Espessura Padrão de PCB e Sua Pilha de Camadas

Confesso que adoro sitcoms dos anos 1990. Se Jerry Seinfeld fosse um projetista de PCB, provavelmente perguntaria “qual é o lance com a espessura da placa de 1,57 mm?” É uma pergunta justa, afinal, e faz você se perguntar por que alguns valores padrão (por exemplo, impedância de 50 Ohms em sistemas RF) são usados no design de PCB e em outras áreas da engenharia.

Existem boas razões pelas quais esses e outros valores de design se tornaram padronizados no design de PCB, mesmo que não estejam explicitamente definidos nas normas da indústria. Em relação à espessura do PCB, a razão é em grande parte histórica, como veremos em um momento. No entanto, a espessura padrão da placa de circuito de 1,57 mm não é a única espessura que você pode acessar em sua placa, embora a maioria dos fabricantes centralize suas capacidades de fabricação especificamente para acomodar esse valor. Se você tem

Por que a Espessura da Placa de 1,57 mm: Uma Lição de História

Lee Ritchey resumiu de forma agradável a história da espessura padrão de fato de 1,57 mm da placa. Sem repetir tudo o que Lee diz sobre os valores de espessura da placa de circuito, vou resumir brevemente as razões pelas quais esse número se tornou um padrão de fato dentro da indústria.

Quando os dispositivos eletrônicos estavam em transição para transistores e circuitos integrados, as placas eram construídas por meio de prototipagem em bancadas de trabalho de madeira compensada, onde a camada superior de uma folha de compensado era substituída por um material chamado Baquelite. Se você está familiarizado com madeira compensada, então sabe que a espessura de uma única camada no compensado é de 1/16 pol., ou 1,57 mm. Essa espessura então se tornou algo como um padrão quando as conexões de placa a placa se tornaram necessárias e foram adaptadas para materiais mais novos. As primeiras conexões de placa a placa usavam unidades de rack com conectores de borda, e esses conectores de borda precisavam corresponder a essa espessura padrão. Hoje em dia, em vez de Baquelite, usamos materiais que permitem gravação e galvanização, e laminados de epóxi FR4.

Valores Alternativos de Espessura de PCB

Hoje, as diretrizes de roteamento para alguns produtos (por exemplo, placas adicionais PCIe, cartões Mini-PCIe ou bastões SODIMM) ou notas de aplicação especificarão 1,57 mm (ou um valor menos comum de 1,0 mm). No entanto, se você pensar a respeito, perceberá que não há razão para essa espessura de PCB ser preferível em relação a qualquer outro valor de espessura de placa, além da fabricabilidade, ou possivelmente para acomodar uma alta contagem de camadas ou alto peso de cobre. Muitos fabricantes optam por essa espessura de placa de circuito com contagens de camadas mais baixas porque sempre foi assim e é o que a maioria dos clientes geralmente espera.

Enquanto o valor de 1,57 mm é algo como uma capacidade requerida para qualquer fabricante, já que se tornou um padrão de fato, muitos fabricantes adaptaram suas capacidades para fabricar placas com vários múltiplos dessa espessura. Outros dois valores de espessura de PCB que você pode encontrar de alguns fabricantes são 2,36 mm e 3,18 mm, que por acaso são 150% e 200% da espessura da placa de 1,57 mm. No entanto, você pode normalmente encomendar 1,0 mm ou algum outro valor, desde que o valor de espessura particular seja fabricável.

Diferentes fabricantes podem fabricar placas com diferentes quantidades de camadas e pesos de cobre, e muitos oferecerão seu conjunto de valores "padronizados" de espessura de PCB e arranjos de camadas. Os fabricantes também podem acomodar valores alternativos de espessura de placa de circuito, desde que possam verificar que a placa passará pelo seu processo sem defeitos. É por isso que você deve entrar em contato com seu fabricante para revisar seu empilhamento antes de iniciar seu design, ou você deve usar um empilhamento altamente padronizado (empilhamento de PCB de 2 camadas ou 4 camadas) se for aplicável. Fabricantes que exigem (ou preferem) espessuras e arranjos de camadas específicos às vezes disponibilizam seus empilhamentos online em uma tabela de empilhamento. Você pode geralmente baixar esses dados, ou pode enviar um e-mail pedindo para eles analisarem seu empilhamento de camadas e espessura da placa se uma tabela de empilhamento não estiver disponível.

Espessura da Placa, Dielétrico e Cobre

Uma vez que você decidiu sobre a espessura total da placa, restam três pontos a considerar:

• Espessura do cobre em cada camada
• Espessura da camada dielétrica
• Espessura da máscara de solda

Espessura da máscara de solda e espessura do cobre na PCB são fáceis: 0,4-0,8 mils é uma faixa padrão para espessura da máscara de solda; o Altium Designer usa 0,4 mils como o valor padrão de espessura da máscara de solda em um novo empilhamento. A espessura do cobre (em mm) dependerá do peso do seu cobre, que aparecerá em incrementos padronizados. A espessura equivalente do cobre para um determinado peso pode ser calculada com a seguinte fórmula:

Embora haja um formato geral de espessura e empilhamento para PCBs de 4 camadas (assumindo 1,57 mm de espessura total da PCB), não existe um empilhamento "padrão" de 4 camadas. Um exemplo de empilhamento de PCB de 4 camadas que forma um bom ponto de partida para determinar as espessuras dielétricas é mostrado abaixo.

Neste exemplo, temos um núcleo espesso com dielétricos mais finos suportando as camadas externas. Mostrei isso como um exemplo, pois pode ser facilmente construído a partir de dielétricos 370HR e suportará componentes de alta velocidade em placas menores. Você pode ver camadas de núcleo mais finas (fizemos 28 mils com os mesmos dielétricos em um design recente), e seu fabricante provavelmente terá algo a dizer sobre o peso do seu cobre, pois eles podem ter valores preferenciais para seus processos.

Calculando a Espessura da Sua PCB e Arranjo de Camadas

Em geral, existe um processo simples que você pode seguir para determinar a espessura da PCB e os valores de espessura das camadas em seu novo design:

1. Determine a quantidade de camadas necessárias, tipicamente considerando a contagem de redes e a densidade aproximada de redes
2. Assuma por um momento o peso de cobre de 1 oz./sq. ft., e determine a espessura total a ser alocada às camadas restantes
3. Obtenha uma lista de dielétricos disponíveis do fabricante de materiais desejado e atribua as espessuras das camadas conforme necessário para o seu design
4. Envie a pilha proposta para o seu fabricante para revisão

Se o seu fabricante possui um conjunto padrão de materiais que utiliza, geralmente ele pode fornecer uma pilha com materiais alternativos baseada emfolhas de corte IPC. Alguns fabricantes combinarão seus materiais disponíveis em uma pilha personalizada que atende aos seus requisitos de impedância e perda, e eles nem sempre o forçarão a se adequar a uma pilha específica.

No final das contas, você não deve escolher seu fabricante de PCB baseando-se apenas no preço. Considere primeiro as necessidades do seu design e pense nos requisitos da sua aplicação (incluindo a espessura do PCB), e então escolha o fabricante que pode projetar de acordo com essas necessidades. Quando você chega a algo muito mais espesso, como um backplane de alta contagem de camadas, o valor padrão de espessura de 1,57 mm não é mais utilizado. Em placas de alta velocidade/frequência mais especializadas, você também provavelmente estará usando materiais de alta frequência mais especializados. Certifique-se de consultar seu fabricante para orientação, a fim de garantir que seu design será produzível com alta qualidade e rendimento.

Uma vez que você determinou a contagem de camadas e a espessura do PCB necessárias, você precisa de um software de design de PCB que lhe dê controle total sobre sua pilha de camadas enquanto trabalha em seu design. O gerenciador de pilha de camadas, biblioteca de empilhamento de materiais e o conjunto completo de recursos de design em Altium Designer^® são ideais para designs de qualquer complexidade, e você terá um conjunto completo de ferramentas necessário para preparar sua placa para revisão pelo seu fabricante. Quando você terminar seu design e quiser liberar os arquivos para seu fabricante, a plataforma Altium 365^™ facilita a colaboração e o compartilhamento de seus projetos.

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