricos em funções, mas também exigem que sejam pequenos e portáteis, que traz novos desafios para os projetistas de placas de circuito. Para alcançar isto, designers recorrem a PCB multicamadas, que oferecem maior espaço para mais sinais e circuitos eletrônicos para permitir maior funcionalidade. Contudo, bem-sucedido Design de PCB depende de uma consideração cuidadosa da pilha de PCB. Este componente crítico impacta diretamente o desempenho da placa de circuito, confiabilidade, custo, e capacidade de fabricação. Neste artigo, você encontrará orientação sobre design de empilhamento de PCB, incluindo regras, sugestões, e exemplos para ajudá-lo a concluir melhor seu design de empilhamento.

O que é empilhamento de PCB?

Stackup PCB refere-se ao arranjo de cobre e camadas isolantes que constituem uma placa de circuito impresso. Um empilhamento típico de PCB consiste em camadas alternadas de cobre e material isolante, como pré-impregnados e camadas de núcleo. As camadas de cobre contêm o circuito e servem como caminhos condutores para os sinais eletrônicos na placa.

O empilhamento do PCB é um aspecto essencial do design da placa e determina as propriedades elétricas da placa, incluindo integridade do sinal, distribuição de poder, e compatibilidade eletromagnética (EMC). Também afeta as propriedades mecânicas e térmicas da placa. O número de camadas usadas em uma pilha 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 necessários e roteamento. Os projetistas devem considerar cuidadosamente o empilhamento do PCB durante o processo de projeto para garantir que a placa atenda aos requisitos elétricos e mecânicos necessários e, ao mesmo tempo, seja econômica para fabricar. O design 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 de design de empilhamento de PCB

Gerenciar um bom stackup requer seguir centenas de regras e critérios, mas alguns dos mais importantes são:

1. Placas de plano de aterramento são a opção preferida, pois permitem o roteamento de sinal em configurações microstrip ou stripline, resultando em menor impedância de solo e níveis de ruído de solo.
2. Para evitar a radiação de sinais de alta velocidade, é importante encaminhá-los em camadas intermediárias entre diferentes níveis, ao usar planos de terra como escudos.
3. As camadas de sinal devem ser colocadas o mais próximo possível umas das outras, mesmo que estejam em planos adjacentes, e sempre ao lado de um avião.
4. Ter vários planos de aterramento é benéfico, pois reduz a impedância de aterramento da placa e reduz a radiação.
5. É crucial ter um forte acoplamento entre os planos de energia e terra.
6. Uma seção transversal é aconselhável do ponto de vista mecânico para evitar deformações.
7. Se os níveis de sinal estiverem próximos aos níveis de plano, aterramento ou energia, a corrente de retorno pode fluir através do plano adjacente, o que ajuda a reduzir a indutância do caminho de retorno.
8. Para melhorar o desempenho de ruído e EMI, uma maneira factível é reduzir a espessura do isolamento entre uma camada de sinal e seu plano vizinho.
9. Ao escolher materiais com base em suas propriedades elétricas, mecânico, e propriedades térmicas, é crucial considerar a espessura de cada camada de sinal, tendo em conta as espessuras padrão e as características de vários tipos de materiais de circuito impresso.
10. 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 principais componentes de uma pilha de PCB são cobre, isolamento, e plano de terra. E as opções de material e espessura para cada um deles desempenham um papel crítico na determinação de suas características de desempenho.

• Camadas de Cobre

Existem vários tipos de cobre disponíveis, cada um com sua própria temperatura de fusão única, condutividade elétrica, e taxa de expansão térmica. A seleção de cobre é normalmente baseada nos requisitos de projeto. Vale a pena notar que camadas de cobre mais espessas melhoram a robustez geral do design, mas também aumentar o custo da placa.

• Camadas de isolamento

FR-4 epóxi, vidro epóxi, e materiais revestidos com parileno são os tipos de materiais isolantes mais usados ​​em PCBs. E a escolha dos materiais de isolamento apropriados depende do ambiente de aplicação. Para melhorar a blindagem EMI e melhorar a durabilidade da placa, é aconselhável usar uma camada de isolamento o mais espessa possível. Contudo, se a camada de isolamento for muito espessa, pode impactar a qualidade dos traces e vias.

• Camadas do plano do solo

Cobre e níquel são os materiais de plano de aterramento mais amplamente utilizados. A seleção dos materiais do plano de aterramento é baseada nos requisitos de projeto e no tipo de máscara de solda. A espessura recomendada para o plano de terra está entre 0.1 mm e 0.25 milímetros. Embora um plano de terra mais espesso produza melhor desempenho, também leva a um aumento no tamanho do tabuleiro.

Exemplos de Design de Empilhamento de PCB

• 4 empilhamento de camada de PCB

Uma pilha de PCB padrão de 4 camadas normalmente apresenta uma camada de núcleo espessa no centro da placa, rodeado por duas camadas mais finas de pré-impregnados, com as camadas de superfície usadas principalmente para sinais e montagem de componentes. As camadas internas são frequentemente dedicadas a redes de energia e de aterramento. As vias through-hole são comumente usadas para fornecer conexões entre as camadas. A máscara de solda com almofadas expostas é aplicada às camadas externas para permitir a montagem de componentes SMD e de passagem.

• 6 empilhamento de camada de PCB

O design de um empilhamento de PCB de 6 camadas é comparável ao de um design de 4 camadas, mas tem duas camadas de sinal adicionais colocadas entre os planos, resultando em duas camadas enterradas que são ideais para sinais de alta velocidade e duas camadas de superfície que são adequadas para roteamento de sinais de baixa velocidade. Colocar as camadas de sinal perto de seus planos adjacentes e usar um núcleo central mais espesso para obter a espessura desejada da placa (por exemplo., 62 MIL) pode melhorar muito o desempenho de EMI.

• 8 empilhamento de camada de PCB

Para um empilhamento de PCB de 8 camadas, o projeto deve incluir pelo menos três planos de energia/terra para aumentar a compatibilidade eletromagnética (EMC) e minimizar problemas relacionados a EMI. Os engenheiros e projetistas de PCB normalmente consideram os requisitos do circuito ao projetar o arranjo empilhado.

Conclusão

O design de empilhamento de PCB é um aspecto crucial para engenheiros e designers eletrônicos. A fim de produzir eletrônicos de alta qualidade, vários fatores devem ser levados em consideração. Sem um empilhamento de PCB bem projetado, a qualidade e o desempenho do produto final podem ficar muito comprometidos. Portanto, é importante que os designers tenham cuidado selecione os materiais de PCB apropriados e construção para ótimos resultados. Se você não tem experiência em design de empilhamento de PCB, considere trabalhar com um especialista em design de PCB. A equipe do PCB Tecnologia MOKO tem uma vasta experiência na concepção de empilhamentos complexos, incluindo multicamadas e empilhamentos HDI. Podemos ajudá-lo a projetar um empilhamento econômico e fabricável que atenda a todos os requisitos elétricos.