A estrutura de empilhamento das placas de circuito impresso é um fator chave na determinação do seu desempenho. Desde simples placas-de dupla face até placas complexas-de múltiplas camadas, o empilhamento de placas de circuito impresso é como construir a estrutura de uma placa de circuito, carregando funções importantes como transmissão de sinal, distribuição de energia, blindagem eletromagnética, etc., afetando profundamente a estabilidade e a confiabilidade dos dispositivos eletrônicos.
1, O conceito básico e composição do empilhamento de placas de circuito impresso
O empilhamento de placas de circuito impresso é essencialmente o empilhamento e a combinação de camadas em uma placa de circuito impresso. Uma placa de circuito impresso completa geralmente consiste em uma camada de sinal, uma camada de potência, uma camada de aterramento e uma camada dielétrica isolante. A camada de sinal é como uma “rodovia” de transmissão de informações, responsável por realizar a transmissão dos sinais eletrônicos; A camada de energia fornece suporte de energia estável para componentes eletrônicos na placa de circuito; Como potencial de referência para sinais, a camada de aterramento não apenas constrói um circuito estável para transmissão de sinal, mas também protege eficazmente a interferência eletromagnética; A camada dielétrica isolante atua como uma “parede de isolamento” resistente, separando as camadas condutoras para evitar curtos-circuitos e garantir que elas não interfiram umas com as outras.
Tomando como exemplo a placa comum de 4 camadas, uma estrutura empilhada típica consiste em uma camada superior (camada de sinal), uma segunda camada (camada de solo), uma terceira camada (camada de energia) e uma camada inferior (camada de sinal). Esta estrutura pode atender requisitos básicos em alguns circuitos que não necessitam de alto desempenho. Mas com o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de alta velocidade e complexidade, as placas de circuito impresso com 6, 8 ou até mais camadas tornaram-se gradualmente populares. Mais camadas significam espaço de fiação mais amplo, distribuição de energia mais estável e melhor proteção da integridade do sinal.
2, O papel de cada camada no empilhamento de placas de circuito impresso
1. Camada de sinal
A camada de sinal é o núcleo portador das placas de circuito impresso para implementação de funções de circuito, responsável pela transmissão de diversos sinais elétricos. Em circuitos-de alta velocidade, o desempenho da camada de sinal afeta diretamente a integridade do sinal. Para reduzir a interferência externa, sinais de alta{3}}velocidade geralmente são colocados na camada de sinal próxima à camada de terra, utilizando as propriedades de blindagem da camada de terra para reduzir o impacto da interferência eletromagnética no sinal. Ao mesmo tempo, a direção da fiação da camada de sinal também é crucial e é necessário evitar fiação paralela de longa distância e fiação em ângulo reto para evitar reflexão de sinal e diafonia. Por exemplo, em interfaces de transmissão de dados de alta-velocidade, como USB 3.0, o layout preciso da camada de sinal é crucial para garantir a transmissão correta dos dados.
2. Camada de energia
A principal tarefa da camada de energia é fornecer energia estável aos componentes eletrônicos na placa de circuito. Em placas de circuito impresso multi-camadas, uma camada de energia especialmente projetada pode separar fontes de energia de diferentes níveis de tensão para evitar interferência mútua. A camada de energia está intimamente adjacente à camada de terra e, ao reduzir a distância entre as duas, a impedância do plano de energia pode ser reduzida, a eficiência da distribuição de energia pode ser melhorada e o ruído de energia pode ser reduzido. Além disso, a camada de energia precisa ser particionada e isolada adequadamente para garantir que diferentes módulos funcionais possam receber uma fonte de alimentação estável e sem interferência. Como uma placa-mãe de computador, ela depende da camada de energia para fornecer energia estável a diferentes componentes, como CPU, placa gráfica e memória, garantindo o funcionamento normal de cada componente.
3. Camada de aterramento
A camada de aterramento desempenha múltiplas funções críticas no empilhamento de placas de circuito impresso. Fornece um potencial de referência estável para transmissão de sinal, garantindo transmissão e recepção precisa de sinais; Seu excelente desempenho de blindagem pode bloquear efetivamente a interferência eletromagnética externa de invadir o interior da placa de circuito, ao mesmo tempo que reduz a radiação eletromagnética da própria placa de circuito e melhora a compatibilidade eletromagnética; Além disso, a camada de aterramento também fornece um caminho de retorno de baixa impedância para a camada de potência, reduzindo ainda mais o ruído de potência. No projeto, a camada de aterramento geralmente é colocada com cobre em uma grande área para reduzir a resistência do aterramento e aumentar a eficácia do aterramento. Em áreas como equipamentos eletrônicos médicos e equipamentos aeroespaciais que exigem compatibilidade eletromagnética extremamente alta, o papel da camada de aterramento é particularmente importante.
4. Camada dielétrica de isolamento
A camada dielétrica isolante está localizada entre cada camada condutora e sua principal função é conseguir o isolamento elétrico e evitar curtos-circuitos entre as diferentes camadas condutoras. As propriedades do material têm um impacto significativo no desempenho elétrico das placas de circuito impresso. Os materiais de isolamento comuns incluem resina epóxi, politetrafluoroetileno, etc. A constante dielétrica e o ângulo de perda dielétrica de diferentes materiais variam, e esses parâmetros podem afetar a velocidade de transmissão e a perda de sinais. Em circuitos de alta-velocidade, materiais dielétricos isolantes com baixa constante dielétrica e pequeno ângulo de perda dielétrica são geralmente selecionados para reduzir o atraso e a perda de transmissão do sinal e garantir a integridade do sinal.
3, Esquemas típicos de empilhamento para placas de circuito impresso com diferentes camadas
Placa de 4 camadas
A placa de 4- camadas é uma estrutura básica de placa multicamadas, com esquemas de empilhamento comuns, incluindo camada superior (camada de sinal), segunda camada (camada de solo), terceira camada (camada de energia) e camada inferior (camada de sinal). Esta estrutura é adequada para circuitos que não requerem alto desempenho, como produtos eletrônicos de consumo simples, placas de circuito parciais para equipamentos de controle industrial, etc. No entanto, na placa de 4 camadas, o espaço de fiação da camada de sinal é limitado e é necessário um planejamento cuidadoso da direção da fiação para evitar interferência de sinal.
Placa de 6 camadas
Em comparação com a placa de 4-camadas, a placa de 6 camadas aumenta o espaço de fiação e as camadas de energia e aterramento. O esquema de empilhamento comum inclui a camada superior (camada de sinal), a segunda camada (camada de solo), a terceira camada (camada de sinal), a quarta camada (camada de energia), a quinta camada (camada de solo) e a camada inferior (camada de sinal). Essa estrutura pode atender melhor às necessidades de circuitos moderadamente complexos, como placas-mãe de smartphones, algumas placas de circuito de dispositivos de rede, etc. Na placa de 6 camadas, os sinais de alta velocidade podem ser organizados na camada de sinal próxima à camada de terra no meio para aumentar a integridade do sinal.
Placa de 8 camadas
A placa de 8-camadas possui combinações de empilhamento mais ricas, que podem fornecer bom suporte de desempenho para circuitos complexos. Esquemas de empilhamento comuns incluem camada superior (camada de sinal), segunda camada (camada de solo), terceira camada (camada de sinal), quarta camada (camada de energia), quinta camada (camada de energia), sexta camada (camada de sinal), sétima camada (camada de terra) e camada inferior (camada de sinal). 8-a placa de camada é adequada para projetos de circuitos de alta-velocidade e alta{5}}densidade, como placas-mãe de computador, placas de circuito de placas gráficas de alto desempenho, etc. a placa de 8 camadas pode reduzir ainda mais o ruído de energia e melhorar a integridade do sinal.
4, A tendência de desenvolvimento futuro do empilhamento de placas de circuito impresso
Com o avanço contínuo da tecnologia eletrônica e a crescente demanda pelo desempenho das placas de circuito impresso, o empilhamento de placas de circuito impresso também dará início a novas direções de desenvolvimento. No futuro, a aplicação generalizada de tecnologias como 5G, inteligência artificial e Internet das Coisas gerará mais demandas por circuitos de alta-velocidade, alta-frequência e alta-densidade. Isso incentivará o empilhamento de placas de circuito impresso a adotar mais camadas, materiais de isolamento mais avançados e estruturas de empilhamento mais otimizadas para atender a requisitos mais elevados de integridade de sinal, integridade de energia e compatibilidade eletromagnética.
Para se adaptar à tendência de miniaturização e leveza dos dispositivos eletrônicos, o empilhamento de placas de circuito impresso dará mais atenção à integração e ao desbaste. Utilizando tecnologia de interconexão de alta-densidade (HDI), tecnologia de buraco cego enterrado, etc., é possível obter maior densidade de fiação dentro de um número limitado de camadas; Usando materiais de isolamento mais finos e folha de cobre para reduzir a espessura e o peso das placas de circuito impresso.