Empilhamento de PCB

O Que é Empilhamento de PCB?

O empilhamento de PCBs refere-se à disposição das 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 de pré-impregnado e de núcleo. As camadas de cobre contêm os circuitos e servem como vias condutoras para os sinais eletrônicos na placa.

O empilhamento da placa de circuito impresso é um aspecto essencial do projeto da placa e determina as propriedades elétricas da placa, inclusive a integridade do sinal, a distribuição de energia e a compatibilidade eletromagnética (EMC). Ele 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 mais comum, mas os 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 da placa de circuito impresso durante o processo de projeto para garantir que a placa atenda aos requisitos elétricos e mecânicos necessários e, ao mesmo tempo, seja econômica na fabricação. O 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.

 Um empilhamento é o curso de ação das camadas de cobre e protetores que compõem uma placa de circuito impresso antes do planejamento do último projeto da placa. Lidar com um empilhamento decente não é, em geral, simples e as organizações que fabricam circuitos impressos multifacetados, por exemplo, a Hitech Circuits, uma empresa chinesa comprometida com a prototipagem rápida de circuitos impressos SMT e segmentos de área cruzada, para especialistas, devem estar na vanguarda.

A existência de várias camadas aumenta a capacidade da placa de transmitir energia, diminui a impedância cruzada, elimina a obstrução eletromagnética e permite a rápida sinalização. Embora um nível de empilhamento permita que você obtenha vários circuitos eletrônicos em uma única placa por meio das diferentes camadas da placa PCB, a construção da configuração de empilhamento da PCB oferece vários benefícios diferentes:

Uma pilha de camadas rígidas de PCB pode ajudar a limitar a fragilidade do circuito à comoção externa, assim como limitar a radiação e reduzir os problemas de impedância e diafonia em estruturas rápidas

Um ótimo empilhamento de PCBs também pode contribuir para uma última criação eficaz e de custo mínimo

Uma pilha correta de camadas de empilhamento de PCBs de 4 camadas pode melhorar a similaridade eletromagnética da tarefa.

Com uma PCB de camada única ou de duas camadas, a espessura da placa é pensada de vez em quando. Não obstante, com a abordagem de PCBs multifacetados, a pilha de materiais está começando a se tornar cada vez mais básica e a última despesa é o fator que influencia todo o empreendimento.

O empilhamento mais simples pode incorporar PCBs de 4 camadas, até os mais imprevisíveis que exigem sobreposição sucessiva competente. Quanto maior a quantidade de camadas, mais o arquiteto tem permissão para desenrolar seu circuito, com menos chances de encontrar arranjos "inimagináveis" por acaso.

As tarefas de cobertura do empilhamento de placas de circuito impresso de 4 camadas compreendem o planejamento das camadas de cobre e das camadas de proteção que compõem um circuito. O empilhamento que você escolhe assume positivamente uma parte significativa na apresentação da placa.

Quais são as Vantagens de Usar o Design de Empilhamento de Camadas?

Ter mais de uma camada na placa de circuito impresso aumentará a capacidade da placa de aumentar o fluxo de energia.

Além disso, a placa de circuito impresso evitará qualquer forma de interferência cruzada durante o estágio de aplicação.

Além disso, você terá uma placa de circuito impresso que não sofrerá interferências eletromagnéticas.

Com a maioria das interferências fora do caminho, você terá uma placa de circuito impresso que funciona em alta velocidade.

Isso se deve ao fato de que você terá vários circuitos eletrônicos na placa de circuito impresso com o aumento do número de camadas.

Além dos benefícios acima, aqui estão outros benefícios que você terá com os empilhamentos de camadas.

Minimizar a Vulnerabilidade do Circuito

Com o empilhamento de camadas, você minimizará a vulnerabilidade do circuito a ruídos provenientes de fontes externas.

Além disso, ele minimizará os casos de radiação e, ao mesmo tempo, diminuirá os problemas de diafonia e impedância em aplicações de alta velocidade.

Produção de Baixo Custo

Ter um bom empilhamento de camadas de placa de circuito impresso também ajudará a eliminar o alto custo de fabricação de PCBs.

Ele colocará vários circuitos em uma única placa, agilizando a produção, reduzindo o desperdício e o custo geral de produção.

Melhore a Compatibilidade Eletromagnética

Você também estará em uma posição melhor para operar máquinas com excelente compatibilidade eletromagnética.

Haverá interferências mínimas, aumentando assim a eficiência da operação dos empilhamentos de camadas.

Quais são os fatores mais importantes a serem considerados ao lidar com o empilhamento de placas?

É preciso ter muito cuidado, especialmente quando se está fazendo ou lidando com o empilhamento de placas.

Esse é um fator importante que deve ajudar a evitar erros que aumentem o ruído e a radiação do circuito.

Para evitar cometer esses erros, você deve considerar fatores específicos ao lidar com o empilhamento das placas.

Aqui estão os principais fatores a serem considerados para evitar erros no empilhamento das camadas da placa de circuito impresso.

Número de Camadas   

PCB de Várias Camadas

É preciso saber o número de camadas que você terá na placa de circuito impresso, dependendo das especificações da aplicação.

Com esse conhecimento em mãos, você estará em uma posição melhor para determinar o resultado final de todo o processo.

Tipos de Planos

Você também deve ter conhecimento sobre os tipos de planos que usará nos planos de alimentação e de aterramento.

Além disso, é preciso entender o número certo de planos necessários para suas aplicações de pilha de camadas de PCB.

Sequência e Classificação de Níveis

Aqui, você deve saber a quantidade de níveis de classificação e sequenciamento que envolverá na fabricação dos empilhamentos de camadas.

Esse é um aspecto muito importante que varia de acordo com o número de camadas e o tipo de planos que você tem.

Espaçamento

É preciso ter muito cuidado com os níveis de espaçamento entre as camadas no empilhamento de camadas da PCB.

Evidentemente, o nível de espaçamento também será proporcional ao resultado de desempenho que você espera da placa de circuito impresso.

Quais considerações você deve levar em conta ao decidir o número de camadas?

Há muito poucas considerações que as pessoas fazem sobre outros fatores além do número de camadas.

Ao considerar o número de camadas no empilhamento da placa de circuito impresso, há diferentes coisas que você precisa saber.

Aqui estão os principais fatores a serem considerados quando se analisa o número de camadas no empilhamento de camadas.

Número de Camadas na PCB

Número de Sinais

Você deve observar o número de sinais que terá em toda a placa de circuito impresso.

Além do número, você também deve levar em conta o custo dos sinais a serem roteados na placa de circuito impresso.

Frequência de Operação

Você também deve saber a frequência com que sua placa de circuito impresso operará em relação ao número de camadas.

Esse fator não só terá impacto sobre o número de camadas, mas também sobre o número de sinais.

Requisitos de Emissão

Você também deve determinar o impacto que a PCB terá sobre o meio ambiente em termos de emissões.

Nesse caso, você precisa classificar as emissões em emissões de Classe A ou de Classe B.

Posição da placa de circuito impresso

Aqui, você examinará a localização da PCB e determinará se ela estará em um recipiente de proteção ou não.

Você terá mais liberdade para ter mais camadas na PCB caso a posicione em um contêiner de proteção.

Regulamentos de EMC

Também é preciso saber se a equipe de projeto que está lidando com a PCB tem o conhecimento correto das regras e regulamentações de EMC.

É muito importante trabalhar com uma equipe de projetistas que entenda os princípios básicos das normas e regras de EMC.

Você deve observar que todos os fatores acima são importantes quando se considera o número de camadas empilhadas.

Como regra geral, quanto maior o número de camadas empilhadas, menor será o ruído que você provavelmente experimentará.

Regras e Dicas de Design de Empilhamento de PCB

Para gerenciar um bom empilhamento, é necessário seguir centenas de regras e critérios, mas alguns dos mais importantes são:

1. As placas de plano de terra são a opção preferida, pois permitem o roteamento de sinais em configurações de microstrip ou stripline, resultando em níveis mais baixos de impedância e ruído de terra.

2. Para evitar a radiação de sinais de alta velocidade, é importante roteá-los em camadas intermediárias entre níveis diferentes, usando planos de aterramento como blindagens.

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 plano.

4. Ter vários planos de aterramento é benéfico, pois diminui a impedância de aterramento da placa e reduz a radiação.

5. É fundamental ter um forte acoplamento entre os planos de alimentação e de aterramento.

6. Uma seção transversal é recomendável do ponto de vista mecânico para evitar deformações.

7. Se os níveis de sinal estiverem próximos aos níveis do plano, seja de terra ou de alimentação, a corrente de retorno poderá fluir pelo plano adjacente, o que ajuda a reduzir a indutância do caminho de retorno.

8. 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.

9. Ao escolher materiais com base em suas propriedades elétricas, mecânicas e térmicas, é fundamental considerar a espessura de cada camada de sinal, levando em conta as espessuras padrão e as características de vários tipos de materiais de circuito impresso.

10. Deve-se usar um software de alta qualidade para projetar o empilhamento, selecionando os materiais apropriados na biblioteca e realizando cálculos de impedância com base em suas dimensões.

Empilhamento de Camadas de PCB Padrão da Hitechpcb

A Hitech Circuits Co., Limited fornece placas de circuito multicamadas com camadas na faixa de 4 a 38 camadas, espessura da placa de 0,4 mm a 6,0 mm, espessura de cobre de 18 μm a 1050 μm (0,5 oz a 30 oz), espessura de cobre da camada interna de 18 μm a 350 μm (0,5 oz a 10 oz) e espaçamento mínimo entre camadas de 3mil.

As imagens a seguir apresentam o empilhamento comumente usado pela Hitechpcb para o serviço de PCB padrão. O empilhamento real de camadas será determinado pelo material da PCB e por muitos outros elementos. Se você tiver requisitos especiais para o empilhamento de camadas de PCB, envie a espessura da placa de circuito e a contagem de camadas por e-mail. Compartilharemos o empilhamento correspondente de acordo.

Observação: Nosso serviço de protótipo de PCB oferece possibilidades limitadas de empilhamento de camadas personalizado. Se seu aplicativo solicitar um empilhamento de camadas específico, recomendamos o serviço de PCB padrão.

Exemplos de design de empilhamento de PCB

Empilhamento de PCB de 4 camadas

Um empilhamento de PCB padrão de 4 camadas normalmente apresenta uma camada central espessa no centro da placa, cercada por duas camadas de pré-impregnado mais finas, com as camadas superficiais usadas principalmente para sinais e montagem de componentes. As camadas internas geralmente são dedicadas às redes de energia e de aterramento. As vias de passagem 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 furos passantes.

Empilhamento de PCB de 6 Camadas

O projeto de um empilhamento de PCB de 6 camadas é comparável ao de um projeto 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 rotear sinais de baixa velocidade. Colocar as camadas de sinal perto de seus planos adjacentes e usar um núcleo central mais espesso para atingir a espessura desejada da placa (por exemplo, 62 MIL) pode melhorar muito o desempenho 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 os problemas relacionados à EMI. Os engenheiros e projetistas de PCBs normalmente consideram os requisitos do circuito ao projetar o arranjo de empilhamento.

Empilhamento de PCB de 10 Camadas

Uma placa PCB de 10 camadas deve ser usada quando são necessárias 6 camadas de roteamento e 4 planos e a EMC é uma preocupação. Esse empilhamento típico de PCB de 10 camadas é ideal devido ao forte acoplamento dos planos de sinal e retorno, à blindagem das camadas de sinal de alta velocidade, à existência de vários planos de aterramento, bem como a um par de planos de energia/aterramento fortemente acoplado no centro da placa. Os sinais de alta velocidade normalmente seriam roteados nas camadas de sinal enterradas entre os planos (camadas 3-4 e 7-8 neste caso).

Empilhamento de PCB de 12 Camadas

12 camadas é o maior número de camadas que pode ser convenientemente fabricado em uma placa de 62mil de espessura. Ocasionalmente, você verá placas de 14 a 16 camadas fabricadas como uma placa de 62 MIL de espessura, mas o número de fabricantes capazes de produzi-las é limitado àqueles que podem produzir placas HDI.

Empilhamento de PCB de 14 Camadas

O empilhamento de PCB de 14 camadas é usado quando são necessárias 8 camadas de roteamento (sinal) e uma blindagem especial de redes críticas. As camadas 6 e 9 fornecem isolamento para sinais sensíveis, enquanto as camadas 3 e 4 e 11 e 12 fornecem blindagem para sinais de alta velocidade.

Empilhamento de PCB de 16 Camadas

Uma PCB de 16 camadas fornece 10 camadas de roteamento e é normalmente usada para projetos extremamente densos. Em geral, você vê PCBs de 16 camadas em que a tecnologia de roteamento é usada no aplicativo EDA.

Empilhamento de PCB de 18 Camadas

Uma PCB de 18 camadas fornece 12 camadas de roteamento e é normalmente usada para projetos extremamente densos. Em geral, você vê PCBs de 18 camadas em que a tecnologia de roteamento é usada no aplicativo EDA.

Suporte para Projetos de PCBs Rígidas e Flexíveis:

O padrão IPC-6013 caracteriza quatro tipos de empilhamento para folhas flexíveis e inflexíveis:

Tipo 1 - Flex de camada única: Usa uma camada condutora revelada em um lado ou coberta entre camadas protetoras.

Tipo 2 - Flex de camada dupla: usa duas camadas condutoras com aberturas de passagem revestidas.

Tipo 3 - Multilayer Flex: também utiliza aberturas de passagem revestidas entre as camadas com condutor permitido em todas as camadas.

Tipo 4 - Multilayer Rigid-flex: combina camadas inflexíveis e adaptáveis no segmento inflexível com uma área adaptável não coberta e condutores nas camadas inflexíveis.

Como as placas de circuito impresso não flexíveis têm diversos pré-requisitos de empilhamento de placas de circuito impresso rígidas de 4 camadas, os grupos de planejamento devem caracterizar diferentes pilhas de camadas ao longo das zonas inflexíveis e adaptáveis da placa de circuito impresso. Cada zona ou distrito da placa tem parceria com uma pilha de camadas específica.

Oferecemos Gerenciamento Avançado de Pilhas de Camadas de PCB:

Permitimos o significado de várias pilhas para planos flexíveis inflexíveis. Uma pilha de camadas de especialista geral caracteriza o arranjo absoluto de camadas acessíveis para o plano. Você pode caracterizar várias subpilhas a partir das camadas acessíveis da pilha de especialistas. O Layer Stack Manager permite que os grupos de configuração caracterizem meticulosamente as áreas de curvatura enquanto constroem o estado geral da placa flexível inflexível.

Nosso gerenciador permite que os planejadores projetem as camadas de uma placa de circuito impresso. Ao utilizar o Layer Stack Manager, você pode adicionar, unir, eliminar e projetar as pilhas de camadas. Depois que o Layer Stack Manager caracteriza as necessidades materiais e mecânicas das camadas, os materiais, as espessuras e as constantes dielétricas, utilizamos a Layer Stack Table para arquivar graficamente os arranjos das camadas.

Você pode caracterizar as propriedades da camada enquanto conversa com seu fabricante. As propriedades da camada se estendem por toda a camada e por pilhas totalmente relacionadas. Todas as camadas mecânicas são exibidas após as camadas reais. Você pode utilizar a documentação da Tabela de pilha de camadas para diminuir a complexidade das estruturas de pilha de camadas flexíveis inflexíveis.

As placas de circuito impresso rígidas e flexíveis oferecem inúmeros benefícios, mas não são constantemente necessárias e requerem uma programação de placa de circuito de configuração avançada, como a Hitechpcb.

Algumas PCBs flexíveis e inflexíveis são destinadas a uma ou outra torção estática ou dinâmica, e o requisito de curvatura contínua deve ser lembrado no plano de empilhamento flexível.

Calcule a Impedância de Roteamento Correta para Um Layout de PCB:

Depois de construir a pilha de camadas de PCB para sua placa de empilhamento de 4 camadas ou para uma placa mais desenvolvida, talvez seja necessário definir uma impedância objetiva para o que segue explicitamente. Com a disposição total das regras de configuração de PCB RIGID na Hiteh Circuits, os clientes podem assumir a responsabilidade por todas as partes de seu formato e direcionamento. Isso inclui as folgas entre os destaques significativos, como vias, almofadas e polígonos, assim como a caracterização dos tamanhos dos destaques para garantir a honestidade do sinal e a capacidade de fabricação.

O empilhamento da placa de circuito impresso de 4 camadas decidirá a impedância dos condutores direcionados em uma camada de nível superficial. O solucionador de campo coordenado da Simberian fornece as estimativas exatas de impedância sem a utilização de um aplicativo externo. A largura determinada e as folgas decididas no gerenciador editorial do plano de empilhamento de camadas poderão então ser definidas como uma regra de plano elétrico para formato e direcionamento. A impedância objetiva necessária na placa será mantida durante todo o direcionamento para garantir um formato preciso, inclusive ao passar por vias e aplicar rasgos para fazer interface com almofadas enormes.

No momento em que você direciona a placa de circuito impresso e altera a quantidade de camadas, nós naturalmente alteramos a largura da trilha para o tamanho que se coordena com a impedância. A ordem de Integridade de Sinal encontrada dentro do menu Ferramentas do Editor de PCB permite que você utilize as propriedades do material configuradas por meio do Gerenciador de pilha de camadas e as larguras reais dos cursos para verificar se há cruzamentos de impedância e problemas de reflexão.

O gerenciamento Constante de BOM Auxilia na Fabricação de PCBs:

O conjunto de ferramentas de planejamento de alto nível do Hitech Circuits Designer pode ser acessado por meio de um arranjo total de destaques de montagem e documentação. Os conjuntos de ferramentas do ECAD são abertos perto da sua lista de materiais (BOM), que mostra cada um dos segmentos utilizados no empilhamento da placa de circuito impresso de 4 camadas. Os dados da lista de materiais são levados para a estrutura do CAD e se tornam importantes para o formato da placa de circuito impresso, e os esquemas e os destaques do planejamento de montagem extrairão essas informações para ajudar a criar e reunir registros.

O ambiente reunido oferecido dentro da empresa consolida a admissão a esses instrumentos com a capacidade de falar consistentemente com os destaques de design, recreação e verificação de regras. Ao definir essa carga de destaques em um único aplicativo, os planejadores podem produzir suas PCBs de 4 camadas com segurança.

Usar o melhor plano inclui a ajuda para orientá-lo durante todo o ciclo de configuração da PCB e ajudá-lo a construir hardware avançado em um único programa.

Melhor Desempenho é Uma das Vantagens Mais Importantes das PCBs Rígidas Multicamadas:

Existem inúmeras motivações para utilizar uma placa multifacetada em vez de simplesmente economizar espaço. Diferentes camadas em sua placa de circuito impresso lidam com problemas de execução elétrica, incluindo os seguintes:

Blindagem EMI: Com uma carga multifacetada, você pode projetar a construção da camada para incorporar diferentes planos de aterramento. Os planos protegem contra a aproximação da impedância eletromagnética, que pode manipular incorretamente os circuitos do load up e impedir qualquer descarga EMI amigável.

Honestidade de sinal: As folhas multicamadas podem ser organizadas com designs de camadas de microstrip ou stripline para intercalar linhas de transmissão rápidas entre elas. Esses designs proporcionarão melhores formas de retorno de sinal, diminuindo a agitação na placa e controlando a diafonia e o acoplamento lateral entre os sinais que se seguem.

Potência vertical: Os planos de força e de terra totalmente metálicos oferecem uma técnica superior para disseminar a força e o terra do que direcioná-los com os seguidores. Da mesma forma, os planos ajudam a assimilar os picos de força que ocorrem com a troca de circuitos em alta velocidade, proporcionando uma organização de circulação de energia (PDN) mais limpa.

Controle térmico: Muitos segmentos em uma placa de circuito funcionarão a quente e exigirão técnicas de resfriamento adicionais. O design multifacetado da placa pode ajudar com isso, disseminando o calor por toda a pilha de camadas da placa.

A PCB multicamada é fabricada empilhando-se dois ou mais circuitos uns sobre os outros, e eles têm interconexões confiáveis pré-definidas. Como a perfuração e o revestimento foram concluídos antes de todas as camadas serem pressionadas juntas, essa técnica viola o processo de fabricação tradicional desde o início. As duas camadas mais internas são compostas de painéis duplos tradicionais, enquanto as camadas externas são diferentes. Elas são compostas de painéis únicos independentes. Antes da prensagem, o substrato interno será perfurado, revestido por orifícios, transferido, desenvolvido e gravado. A camada externa a ser perfurada é a camada de sinal, que é revestida de modo que um anel de cobre equilibrado seja formado na borda interna do orifício de passagem. As camadas são então enroladas para formar uma PCB multicamada, que pode ser conectada entre si (entre os componentes) usando solda por onda.

A prensagem pode ser feita em uma prensa hidráulica ou em uma câmara de sobrepressão (autoclave). Na prensa hidráulica, o material preparado (para empilhamento sob pressão) é colocado sob pressão fria ou pré-aquecida (o material com alta temperatura de transição vítrea é colocado a uma temperatura de 170 a 180 °C). A temperatura de transição vítrea é a temperatura na qual um polímero amorfo (resina) ou parte da região amorfa de um polímero cristalino muda de um estado duro e quebradiço para um estado viscoso e emborrachado.

PCB multicamadas ou placas de circuito impresso multicamadas são placas de circuito compostas por duas ou mais camadas condutoras (camadas de cobre). A camada de cobre é pressionada em conjunto pela camada de resina (pré-impregnado). Devido à complexidade do processo de fabricação de PCBs multicamadas, ao baixo volume de produção e à dificuldade de retrabalho, seus preços são relativamente mais altos do que os de PCBs de camada única e dupla face.

A Hitech Circuits fabrica placas de circuito impresso multicamadas de até 38 camadas, aceitando materiais puros de um único material ou materiais de impressão mista: Fr4, Rogers PCB, Polymide, metal Core PCB. Envie seus arquivos de PCB para Sales@hitechpcb.com, faremos uma cotação em breve!

Conclusão

O projeto de empilhamento de PCBs é um aspecto crucial para engenheiros e projetistas eletrônicos. Para produzir produtos eletrônicos de alta qualidade, vários fatores devem ser levados em conta. Sem um empilhamento de PCB bem projetado, a qualidade e o desempenho do produto final podem ser bastante comprometidos. Portanto, é importante que os projetistas selecionem cuidadosamente os materiais e a construção adequados da PCB para obter os melhores resultados. Se você não tiver experiência em design de empilhamento de PCB, considere a possibilidade de trabalhar com um especialista em design de PCB.

A equipe de PCBs da Hitechpcb tem ampla experiência no projeto de stack-ups complexos, inclusive stack-ups multicamadas e HDI. Podemos ajudá-lo a projetar um stack-up econômico e fabricável que atenda a todos os requisitos elétricos.