Preso projetando dois

Sep 05, 2023

Muitos leitores certamente estão familiarizados com o processo de gravação caseira de PCBs: hoje é considerado muito simples, embora um pouco complicado. Este não foi o caso na minha juventude, quando comecei a me interessar por eletrônica. Naquela época, gravar até mesmo placas de um só lado era para amadores “avançados”. Quando comecei a gravar meus próprios PCBs, os amadores avançados estavam interessados ​​em placas dupla-face gravadas em casa - o único tipo que não foi mostrado acima, porque não consegui encontrar o único exemplo de sucesso que já criei. Mais tarde, vi o surgimento de PCBs fabricados “básicos”: placas de tamanho fixo feitas profissionalmente com furos revestidos, mas sem máscara de solda ou serigrafia. Eventualmente, isso deu lugar à agregação de serviços de PCB que temos agora com placas completas de duas camadas, completas com máscara de solda e serigrafia.

Hoje, o hobbyista “avançado” pode estar usando placas de quatro camadas, embora a taxa de adoção de quatro camadas ainda seja relativamente baixa – a OSH Park produz cerca de 90% de duas camadas e 10% de quatro camadas, por exemplo. Penso que isto irá inevitavelmente aumentar, como tem sido o caso com todas as tecnologias anteriores: o avançado acaba por se tornar o mainstream. Cada uma das mudanças anteriores trouxe design e construção mais fáceis, bem como melhor desempenho, e o mesmo acontecerá à medida que quatro camadas se tornarem mais comuns.

Então, vamos dar uma olhada no projeto de PCBs de quatro camadas. Se você nunca considerou um para nenhum de seus projetos, poderá ficar agradavelmente surpreso com o pequeno custo extra envolvido em todos os benefícios que você obtém.

A diferença óbvia entre PCBs de duas e quatro camadas são duas camadas extras de cobre. O arranjo específico das camadas dentro de uma placa é conhecido como “empilhamento”. Os empilhamentos de duas camadas são simples: há cobre de uma espessura específica em cada lado de um material de núcleo, na maioria das vezes laminado epóxi reforçado com vidro FR4. Um exemplo típico é mostrado na figura: 1,4 mil (também conhecido como 1 onça) para o cobre e 60 mils para o núcleo. Se você nunca trabalhou com PCBs de quatro camadas antes, pode presumir que as duas camadas internas extras de cobre estavam igualmente espaçadas, mas normalmente estão muito mais próximas das camadas externas. Existem algumas razões muito convincentes para fazer isso, que exploraremos em breve.

Se você estiver solicitando um grande número de PCBs diretamente do fabricante, poderá personalizar o empilhamento, alterando o espaçamento e a espessura do cobre para se adequar ao seu projeto. Com serviços voltados para hobby, entretanto, você obtém o empilhamento padrão de quatro camadas. Felizmente, muitos serviços escolheram bem as suas ofertas. OSH Park, por exemplo, usa um substrato FR408 premium para seu serviço de quatro camadas, que produz excelente desempenho de RF.

Então, agora você tem mais duas camadas de cobre – o que deve fazer com elas? Existem várias maneiras de organizar seu design, mas, a menos que você tenha motivos específicos, é melhor seguir a estratégia mais comum. Nesta abordagem, as camadas externas são usadas para sinais e as duas camadas internas são usadas como planos de potência e terra. Mais comumente, o plano de aterramento está mais próximo do lado do componente da PCB. Os sinais são então colocados nas duas camadas externas. Uma maneira conveniente de fazer isso é rotear sinais em direções ortogonais nas duas camadas – a camada superior pode ter traços principalmente verticais, enquanto os da parte inferior seriam principalmente horizontais. Para chegar a algum lugar na diagonal, você segue um caminho de distância de Manhattan, alternando entre as camadas. Isso aumenta a densidade do sinal alcançável e é um bom ponto de partida para iterar um projeto.

As conexões entre as camadas são feitas com vias, assim como nos empilhamentos de duas camadas. Para alimentar um IC, por exemplo, o pino pode ser quebrado com um traço curto e largo até uma via que se conecta ao plano de potência. Melhor ainda, você pode criar uma pequena “ilha de energia” feita a partir de um vazamento de cobre no lado do componente que é conectado ao avião através de várias vias, adicionando um ou mais capacitores de bypass próximos para uma fonte de alimentação sólida. Com PCBs multicamadas, existem diferentes variedades de via, embora em ofertas de nível amador, você normalmente ficará limitado ao tipo mais familiar que passa por todas as camadas da placa. Em processos de placa mais avançados, você também pode ter vias cegas que conectam apenas as camadas externas a uma camada interna, ou vias enterradas que conectam apenas as camadas internas.