Visão geral detalhada da construção de laminado de PCB

Os PCBs são a espinha dorsal da eletrônica moderna, fornecendo uma plataforma para que vários componentes se conectem e funcionem perfeitamente. No centro de cada PCB está uma estrutura complexa de camadas interconectadas, cada uma servindo a um propósito específico para garantir a funcionalidade e confiabilidade da placa. Entre os elementos-chave de uma construção laminada de PCB, os diagramas de empilhamento desempenham um papel fundamental na definição da construção da placa. e propriedades elétricas. Compreender a construção do laminado de PCB é essencial para que projetistas e fabricantes de PCB criem placas de circuito eficientes e de alta qualidade.

A essência de uma placa de circuito impresso (PCB) reside em sua estrutura intrincada que envolve várias camadas interligadas por pré-impregnados e materiais de núcleo.

O pré-impregnado, também conhecido como folhas impregnadas com resina em estágio B, é um material parcialmente curado composto por resina impregnada em filmes finos. Ele desempenha uma dupla função na fabricação de PCBs multicamadas : atua como adesivo para unir os padrões condutores internos e fornece isolamento entre as camadas. Durante a laminação, a resina epóxi do pré-impregnado derrete, flui e solidifica, unindo efetivamente as camadas do circuito e formando uma barreira isolante confiável entre elas.

O material do núcleo, por outro lado, constitui o elemento fundamental de uma placa de circuito impresso (PCB) — uma placa rígida com uma espessura específica e folha de cobre laminada em ambos os lados. Uma PCB multicamadas típica é fabricada através da laminação de camadas alternadas de núcleo e pré-impregnados. As camadas de pré-impregnado, que formam o que chamamos de camadas de impregnação, podem unir múltiplas camadas de núcleo e, apesar de possuírem uma espessura inicial, sofrem alguma contração durante o processo de prensagem. Para uma construção de baixa perda, a fabricação com cobre HVLP através da placa deve ser especificada juntamente com as camadas dielétricas, pois a rugosidade do condutor também afeta o modelo do canal.

Normalmente, as duas camadas dielétricas mais externas de uma PCB multicamadas são camadas de impregnação, cobertas por camadas separadas de folha de cobre que servem como planos condutores externos. As especificações de espessura bruta para folhas de cobre externas e internas geralmente vêm em variedades de 0.5 OZ, 1 OZ e 2 OZ (com 1 OZ sendo aproximadamente 35um ou 1.4mil). Pós-processamento, a camada externa da folha de cobre normalmente aumenta em espessura em quase 1 OZ, enquanto a espessura final da folha interna de cobre permanece próxima do valor original, mas pode reduzir ligeiramente devido à corrosão.

A camada mais externa de uma placa de circuito impresso multicamadas consiste na máscara de solda , coloquialmente conhecida como "óleo verde", embora também possa ser amarela ou de outras cores. A espessura da máscara de solda não é facilmente determinada com precisão, sendo mais espessa em áreas sem cobre em comparação com aquelas que contêm cobre; contudo, a protuberância do cobre ainda é perceptível ao se observar a superfície da placa de circuito impresso por contato tátil.

Parâmetros e materiais de PCB

Existem diferenças nos parâmetros de PCB entre diferentes fabricantes, necessitando de comunicação com os engenheiros da fábrica de PCB para obter seus dados específicos, concentrando-se principalmente na constante dielétrica e na espessura da máscara de solda, que pode variar de um fabricante para outro.

Folha de cobre para camada externa: As espessuras disponíveis para a folha de cobre da camada externa incluem 12 µm, 18 µm e 35 µm. Após o processamento, geralmente resultam em espessuras finais de aproximadamente 44 µm, 50 µm e 67 µm, o que equivale aproximadamente a 1 oz, 1.5 oz e 2 oz de cobre, respectivamente. Observe que, ao usar um software de cálculo de impedância para controle, não há opção para espessura de cobre de 0.5 oz para as camadas externas.

Material do núcleo : O material de núcleo mais comum é o S1141A, que é um material FR-4 padrão, revestido de cobre em ambos os lados, com especificações selecionáveis ​​que podem ser confirmadas diretamente com o fabricante.

Os pré- impregnados (prepregs ) são fornecidos em diversas especificações de espessura originais, como 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) e 3313 (0.095 mm/4 mil). Após a compressão, a espessura geralmente diminui em cerca de 10 a 15 µm (0.5 a 1 mil), portanto, a espessura mínima da camada dielétrica em um projeto de empilhamento não deve ser inferior a 3 mil. Uma única camada de impregnação pode utilizar até três pré-impregnados, sendo que nenhum dos três pode ter a mesma espessura; pelo menos um pré-impregnado pode ser utilizado, embora alguns fabricantes exijam um mínimo de dois. Se a espessura do pré-impregnado for insuficiente, a folha de cobre em ambos os lados do núcleo pode ser removida por corrosão e, em seguida, recolocada com pré-impregnados, obtendo-se uma camada de impregnação mais espessa. A constante dielétrica dos pré-impregnados varia com a sua espessura, e a tabela seguinte lista as espessuras de diferentes modelos e as suas respectivas constantes dielétricas:

A constante dielétrica de uma placa laminada depende do material de resina utilizado; As placas FR4 normalmente exibem uma faixa de constante dielétrica de 4.2 a 4.7, que diminui com o aumento da frequência.

Camada de máscara de solda: A espessura da camada de máscara de solda acima da folha de cobre, denominada C2, é de aproximadamente 8-10 µm. A espessura da máscara de solda em áreas sem cobre, C1, varia de acordo com a espessura da camada de cobre na superfície, sendo em torno de 13-15 µm para cobre com 45 µm de espessura e em torno de 17-18 µm para cobre com 70 µm de espessura. Ao calcular com o SI9000, um valor de espessura de máscara de solda de 0.5 oz é suficiente.

Seção transversal do condutor: Devido à corrosão, a seção transversal dos condutores não é retangular, mas sim trapezoidal. Por exemplo, na camada superior (TOP), quando a espessura da folha de cobre é de 1 oz, a base superior do trapézio é cerca de 1 milésimo de polegada (MIL) menor que a base inferior. Assim, se a largura da linha projetada for W = 5 MIL, a largura superior será de aproximadamente 4 MIL e a largura inferior de 5 MIL. A diferença entre as bases superior e inferior está relacionada à espessura do cobre, conforme mostrado na tabela abaixo em diferentes condições:

Cálculos de Impedância Os cálculos típicos de impedância empregam os seguintes modelos:

• Modelo de Linha Microstrip
• Modelo Stripline

No modelo microstrip existem outras configurações, incluindo um modelo não utilizado e sem revestimento. As constantes dielétricas Er1 e Er2 no modelo ilustrado dependem do modelo pré-impregnado específico utilizado; os principais modelos estão listados anteriormente e os parâmetros detalhados devem ser obtidos diretamente do fabricante da PCB.

Quando o projeto passa da fase de pesquisa para uma solicitação de cotação (RFQ), revise a seleção do laminado da placa de circuito impresso (PCB) e a montagem de BGAs de passo fino para que os requisitos de material, processo e inspeção permaneçam alinhados.

De modo geral, compreender a estrutura complexa e os materiais de uma placa de circuito impresso (PCI) é crucial para projetar e fabricar dispositivos eletrônicos de alta qualidade. Os materiais de pré-impregnação e núcleo desempenham papéis essenciais na ligação das camadas e no fornecimento de isolamento, enquanto as folhas de cobre e as máscaras de solda contribuem para a condutividade e proteção da PCI.

As diferenças nos parâmetros e materiais das PCBs entre os fabricantes destacam a importância da comunicação e da obtenção de dados específicos para cada projeto. Os diagramas de empilhamento servem como ferramentas inestimáveis, fornecendo um modelo da construção e das propriedades elétricas do PCB.

Ao compreender os elementos-chave dos diagramas de empilhamento, os projetistas podem garantir a integridade e a confiabilidade de seus projetos de PCB, levando, em última análise, a dispositivos eletrônicos mais robustos e com melhor desempenho.