1, O que é uma placa de impedância de 4 camadas de cobre de 1 onça de espessura
O significado de "1 onça de espessura de cobre": "oz" é a abreviatura em inglês para onça. No campo pcb, 1 onça de espessura de cobre refere-se ao peso da folha de cobre de 1 onça por pé quadrado de área. Por conversão, pode-se observar que a espessura de 1 onça de cobre é de cerca de 0,035 mm. Esta espessura da folha de cobre não apenas garante boa condutividade, mas também possui certa resistência mecânica e capacidade de transporte de corrente, tornando-a uma especificação de espessura de cobre comumente usada em projetos de placas de circuito impresso. Num circuito, uma camada de cobre mais espessa pode reduzir a resistência do fio e minimizar a perda de energia durante a transmissão de corrente, tal como uma estrada larga permite que os veículos passem mais suavemente, reduzindo o congestionamento e o consumo de energia. Por exemplo, em algumas partes do circuito de potência que requerem alta capacidade de transporte de corrente, linhas de cobre de 1 onça de espessura podem atender melhor às necessidades de transmissão de altas correntes, evitando superaquecimento ou mesmo queima das linhas devido ao excesso de corrente.
Análise da estrutura de "4 camadas": Uma placa de impedância de 4 camadas possui quatro camadas condutoras, geralmente incluindo uma camada superior, uma camada inferior, uma camada de energia e uma camada de aterramento. As camadas superior e inferior são usadas principalmente para organizar componentes e montagem em superfície, servindo como “janelas” para conectar dispositivos eletrônicos ao mundo exterior. Vários componentes eletrônicos, como chips, resistores, capacitores, etc., são soldados nessas duas camadas. A camada de energia é responsável por fornecer energia estável para todo o sistema de circuito, assim como a rede de energia de uma cidade, garantindo que todas as áreas tenham eletricidade suficiente. A camada geológica serve como escudo e potencial de referência, como uma terra sólida, fornecendo uma referência estável para os sinais do circuito, reduzindo a interferência eletromagnética e garantindo a estabilidade da transmissão do sinal. Esses quatro andares são conectados eletricamente através de vias, que são como conectar elevadores em andares diferentes, permitindo que sinais e correntes fluam livremente entre cada andar, construindo um sistema de circuito completo.
O principal significado da "impedância": a impedância refere-se ao efeito obstrutivo de um circuito nos sinais CA, e a correspondência de impedância é crucial para a transmissão de sinais de alta-frequência. Em uma placa de impedância de 4 camadas, valores de impedância específicos como 50 Ω e 75 Ω são alcançados controlando com precisão parâmetros como largura do circuito, espessura do cobre, espessura da camada dielétrica e constante dielétrica. Quando a impedância de saída da fonte de sinal corresponde à impedância característica da linha de transmissão e à impedância de carga, o sinal pode se propagar na linha de transmissão sem reflexão, garantindo assim a integridade do sinal e evitando problemas como distorção e atenuação do sinal. É como se o som se propagasse através de tubos de diferentes materiais. Se o tamanho e o material dos tubos não forem adequados, o som produzirá ecos e atenuação, enquanto tubos adequados (ou seja, linhas de transmissão com impedância compatível) podem permitir que o som se propague claramente e sem danos ao destino.
2, Pontos-chave do processo de fabricação
Seleção de materiais:
Substrato: FR-4 é geralmente usado como material de substrato. O FR-4 possui bom desempenho de isolamento elétrico, propriedades mecânicas e estabilidade dimensional e pode suportar certas mudanças de temperatura, tornando-o adequado para o ambiente de trabalho da maioria dos dispositivos eletrônicos. Em cenários de aplicação de alta frequência, materiais especiais com baixa constante dielétrica e baixa perda dielétrica, como os materiais Rogers, também são usados para reduzir ainda mais a perda de transmissão de sinal e melhorar a precisão do controle de impedância.
Folha de cobre: Para a exigência de espessura de cobre de 1 onça, uma espessura adequada de folha de cobre é geralmente selecionada para laminação durante o processo de produção. Por exemplo, é possível usar primeiro uma folha de cobre de 1/3 onça ou 1/2 onça e, em seguida, aumentar a espessura da camada de cobre por meio de processos de galvanoplastia subsequentes para atingir o padrão final de espessura de cobre de 1 onça. Isso pode garantir o controle preciso da largura do fio durante o processo de gravação, ao mesmo tempo que atende aos requisitos de espessura superficial do cobre, garantindo a condutividade e a confiabilidade do circuito.
Processo de produção de linha:
Formação de circuito de alta precisão: para atender aos requisitos de alta-precisão do controle de impedância, é adotada tecnologia avançada de imagem direta a laser. Esta tecnologia pode alcançar a produção de linhas extremamente finas, com precisão de largura de linha controlada dentro de ± 0,01 mm e rugosidade da borda da linha inferior a 1 μm. Tomando como exemplo a produção de um circuito de impedância característica de 50 Ω, controlando com precisão parâmetros como largura do circuito, espaçamento e distância da camada de referência, a precisão da impedância é garantida para ser controlada dentro de ± 5%, reduzindo significativamente os transientes de impedância durante a transmissão do sinal, diminuindo a reflexão do sinal e a relação da onda estacionária e garantindo uma transmissão de sinal eficiente.
Usinagem de micro via: Em placas de 4 camadas, um grande número de furos passantes precisam ser usinados para obter conexões de sinal entre as camadas. Para placas de impedância de 4 camadas com espessura de cobre de 1 onça, a tecnologia de perfuração a laser é frequentemente usada para criar micro vias. Esses diâmetros de via são geralmente inferiores a 0,1 mm, com paredes lisas e sem rebarbas, reduzindo efetivamente a perda de reflexão dos sinais na via. A galvanoplastia através do furo adota um processo de revestimento de cobre altamente disperso para garantir uma espessura uniforme da camada de cobre na parede do furo, com um desvio controlado dentro de menor ou igual a 10%, garantindo assim boa condutividade e resistência mecânica da conexão entre camadas e evitando interrupção da transmissão do sinal causada por falha.
Processo de tratamento de superfície:
Métodos comuns de tratamento de superfície, como revestimento de níquel e ouro sem eletrólito, são amplamente utilizados em áreas-chave, como interfaces de RF e almofadas de dispositivos em PCBs de ondas milimétricas. Para uma placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura, a espessura da camada de ouro é geralmente controlada para estar acima de 0,1 μm, e a espessura da camada de níquel é acima de 5 μm. Este método de processamento não apenas garante a confiabilidade das juntas de solda, mas também reduz efetivamente a resistência de contato na interface, minimizando a transição de impedância entre o conector RF e a junta de solda pcb, garantindo que a perda de reflexão do sinal na interface seja inferior a -20dB e melhorando a estabilidade da transmissão do sinal.
3, vantagens de desempenho
Bom desempenho elétrico: A espessura de cobre de 1 onça reduz a resistência do circuito, reduzindo efetivamente a perda de energia durante a transmissão do sinal e melhorando a eficiência do circuito. Por exemplo, na linha de transmissão de sinal de equipamentos de comunicação, linhas de baixa resistência podem reduzir a atenuação do sinal e garantir que o sinal possa manter força e qualidade suficientes após transmissão de longa-distância. Ao mesmo tempo, a estrutura de 4 camadas, combinada com controle preciso de impedância, fornece um canal de transmissão estável para sinais de alta-frequência, reduzindo a reflexão e a interferência do sinal. No módulo de processamento de sinal de estações base de comunicação 5G, ele pode garantir a transmissão precisa de sinais de ondas milimétricas de alta-frequência, atendendo aos requisitos das redes 5G para transmissão de dados de alta-velocidade e alta{11}}capacidade.
Fortes propriedades mecânicas: A combinação do substrato FR-4 e 1 onça de espessura de cobre confere ao pcb uma certa resistência mecânica, que pode suportar um certo grau de impacto externo e vibração. No campo da eletrônica automotiva, os veículos enfrentam vários choques e vibrações durante a condução. Uma placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura pode ser usada em dispositivos eletrônicos, como unidades de controle de motor e em sistemas de entretenimento automotivo, para garantir operação estável em ambientes mecânicos complexos e reduzir falhas de circuito causadas por estresse mecânico.
Excelente desempenho de dissipação de calor: Durante a operação de dispositivos eletrônicos, os componentes geram calor, e um bom desempenho de dissipação de calor é a chave para garantir a operação estável do dispositivo. Um fio de cobre de 1 onça de espessura pode servir como um canal de dissipação de calor eficaz, dissipando rapidamente o calor. Ao mesmo tempo, o projeto estrutural da placa de 4 camadas pode organizar razoavelmente o caminho de dissipação de calor, como aumentar a área de dissipação de calor estabelecendo grandes áreas de revestimento de cobre na camada de energia e na camada de solo e cooperando com dissipação de calor externa dispositivos para dissipar oportunamente o calor gerado pelos dispositivos de energia, garantindo que a temperatura do equipamento permaneça dentro de uma faixa razoável sob operação de alta carga de longo-prazo e estendendo a vida útil do equipamento.
4, Campos de Aplicação
No campo da comunicação, é amplamente utilizado em equipamentos de comunicação, como estações base 5G, roteadores e switches. O módulo transceptor de sinal das estações base 5G precisa processar sinais de alta-frequência e alta{4}}velocidade. Uma placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura pode atender aos seus rígidos requisitos de integridade e estabilidade do sinal, garantindo transmissão de dados rápida e precisa entre estações base e dispositivos terminais. Roteadores e switches usados em redes domésticas e empresariais também contam com essa placa para obter encaminhamento de dados e processamento de sinais eficientes, fornecendo aos usuários conexões de rede estáveis e de alta-velocidade.
No campo da ciência da computação, a placa-mãe do computador, como componente principal do sistema do computador, usa uma placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura para fornecer fonte de alimentação estável e canais de transmissão de dados de alta-velocidade para componentes de alto-desempenho, como CPU, memória e placa gráfica. Em placas-mãe de servidores, esse tipo de placa de circuito impresso é especialmente necessário para dar suporte ao trabalho colaborativo entre processadores multi-núcleos, grandes quantidades de memória e dispositivos de armazenamento de alta-velocidade, atender às necessidades dos data centers para processamento e armazenamento de dados em grande-escala e garantir a operação eficiente dos servidores.
No campo da eletrônica automotiva: Com o desenvolvimento de veículos elétricos e inteligentes, os sistemas eletrônicos automotivos estão se tornando cada vez mais complexos. A placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura desempenha um papel importante no sistema de acionamento automático de automóveis, sistema de entretenimento de informações de veículos, sistema de gerenciamento de bateria, etc. Este pcb pode garantir a pontualidade e precisão da transmissão de dados e fornecer garantia para a condução segura dos veículos. No sistema de infoentretenimento automóvel, é responsável por conseguir uma transmissão estável de sinais multimédia como áudio e vídeo, melhorando a experiência de condução do utilizador.
Na área de equipamentos médicos, dispositivos médicos-de última geração, como ressonância magnética e tomografia computadorizada, exigem desempenho e confiabilidade extremamente altos dos dispositivos eletrônicos. A placa de impedância de 4 camadas de cobre com 1 onça de espessura, com excelente desempenho elétrico e estabilidade, pode atender aos requisitos de processamento e transmissão de sinal de alta-precisão de equipamentos médicos. Por exemplo, em equipamentos de ressonância magnética, é usado para controlar e transmitir sinais de RF, garantindo a clareza e precisão da imagem e fornecendo evidências diagnósticas confiáveis para os médicos.