Como escolher a camada PCB e empilhar?

Quando fazemos o design de empilhamento de PCB, seguimos principalmente abaixo dois pontos importantes:

1) Cada camada de rastreamento de PCB precisa ter uma camada adjacente como referência (como energia ou terra)

2) A camada de terra adjacente e a camada de energia principal precisam manter uma distância mínima para garantir uma capacitância de acoplamento suficiente.

Aqui, apresentaremos principalmente a explicação do número de camadas da placa PCB de 2 camadas para a placa PCB de 8 camadas:

1) empilhamento de placa PCB de face única e placa PCB de dupla face

Para uma placa PCB de 2 camadas, devido ao pequeno número de camadas, não há o chamado problema de empilhamento. Quando consideramos o controle da radiação EMI, só precisamos garantir o layout e a fiação corretos.

Ao fazer o design de PCB, as pessoas têm se concentrado cada vez mais no problema de compatibilidade eletromagnética de placas de circuito PCB de camada única e dupla camada. A principal razão é que a área do loop de sinal é muito grande, o que não só produz forte radiação eletromagnética, mas também produz interferência externa mais sensível. Portanto, se você deseja reduzir os problemas causados ​​pela compatibilidade eletromagnética do layout da linha PCB, a maneira mais fácil de resolvê-lo é reduzir a área de loop do sinal principal.

Quais são os principais sinais?

Do ponto de vista da compatibilidade eletromagnética, os principais sinais referem-se principalmente aos sinais que geram fortes radiações e àqueles que causam interferência óbvia no exterior.

De um modo geral, os sinais de radiação mais fortes são sinais periódicos, como sinais de baixa ordem de endereços ou tempo. E os sinais que causam interferência óbvia no exterior são os sinais analógicos de baixo nível.

Portanto, placas PCB de camada simples e dupla são frequentemente usadas em aplicações analógicas de baixa frequência inferiores a 10 KZ.

1) Os traços do fio de alimentação na mesma camada são representados por traços radiais, e o comprimento total dos traços deve ser reduzido o máximo possível.

2) Ao dispor o fio terra e o fio de alimentação, eles ficam adjacentes um ao outro. Um fio de aterramento é disposto próximo ao fio de sinal da chave, e este fio de aterramento está o mais próximo possível do fio de sinal. Isso pode reduzir a área do loop tanto quanto possível e reduzir o sinal de radiação para a interferência externa.

3) Se for um PCB de camada dupla, podemos colocar um fio terra o mais próximo possível da parte inferior do fio de sinal do outro lado do PCB, e o fio terra deve ser o mais largo possível. A área de loop resultante é igual à espessura da placa de circuito multiplicada pelo comprimento da linha de sinal.

2) Empilhamento de placas PCB de quatro camadas

1. SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG;

2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND;

Para os dois designs de PCB empilhados acima de 4 camadas, o principal problema é que, se a placa PCB for uma espessura de placa tradicional de 1.6 mm (62mil). para controlar a impedância, acoplamento e blindagem entre camadas e, por outro lado, reduz a capacitância entre as placas PCB, o que não é fácil de reduzir o ruído.

Se o empilhamento da placa PCB de 4 camadas adotar o primeiro design, geralmente é usado para mais chips na placa PCB. Este projeto pode alcançar um melhor desempenho SI, mas não é fácil controlar a compatibilidade eletromagnética EMI. Normalmente, precisamos controlar a fiação e detalhes adicionais para reduzir o problema.

Aviso:

A camada de terra está disposta na camada adjacente da camada de sinal com o sinal mais denso, o que não só é fácil de reduzir a radiação, mas também aumenta a área da placa PCB, mostrando a regra 20H.

Se o empilhamento da placa PCB de 4 camadas adotar o segundo design, geralmente é usado em aplicações em que a densidade do chip na placa PCB é baixa e há área suficiente ao redor do chip (para colocar a camada de cobre da fonte de alimentação necessária).

As camadas externas do segundo projeto de PCB de 4 camadas são camadas de terra e as 2 camadas intermediárias são camadas de sinal/energia. A fonte de alimentação na camada de sinal é roteada com fios largos, que podem não apenas reduzir a impedância do caminho da corrente e do caminho do sinal, mas também proteger a radiação do sinal da camada interna através da camada de terra externa. Do aspecto do controle de compatibilidade eletromagnética EMI, é o melhor design de estrutura de PCB de 4 camadas.

Aviso:

Precisamos garantir que a distância entre as duas camadas intermediárias de camadas mistas de sinal e potência seja grande, e a direção da fiação seja principalmente vertical, para evitar diafonia, controlar adequadamente a área da placa e mostrar a regra 20H;

3) Empilhamento de placas PCB de seis camadas

Para aqueles projetos com maior densidade de chip e frequência de clock mais alta, devemos considerar o design da placa PCB de 6 camadas. O empilhamento recomendado é:

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Este design empilhado pode obter um sinal mais completo. A camada de sinal é adjacente à camada de terra, e a camada de potência e a camada de terra estão emparelhadas. A impedância de cada camada de traço pode ser bem controlada, e ambas as camadas de solo podem reduzir melhor a radiação eletromagnética. E no caso de fonte de alimentação completa e camada de terra, pode fornecer um caminho de retorno melhor para cada camada de sinal.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Para o design, é adequado apenas para ocasiões em que a densidade do chip não é alta. Este design de empilhamento de PCB de 6 camadas não só tem todas as vantagens do primeiro design de empilhamento, mas também porque os planos de terra das camadas superior e inferior são relativamente completos, ele pode ser usado como um escudo relativamente bom para usar .

Aviso:

A camada de energia deve estar o mais próximo possível da camada que não é o lado do componente principal, pois a camada inferior será mais completa. Portanto, o desempenho EMI é melhor do que a primeira solução.

Para o projeto da placa PCB de seis camadas, a distância entre a camada de energia e a camada de terra deve ser minimizada para obter um bom acoplamento de energia e terra.

Para uma espessura de PCB de 62 mil, embora o espaçamento das camadas seja reduzido, não é fácil controlar a distância entre a fonte de alimentação principal e a camada de terra para que seja muito pequena.

Comparado com o design de placa PCB de 6 camadas, o segundo custo do design de PCB de 6 camadas é bastante aumentado. Portanto, geralmente escolhemos o primeiro design de empilhamento de PCB de 6 camadas.

4) Empilhamento de placas PCB de oito camadas

Para o projeto da placa PCB de 8 camadas, devido à baixa capacidade de absorção eletromagnética e grande impedância da fonte de alimentação, a placa PCB de 8 camadas não é um bom método de empilhamento.

O primeiro do design da placa PCB de 8 camadas:

1. Sinal de 1 superfície de componente, com s pequena camada de traço

2.Signal 2 interno com uma pequena camada de roteamento, melhor camada de roteamento (direção X)

3. Terra

4.Sinal 3 camada de roteamento de linha de tira, melhor camada de roteamento (direção Y)

5.Sinal 4 camada de roteamento stripline

6. Poder

7. Sinal 5 interno com uma pequena camada de roteamento

8. Sinal 6 uma pequena camada de rastreamento

2. Se a camada de referência for adicionada ao design da placa de circuito impresso de 8 camadas, ela terá melhor desempenho EMI e a impedância característica de cada camada de sinal também pode ser bem controlada

1.Sinal 1 superfície do componente, uma pequena camada de fiação, boa camada de fiação

2.Formação do solo, melhor capacidade de absorção de ondas eletromagnéticas

3.Sinal 2 camada de roteamento de linha de tira, boa camada de roteamento

4.Camada de fonte de alimentação de energia, que constitui excelente absorção eletromagnética com a formação subjacente

5. Formação do solo

6.Sinal 3 camada de roteamento de linha de tira, boa camada de roteamento

7. Aterramento de energia, com maior impedância de energia

8.Signal 4 uma pequena camada de roteamento, boa camada de roteamento

3. O melhor método de empilhamento de PCB de 8 camadas é o seguinte, porque o uso de várias camadas como plano de referência tem uma capacidade de absorção geomagnética muito boa.

1.Sinal 1 superfície do componente, uma pequena camada de fiação, boa camada de fiação

2.Formação do solo, melhor capacidade de absorção de ondas eletromagnéticas

3.Sinal 2 camada de roteamento de linha de tira, boa camada de roteamento

4.Camada de fonte de alimentação de energia, que constitui excelente absorção eletromagnética com a formação subjacente

5. Formação do solo

6.Sinal 3 camada de roteamento de linha de tira, boa camada de roteamento

7.Formação do solo, melhor capacidade de absorção de ondas eletromagnéticas

8.Signal 4 uma pequena camada de roteamento, boa camada de roteamento

Para saber como escolher o número de camadas da placa PCB e que tipo de empilhamento da placa PCB, devemos considerar muitos fatores, como o número de redes de sinal na placa PCB, densidade do dispositivo, densidade do PIN, frequência do sinal, tamanho da placa, etc. .

Quanto maior o número de redes de sinal, maior a densidade do dispositivo, maior a densidade do PIN e maior a frequência do sinal. O design deve tentar usar um design de placa de várias camadas. Para obter um melhor desempenho de EMI, é melhor garantir que cada camada de sinal seja uma camada de referência.

Como distinguir entre PCB de 4 camadas e 6 camadas PCB?

Se quisermos identificar a qualidade do PCB na indústria eletrônica, a primeira coisa que pensamos é o número de camadas de impressão de PCB, já que existem placas de camada única, placa de camada dupla e placa de várias camadas na camada de PCB .

Entre o PCB multicamada, o mais comum é o PCB de 4 camadas e o PCB de 6 camadas. Qual a diferença entre eles? Porque o custo de fabricação de PCB está intimamente relacionado com o número de camadas do PCB, ou seja, o preço do PCB de 6 camadas é superior ao do PCB de 4 camadas, então como identificar o número de camadas de um PCB? Nesta seção, apresentaremos dois métodos para orientá-lo a encontrar suas diferenças.

Verifique o orifício de passagem do PCB

Se houver um orifício na parte frontal do PCB, embora não possa ser encontrado na parte de trás, é provável que o PCB seja um PCB de 6 camadas ou um PCB de 8 camadas em vez de um PCB de 4 camadas. Como o PCB de 4 camadas precisa de orifícios de passagem para conduzir a corrente de 4 camadas, os orifícios de passagem percorrerão toda a placa de circuito. Podemos encontrar os orifícios na frente e atrás, enquanto há orifícios embutidos no PCB de 6 camadas ou no PCB de 8 camadas, então você só pode encontrar os orifícios na frente e não na parte de trás.

Verifique os fios na frente

Como o número de camadas do PCB de 6 camadas é superior a 4 camadas, o espaço de fiação do PCB de 6 camadas é maior. Em outras palavras, a fiação do PCB de 4 camadas é mais compacta, portanto, os fios do PCB de 4 camadas são mais de 6 camadas para cada camada do PCB. podemos verificar a fiação na frente do PCB. Se a fiação for compacta, é o PCB de 4 camadas, caso contrário, é o PCB de 6 camadas.

O acima é dois métodos simples para identificar PCB de 4 camadas e PCB de 6 camadas a olho nu. Se você precisar explorar mais, existem muitos outros métodos.

Fatores que afetam o custo dos PCBs

O custo final do seu PCB depende do design e da aplicação pretendida da placa. Dito de outra forma, se você precisar de um PCB simples para uso diário, o preço será muito menor do que se você precisar de algo mais avançado.

Como resultado, esta é apenas uma avaliação geral dos elementos que determinam os custos do PCB. Vários elementos do mundo real influenciam o custo de uma placa de circuito impresso (PCB), incluindo Custos de PCB de 4 camadas. O custo de fabricação de um PCB é amplamente influenciado por seu tamanho, várias camadas e tipo de material, que têm um efeito significativo.

Assim, os fatores que influenciam as 4 camadas ou Custos de PCB de 6 camadas são as seguintes:

• Escolha de Materiais

Em qualquer negócio, o custo de um produto está diretamente relacionado ao tipo de material de produção utilizado. Quando se trata do interior de um veículo, os bancos de couro são mais caros do que os feitos de tecido ou tecido. Como resultado, é fácil ver como a mesma ideia pode se aplicar à produção de PCB. Os PCBs para aplicações de alta intensidade, como os usados ​​nos setores de petróleo ou aeronáutico, geralmente são laminados com material FR4 (retardador de chama 4). Aqui estão algumas coisas que você deve ter em mente ao iniciar o processo de seleção dos materiais certos:

• Confiabilidade Térmica

Determine a faixa de temperatura esperada do aplicativo PCB. Certifique-se de que a classificação de temperatura do material escolhido esteja dentro da faixa permitida. O material não deve apenas operar dentro de uma faixa de temperatura especificada, mas também em um ambiente regulado sem superaquecimento por um período indeterminado. Confiabilidade de temperatura Se você deseja utilizar uma PCB em uma configuração de alta temperatura, certifique-se de que ela passe neste teste.

• Tolerância de temperatura

Isso especifica a capacidade da placa de suportar altas temperaturas sem causar a transferência de calor excessivo para os componentes conectados ou próximos. O termo “Desempenho do Sinal” refere-se à capacidade de um material de manter um fluxo constante de sinais elétricos durante todo o seu ciclo de trabalho. Como você deve ter adivinhado, isso é essencial para o bom funcionamento de um PCB. A capacidade do material de suportar as tensões físicas previstas de seu uso de aplicação é a principal consideração na determinação de suas propriedades mecânicas.

• Dimensões

Infelizmente, o tamanho importa, principalmente quando se trata do custo de um produto. O custo final do PCB será influenciado pelo tamanho da placa que você precisa. Quando se trata de uso do painel, isso também é verdade. O custo total de um PCB é muito influenciado por esses dois critérios.

Nota: O tamanho de sua placa de circuito será determinado pelo número de circuitos necessários para sua aplicação ou projeto específico.

• Camadas ou Pilhas

Quanto mais camadas, como dito anteriormente, mais caro fica. Esses aumentos de preços também consideram o tamanho e o tipo de materiais utilizados pelo fabricante em seu processo de fabricação.

Uma ampla comparação dos aumentos de preços é mostrada na tabela a seguir:

• Camadas 1 e 2: (aumento de custo de 35% a 40%)
• Aumentar o número de camadas de duas para quatro (aumento de custo de 35% a 40%)
• De quatro a seis camadas: (aumento de custo de 30% a 40%)
• De seis a oito camadas: (aumento de custo de 30% a 35%)
• De 8 a 10 camadas: (aumento de custo de 20% a 30%)
• Uma mudança da construção de 10 camadas para 12 camadas (aumento de custo de 20% a 30%)

Acrescenta uma segunda camada que resulta em um dos maiores aumentos de preços no processo de produção. Como isso aumenta o número de etapas no processo de fabricação, é óbvio que esse é o caso (processo de laminação).

Quanto mais camadas houver, mais tempo levará o processo de fabricação e mais recursos serão usados. Então, Custo de PCB de 6 camadas e o tempo de fabricação será maior do que camadas menores.

• Acabamento

O custo do seu projeto de PCB será afetado pelo acabamento que você escolher. Por menor que seja, é, no entanto, um componente que contribui. Você pode escolher um acabamento em detrimento de outro porque é de melhor qualidade ou tem uma vida útil mais longa.

A seguir estão alguns dos tipos de acabamento mais comuns (tratamentos de superfície):

• HASL é uma boa escolha como material de solda
• Você também pode melhorar a soldabilidade com LFHASL.
• OSP fornece melhor soldabilidade
• A ligação de fios de Al (alumínio) e maior soldabilidade podem ser alcançadas usando IMM Ag.
• IMM Sn fornece soldabilidade.
• Soldagem, capacidade de ligação de fios de alumínio e uma superfície de contato são características do ENIG
• ENEPIG tem uma superfície de contato superior, ligação de fio de Al e soldabilidade

Em termos de soldabilidade e superfície de contato, o Elec Au é uma escolha superior à ligação de fios de Al e Au (ouro).

• Dimensões do furo na placa

O tamanho e a quantidade do furo da placa afetarão o custo final de fabricação. Para criar buracos tão pequenos quanto possível, você precisará de equipamentos especializados. Como dito anteriormente, quanto mais furos você precisar, mais etapas e tempo de fabricação serão necessários; portanto, maior o custo do projeto. O design da placa é o componente mais importante quando se trata dessa questão.

• Largura e espaçamento do traço

Isso inclui a largura mínima do traço e o espaçamento entre cada traço. Se você perguntar a qualquer engenheiro, eles dirão que ter largura de traço suficiente é essencial se você quiser transportar corrente em uma PCB sem danificá-la ou superaquecê-la.

O primeiro passo para determinar a largura de um traço é certificar-se de que o desenho está correto (simulação). A largura do traço e a capacidade de transporte de corrente são inversamente proporcionais ao tamanho da placa. Traços mais largos (mais grossos) precisarão de mais materiais e mão de obra, mesmo que outros motivos limitem a capacidade de carga existente. Essa coisa vai aumentar o preço.

Em suma, existe uma associação direta entre a espessura do cartão e o preço. Existe uma diferença de preço entre placas mais grossas e mais finas, mas também depende da qualidade do material. Está obtendo, laminando e formando um PCB a partir de materiais mais espessos. Mesmo que o design que você está procurando seja bastante simples, isso é particularmente verdadeiro.

• Especificações

Custos adicionais são inevitáveis ​​para projetos mais complexos ou requisitos personalizados ou exclusivos. Devido ao esforço adicional, recursos e até mesmo equipamentos especializados necessários no processo de fabricação, esses requisitos de projeto são mais caros de produzir. No entanto, o uso de simulação pode oferecer uma compreensão muito maior do custo de sua placa e das necessidades de design associadas antes de fazer qualquer escolha final de design.

Palavras finais

Os custos de produção são afetados pelo número de camadas. Muitas considerações, incluindo a complexidade do projeto, atenção às preocupações do SI e muito mais, são consideradas ao determinar o número de camadas.

Geralmente, o Custo de PCB de 4 camadas é maior que o Custo de PCB de 6 camadas,Clique aqui para saber mais 2 Camadas Vs. Custo de PCB de 4 camadas. Mas outras coisas como material, acabamento, largura do traço, etc., também afetam as estimativas de custo. Os fabricantes e designers de PCB geralmente trabalham juntos para determinar quantas camadas seu projeto precisa.