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High Speed Design de PCB

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No entanto, se você quiser ter um design de PCB de alta velocidade, será uma história complexa, integridade de sinal, diafonia e reflexões, etc., esses fatores são importantes.

Alta velocidade Design PCB refere-se a qualquer projeto de PCB em que a integridade do sinal comece a ser afetada pelas características físicas da placa, como layout, caixa, empilhamento de camadas, interconexões, etc. , então parabéns, você se encontrou no mundo do design de PCB de alta velocidade!

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Um projeto de PCB de alta velocidade bem-sucedido requer a integração do dispositivo, PCB e outros elementos no projeto. Para obter uma operação de alta velocidade, o design do PCB deve alcançar:

  • Geração mínima de ruído a bordo
  • Conversa cruzada mínima entre rastreamentos
  • Redução do efeito de ressalto no solo
  • Correspondência de impedância pela configuração adequada

A equipe de design de PCB de alta velocidade da Venture tem os engenheiros de design líderes do setor e 10 anos de experiências de layout de PCB de alta velocidade, desde o desenvolvimento e produção de materiais, fabricação de circuitos para final montagem de componentes.

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Design de PCB de alta velocidade - O guia definitivo

design de pcb de alta velocidade

Digamos que em várias ocasiões você tenha se esforçado para alcançar especificações práticas para seu projeto de PCB de alta velocidade.

Você formulou um plano, transferiu para o layout, seguiu todos os protocolos necessários; infelizmente, ele falha no teste final.

Isso soa tão irritante.

O que poderia ser o problema?

As soluções para esse cenário são uma visão geral do que você encontrará neste guia. Além disso, no final deste guia, você será um especialista em design de PCB de alta velocidade.

Agora, isso é realmente uma coleção de informações vitais que você encontrará em um único guia.

Devemos ir.

Noções básicas de PCB de alta velocidade

Neste segmento, vou levá-lo através dos seguintes conceitos: definições, classes de PCB de alta velocidade e, finalmente, partes do PCB de alta velocidade.

Então, o que é uma placa de circuito impresso de alta velocidade?

Em primeiro lugar, devo mencionar que não há uma definição específica do que é um PCB de alta velocidade. No entanto, a boa notícia é que podemos dizer quais são considerando algumas perspectivas, especialmente no processo de projeto de PCB.

Mesmo com essas considerações, existem alguns raciocínios reunidos para identificar o que é necessário para obter uma PCB de alta velocidade.

PCB de alta velocidade

PCB de alta velocidade

Veremos brevemente alguns deles.

Então, o que distingue um PCB de alta velocidade de qualquer outro tipo?

Para entender o que faz um PCB ser de 'alta velocidade', analisamos três fatores fundamentais.

Caso 1 da Definição da Placa Citcuit Impressa em Alta Velocidade

Primeiro, você saberá que está lidando com um PCB de alta velocidade pelo nível de frequência envolvido. Observe que a frequência geralmente afeta o desempenho e a integridade do sinal do circuito. Consequentemente, a frequência é um aspecto crítico de tal PCB.

Portanto, principalmente qualquer circuito com excesso de 100MHz até 1000MHz legitimamente pertence a uma classe de alta velocidade, embora aqueles de valores altos pertençam a ultra-alta velocidade.

Quaisquer outros valores inferiores pertencem a baixa velocidade ( ? 25MHz ), moderada (= 100 MHz).

Caso 2 da Definição da Placa de Circuito Impresso de Alta Velocidade

O segundo aspecto é a diretriz de rastreamento.

Traços no PCB

Traços no PCB – Foto cortesia: MacroFab

Como você coloca os traços para notar tais circuitos?

A maneira precisa de fazer isso é analisar os tamanhos de seus rastreamentos. Como resultado, um PCB de alta velocidade teria um traço que excede um terço do tempo de subida da velocidade de comutação para o dispositivo em que você está trabalhando.

Caso 3 da Definição da Placa de Circuito Impresso de Alta Velocidade

Finalmente, olhamos para a distância de separação. Durante o projeto, nossa classe de PCB alvo deve ser um circuito de unidade grande, mas subdividido.

Acima de tudo, você notará que cada segmento funciona de forma distinta.

Agora que é um pensamento honesto para definição.

Ainda podemos olhar para outro.

Para este caso, ele considera um PCB de alta velocidade aquele que apresenta problemas de força de sinal.

Agora, com essas considerações, é interessante perceber que esse circuito também existe em algumas classes. Em seguida, examinamos essas subclassificações.

Tipos de placa de circuito impresso de alta velocidade

Uma variedade de PCBs de alta velocidade está disponível no mercado, embora todos tenham a mesma função.

Algumas diferenças fundamentais estariam no processo de fabricação, juntamente com seu projeto estrutural.

Portanto, essas formas de PCBs são as seguintes:

  • Placas de circuito de um lado
  • Placas de circuito de dupla face
  • Placas multicamadas

Observando de perto essas classificações, você percebe uma coisa; é a diferença em termos de várias camadas. Isso mesmo.

Camadas PCB

Camadas PCB

Portanto, antes de entrar na análise de cada um, vale a pena mencionar que cada PCB possui algumas seções primárias que, por sua vez, o diferenciam do resto do grupo.

Eles incluem:

  • A camada condutora, ou seja, o material condutor.
  • Filme dielétrico.
  • Material isolante.
  • Furos passantes chapeados/não chapeados. etc.

À medida que discutimos cada tipo de alta velocidade placa de circuito impresso, você deve ser capaz de identificar a diferença entre eles com base nas partes que acabamos de mencionar.

· Placas de circuito de um lado

PCB de face única é indiscutivelmente a forma mais pura. Por quê?

Ele tem apenas uma única camada de material condutor no filme dielétrico.

O lado da unidade tem uma parte de sua consequência; o processo de design envolve a fixação dos componentes das placas de um lado.

Em outros lugares, os circuitos ficam do outro lado. Foi convencionalmente a forma mais antiga inicialmente usada nas PCBs de antiga geração.

Devido à sua estrutura, esses tipos têm furos passantes não chapeados/vias em suas placas.

Não banhado através do orifício no PCB

Orifício de passagem não revestido na PCB – Foto cedida: Research Gate

A principal limitação deste circuito é provavelmente porque você só precisa executar todas as funções essenciais de um lado precisamente devido à camada condutora. Assim, não é permitido cruzar.

Você pode facilmente projetar esse tipo de circuito por serigrafia ou até mesmo impressão em rede.

PCB de lado único

PCB de lado único

É importante ressaltar que para suas necessidades de fabricação dessa forma de placa, você precisará de laminados de fibra de vidro FR4, alumínio, cobre, entre outros.

· Placas de circuito de dupla face

Este tipo, no entanto, possui camadas duplas de materiais condutores. Na maioria das vezes, o cobre é o material condutor para esses circuitos.

Então, basicamente, esta forma de PCB tem cobre embutido em ambos os lados dos laminados.

Além disso, entre as camadas condutoras, existe um isolante fixo para separá-las.

Furos passantes revestidos também complementam suas estruturas para conectar os dois lados das camadas condutoras.

PCBs de dupla face são populares na indústria de circuitos, pois são muito adequados para projetar interconexões.

PCB de dupla face

PCB de dupla face

Algumas personalizações são necessárias ao projetar esse tipo de circuito para atender às preferências dos clientes. Tais incluem: eliminar os furos, cobrir ambos/nenhum/simples lados, etc.

· Placas de circuito multicamadas

A concepção do Placas de circuito multicamadas incorpora a inclusão de mais de três camadas de material condutor.

Entre essas camadas condutoras, folhas isolantes as separam adequadamente.

Notavelmente, as camadas de cobertura externa são opcionais aqui, dependendo da sua fabricação.

A maioria dos fabricantes fabrica placas multicamadas combinando placas de circuito de um lado com placas de circuito de dupla face em uma blindagem de circuito de unidade.

PCB multicamadas

PCB multicamada – Foto cedida: The Engineering Projects

Cada uma dessas várias camadas requer fixação firme por encaixe com orifícios passantes chapeados. A laminação do circuito também é outra opção.

As placas multicamadas estão ganhando cada vez mais popularidade devido aos vários benefícios associados ao seu uso. Tais vantagens limitam os cruzamentos, reduzem a diafonia e regulam a blindagem.

Com esses três tipos principais de PCBs de alta velocidade, você deve estar se perguntando agora o que os compreende. Na verdade, todos eles têm vários segmentos que trabalham juntos para trazer o circuito certo.

A seguir, veremos essas partes.

Partes da placa de circuito impresso de alta velocidade

A fabricação do PCB de alta velocidade envolve a utilização de diversos materiais, desde os mais simples até os mais complexos.

Esse processo resulta no estabelecimento de várias partes dos conselhos.

As partes principais das placas de circuito são as seguintes.

  • Substrato
  • Camada condutora
  • Máscara de solda
  • Silkscreen

Observe que não contesto a existência de qualquer outra parte que não esteja na lista acima. A razão é que, até o momento, a maioria dos fabricantes tem a tendência de personalizar seus PCBs para atender a um requisito específico.

Vamos discutir brevemente essas partes.

i. Substrato de PCB de alta velocidade

O substrato é um termo geral que podemos usar para nos referir a todos os materiais e estruturas que cobrem a camada condutora.

Substrato de PCB de alta velocidade

Substrato de PCB de alta velocidade

Agora, o material do substrato é tão essencial quanto qualquer outra parte do circuito por razões aparentes. A primeira coisa que você precisa saber é que o material de cobre é um excelente condutor elétrico. No entanto, reage prontamente com o oxigênio por processo de oxidação, resultando na formação de uma fina camada marrom de material em sua superfície.

Por isso, para evitar tal reação, qualquer superfície de cobre exposta deve ser totalmente coberta. O material de cobertura apropriado para uso aqui são os substratos e a sobreposição de cobertura.

Em segundo lugar, o material do substrato também é responsável pela flexibilidade ou rigidez do PCB.

PCB rígido e flexível

PCB rígido e flexível

 Para obter essa camada de revestimento ou cobertura, você precisará de ouro ou solda.

Essas duas substâncias, ou seja, ouro e solda, são altamente preferidas devido a duas razões importantes.

Primeiro, eles são todos bons condutores de eletricidade, além de serem altamente duráveis ​​e capazes de suportar condições ambientais adversas, como ferrugem, alta temperatura, etc.

Os materiais de substrato comuns incluem fibra de vidro, FR4, entre outros.

ii.Camada condutora em PCB de alta velocidade

Antes de decidir sobre o número de camadas condutoras para o seu PCB, você deve saber que sua escolha dependerá de alguns fatores.

Seu tipo de aplicação, os custos envolvidos e a quantidade de espaço para seu circuito são alguns dos fatores que influenciariam seu número de camadas condutoras.

Na maioria dos casos, o usuário escolhe as camadas da placa de circuito impresso que lhe são adequadas. Daí a necessidade de construção de vários números de camadas.

Além disso, a camada de material condutor crítico amplamente utilizada é o cobre.

O cobre é o material recomendado número um porque é econômico, oferecendo valor pelo seu dinheiro.

PCB

PCB – Foto cortesia: Science Direct

O tamanho e a respectiva espessura do cobre podem variar, ou seja, 9 µm, 12 µm, 18 µm a 356 µm de acordo.

Além do cobre típico, outras formas variadas de cobre também são apropriadas; algumas dessas formas incluem cobre berílio, semi-duro, recozido laminado e eletrodepositado.

A mais simples das camadas em termos de construção, projeto e uso frequente é a PCB de camada única, que por sua vez traz uma camada condutora única.

Por outro lado, circuitos enormes e complexos exigiriam o uso de PCB de camada dupla ou PCB multicamadas em comparação com os de um lado.

De fato, com o avanço da tecnologia, é possível conectar várias camadas condutoras de até 10 a 12 camadas.

O mais crítico é a comunicação efetiva entre os componentes das várias camadas.

Caso contrário, existem outros materiais condutores além do material de cobre puro ou outras formas de cobre.

Os principais materiais nesta segunda lista de prioridade são carbono, tinta prateada, Inconel, constantan e alumínio.

iii. Máscara de solda em PCB de alta velocidade

A máscara de solda é também outra camada de material adicional que forma uma cobertura externa para a camada de cobre.

Revestimento de máscara de solda

Revestimento de máscara de solda – Foto cortesia: Wikimedia

Para a maioria das aplicações, é de cor verde, embora possa ser de qualquer outra cor.

A máscara de solda também atende a funções muito significativas, como fornecer uma camada de isolamento aos traços de cobre contra outros condutores. Especificamente, a camada isolante protege as almofadas de entrar em contato com outros condutores.

Agora você pode ver que a máscara de solda é uma camada obrigatória.

iv. Serigrafia em PCB de alta velocidade

A serigrafia é a última camada que você encontrará na placa de circuito.

A camada de seda também é fundamental, pois é nessa camada que aparecem os caracteres, escritos e símbolos.

Todas essas formas de arte ajudam o usuário a identificar o papel de cada componente do quadro.

Normalmente, a tinta epóxi é digna de serigrafia.

Importante, você pode opcionalmente usar a camada de seda para as respectivas camadas superior e inferior da PCB, mas de acordo com as preferências do usuário.

No caso das camadas inferior e superior, é referido como fundo de serigrafia e topo de serigrafia, respectivamente.

v.Pad

Pad é um pedaço de material de cobre que se projeta na superfície da placa de circuito.

É nestes pads que fornece uma porta para montar os cabos dos componentes e, eventualmente, soldar.

Então, tecnicamente, as almofadas fornecem suporte mecânico a todos os componentes da PCB.

vi. Rastrear

A beleza do PCB deve-se ao fato de que ele elimina o uso de conexões convencionais de sistemas de fios complicados.

Traço de PCB

PCB Trace – Foto cortesia: PCB Calculators

Como tal, em PCBs, os componentes não são conectados com o uso de fios, mas com a ajuda de materiais condutores, especificamente cobre.

Aparentemente, o cobre em uso, neste caso, é liso e aparece na forma de uma linha na superfície da placa de circuito. Este tipo de cobre é o traço.

vii. Camada Superior

A camada superior do PCB é normalmente a camada externa que você vê rapidamente. É nessa camada que você monta os componentes da PCB.

Camadas PCB

Camadas PCB – Foto cortesia: PCB Way

Além disso, essa camada geralmente é colorida em verde.

viii. Camada Inferior

Ao contrário da camada superior, a inferior é identificável por causa dos orifícios e almofadas nela. Por esse motivo, a soldagem dos componentes da PCB ocorre através do orifício.

Vale a pena estipular que você pode revestir a camada superior e/ou a camada inferior do PCB de verde.

Aí está - as partes de um PCB de alta velocidade.

Com essas informações básicas sobre o PCB de alta velocidade, passamos para um segmento mais industrial de nossa discussão.

Você não pode perder nossa próxima discussão.

Noções básicas de projeto de circuitos de alta velocidade

Nesta seção, vamos nos concentrar na fase de projeto desses circuitos. Vamos atrelar nossa discussão a várias questões sobre o processo de design.

Para iniciar nossa avaliação, vamos começar pelos conceitos básicos.

O que o design de PCB de alta velocidade implica?

Basicamente, um projeto de PCB de alta velocidade é qualquer processo de projeto no qual:

  1. Características físicas
  2. Estrutura, e
  3. A configuração de suas placas de circuito afeta a integridade dos sinais.

Projeto de PCB de alta velocidade

Projeto de PCB de alta velocidade

As características físicas das placas de circuito de que estamos falando aqui podem incluir o layout da PCB, interconexões, embalagem, camadas, etc.

Além disso, o tipo de problemas que afeta Integridade do Sinal em PCBs de alta velocidade são:

  • Atrasos
  • Crosstalk
  • Reflexões
  • Atenuação
  • emissões

Agora, todos esses fatores são os que você encontrará no mundo do design de PCB de alta velocidade.

Significativamente, é devido a todas essas circunstâncias que tornam o projeto de PCB de alta velocidade um tipo único de empreendimento.

Na verdade, você perceberia prontamente que um projeto de PCB padrão não envolve a consideração de questões tão pequenas, mas apenas gira em torno da colocação e roteamento de componentes.

A diferença é bastante evidente quando se trata de um projeto de PCB de alta velocidade.

Você dedicará toda a sua energia e recursos para fazer uma análise precisa do:

  • Localização adequada dos traços
  • Largura dos traços
  • Proximidade com outros sinais
  • Tipos de peças que formam uma conexão completa

Agora, o resultado final para o design de PCB de alta velocidade é a inclusão total e as considerações dos problemas de integridade do sinal.

A parte elegante dos PCBs de alta velocidade é que todos eles precisam transferir sinais ao longo dos traços de cobre para um destino pré-determinado.

Projeto de PCB de alta velocidadeProjeto de PCB de alta velocidade – Foto cortesia: Autodesk

Claro, os sinais podem ser um sinal analógico ou um sinal digital.

Sinal digital x sinal analógico

Sinal analógico x sinal digital

Resumidamente, vou diferenciar os dois.

A sinal digital limita-se apenas a sistemas digitais, e possui dois modos de representação de valores, ou seja, ponto alto e ponto baixo, ou ligado e desligado.

Comumente, um sinal digital é também conhecido como sinal de relógio ou onda quadrada.

Pelo contrário, um sinal analógico tem um intervalo distinguível de valores positivos e negativos. Implicando que podemos descrever sinais analógicos de forma variada com base na força e frequência do sinal.

O que é preciso para obter um projeto de PCB de alta velocidade?

Seu foco deve estar no seguinte:

  • Geração mínima de ruído a bordo
  • Conversa cruzada mínima entre rastreamentos
  • A diminuição do efeito de ressalto no solo
  • Ruído de comutação simultânea em operação
  • Terminação correta da linha de sinal
  • Impedância

Para conseguir tudo isso, você precisa se concentrar no seguinte:

1) Tipo de material da placa PCB de alta velocidade

O tipo de material para a construção do PCB sempre desempenha um papel significativo. Especificamente, o material dielétrico determina a quantidade de ruído e diafonia que emanam dos sinais de E/S de comutação rápida.

Material PCB

PCB de materiais

Cada material dielétrico tem um valor único de constante dielétrica. Portanto, cada substrato de PCB teria, por sua vez, uma constante dielétrica relativa distinta.

A constante dielétrica é um parâmetro específico que qualquer engenheiro de PCB deve acertar. Isso porque é essa configuração que afeta a impedância de uma linha de transmissão.

Consequentemente, os sinais podem se propagar rapidamente em materiais com menor constante dielétrica.

Existem ainda outros fatores que afetam o desempenho do sinal e a separação de ruído; tais considerações são efeito de linha de transmissão e modelagem. Os layouts típicos de linhas de transmissão são microstrip e stripline.

2) Crosstalk em design de PCB de alta velocidade

Crosstalk é a circunstância problemática em que ocorre o acoplamento de sinais entre traços paralelos.

Crosstalk no projeto de PCB

Conversa cruzada em design de PCB

Você pode minimizar o crosstalk roteando e piquetando camadas adequadamente através dos layouts de microstrip e stripline.

3) Filtrando o ruído de energia no PCB de alta velocidade

Em alguns casos, a fonte de alimentação pode produzir algum ruído de baixa frequência, geralmente de 1 kHz e abaixo.

Você pode reduzir esse tipo de ruído filtrando-o na seção em que a energia se conecta ao PCB e a todos os gadgets.

Com todas essas informações, passamos para a próxima parte de nossa discussão.

Diretrizes de design de PCB de alta velocidade

Quando se trata de design de placa de circuito impresso de alta velocidade, você considerará as seguintes etapas:

1. Faça um plano esquemático para seu projeto de alta velocidade

Um esquema é tipicamente um dos estágios que a maioria das pessoas geralmente esquece, mas muito crítico no projeto.

Esquemática é uma maneira convencional de comunicar técnicas e problemas de conectividade na placa de circuito. Portanto, sem ele, você pode sofrer um choque rude, juntamente com contratempos freqüentes durante o processo de design.

E é aí que entram os esquemas; o plano oferece uma maneira adequada de organizar e produzir um projeto viável de alta velocidade.

Alguns dos parâmetros e informações vitais nesta fase que você provavelmente precisará incluem:

  • Velocidade do sinal
  • Fonte de alimentação para todos os CIs
  • Sinais sensíveis
  • Configuração correta do sistema entre outros

Esquemas de PCBEsquemas de PCB

Para esgotar todas as informações possíveis necessárias para desenvolver um plano completo, você precisará trabalhar com seu fabricante.

Ao fazer isso, você entende suas tolerâncias mínimas juntamente com qualquer outra nova modificação.

Além disso, o ruído a bordo é um problema bastante significativo que você deve começar a pensar neste estágio inicial. Portanto, junto com seu parceiro de fabricação, você pode elaborar uma estratégia para reduzi-lo.

A primeira técnica que você pode usar para diminuir o ruído é utilizando os dois métodos de roteamento, ou seja. Traços de microstrip e stripline.

2.Mantenha um documento atualizado para sua pilha de placas

Com um plano correto, em seguida, você terá que acompanhar todas as informações sobre o empilhamento de camadas para sua aplicação.

Envolver um fabricante nesta fase é essencial porque o documento precisa ser abrangente o suficiente para acomodar informações sobre:

  • Componentes
  • Assembléias
  • Aspectos específicos e detalhados para as regras de projeto
  • Materiais necessários para a fabricação.

Como os materiais são bastante críticos neste procedimento, vale a pena identificar e apontar alguns dos materiais que você provavelmente encontrará.

Eles incluem:

FR4 material PCBMaterial PCB FR4

  • FR-4. Os engenheiros elétricos recomendam esse tipo para aplicativos que exigem velocidades de clock inferiores a 5 Gbps. Por esse motivo, é sempre agrupado como um tipo de material de baixa velocidade.
  • O FR-4 vem com duas vantagens significativas, ou seja, traz a capacidade de controlar a impedância, além de ser econômico.
  • Nelco, SI ou Megatron. Cada um pode facilmente atingir uma velocidade de clock de 5 a 25 Gbps.
  • Rogers – caso sua aplicação exija velocidade excepcionalmente alta, o material Rogers atende perfeitamente às suas demandas. Este tipo grava uma ultravelocidade de até 56 Gbps. Fica assim evidente que se trata de um material de alta frequência com impedância adequada além de ser capaz de suportar altas temperaturas.

A única limitação desta forma de material é o seu alto custo de produção.

Além dos materiais envolvidos, você também precisa entender algumas das técnicas de empilhamento de poucas camadas.

  • A primeira coisa que você precisa fazer é garantir que você coloque a camada de sinal adjacente a uma camada plana. Ao fazer isso, seus sinais teriam um caminho de retorno válido.
  • Encaminhe todos os sinais de alta velocidade para as camadas internas da placa, especialmente entre os planos, fornecendo assim uma zona de proteção contra qualquer radiação potencial.
  • Você pode usar vários planos de solo em sua pilha de camadas.

3.Planejamento e Organização do Piso

Este procedimento envolve apenas os detalhes sobre como organizar efetivamente seu quadro. As decisões vitais que esperam por você aqui incluem decidir os pontos exatos para colocar todos os seus subcircuitos dentro da superfície do projeto maior.

Esse tipo de organização é bastante evidente durante a fase de projeto, onde você precisará separar a seção digital da parte analógica. Além disso, é crucial também separar o segmento de energia das seções digital e analógica.

4. Use adequadamente os planos de terra e energia

Inicialmente, você precisa garantir que o plano de aterramento esteja completo, ou seja, nunca divida seu plano de aterramento com um sinal roteado.

Criar uma divisão no plano só resulta na erupção de mais problemas, como indução eletromagnética e problemas no tempo do sinal.

A maneira apropriada de dividir um plano de aterramento é garantir que você adicione um resistor de 0 ohm ao lado do traço do sinal.

5.Diminua de forma otimizada os tamanhos de seus padrões de terreno

Os engenheiros eletricistas recomendam deixar de fora uma dimensão de tamanho excessivo reduzida para todos os pads em 0 -5% da proporção dos pinos do componente.

Ao contrário dos PCBs padrão que reservam 30%, o pouco espaçamento para os PCBs de alta velocidade é por boas razões.

Primeiro, aumenta drasticamente o suporte mecânico.

Em segundo lugar, diminui efetivamente a capacitância desnecessária. Finalmente, ao limitar o espaço para seus pads, você, por sua vez, aumenta o espaçamento para seus pares diferenciais, vias e ICs.

6. Direcione seus sinais

A emissão de alta frequência típica desses projetos sempre leva à radiação eletromagnética, potencialmente causando interferência no sinal.

Portanto, para erradicar esses problemas e aumentar os benefícios de blindagem do seu sinal, você pode fazer o seguinte.

  • Mantenha os sinais paralelos de tamanho longo em sua placa de circuito no mínimo ideal.
  • Mantenha uma distância máxima entre os traços de sinal. Você pode, opcionalmente, rotear sinais em uma camada separada se eles forem barulhentos.
  • Encaminhe os sinais ortogonalmente, especialmente ao lidar com diferentes camadas.

7. Separe um Caminho de Retorno Atual

É obrigatório que os sinais em projetos de alta velocidade exijam um caminho de retorno uma vez transmitidos. O caminho também tem que ser da menor impedância.

Portanto, para garantir uma transição suave dos sinais, você terá que usar vias. As vias não precisam ser ordinárias, mas extraordinárias também. Você precisa ter certeza de que eles estão acoplados e têm uma impedância compatível.

8.Aplicar a Regra 3W

A regra 3W ajudará você a determinar a quantidade de separação necessária para fornecer os traços para diminuir o efeito de acoplamento.

A regra 3W afirma que a distância de separação entre os traços deve ser três vezes a largura de um único traço quando você o mede de centro a centro.

Você nunca tem limites com a separação; na verdade, você pode estendê-lo das três vezes indicadas para até dez vezes em uma situação em que você está experimentando um alto grau de acoplamento ou diafonia.

9. Aplicar a Regra 20H

Seus problemas potenciais não terminam com acoplamento e diafonia, mas vêm para acoplamento plano, ou seja. O efeito de acoplamento provavelmente será entre os planos de potência e terra no layout.

A franja é o possível efeito de tal acoplamento.

Uma forma de evitar tal complicação é pela aplicação da regra dos 20 H. A regra afirma que você precisa fazer seu plano de potência 20 vezes menor que a espessura dielétrica entre os planos de potência e terra vizinhos.

10.Roteamento Geral

Os ajustes finais que você precisa fazer são os procedimentos de roteamento. Existem muitas técnicas para fazer o roteamento, e é por isso que você deve colaborar com um especialista.

Vamos dar uma olhada em alguns comuns, no entanto.

  • 90 graus – evite usar as curvas em ângulo reto nos traços, pois isso pode levar a reflexões do sinal.
  • Pares diferenciais – para você obter a eliminação completa do campo eletromagnético, certifique-se de que os sinais em seus pares diferenciais tenham comprimento e intervalo iguais.
  • Linhas de transmissão – aqui você pode usar os traços microstrip e stripline no projeto das linhas de transmissão.

Essas são algumas dicas sobre como projetar seu PCB de alta velocidade.

Considerações de material para projeto de PCB de alta velocidade

Você certamente concordará comigo que não importa em que tipo de PCB você esteja trabalhando, começar com o equipamento e o material certos é uma vantagem na direção certa.

Vários fatores desempenham um papel na escolha do material PCB, como preço, propriedades do material, espessura do material laminado, alternativas de material, etc.

 Propriedades do material PCB de alta velocidade

Algumas das propriedades altamente consideradas incluem:

  • Fator de dissipação
  • Decaimento do sinal
  • Constante dielétrica
  • Impedância controlada

Vamos analisá-los brevemente para entender.

i. Fator de dissipação / meta de perda

O fator de dissipação refere-se ao grau de tendência do material dielétrico em receber energia da forma de onda que passa pelo material.

Portanto, os materiais PCB têm baixo ou alto fator de dissipação. Os valores de DF são essenciais ao investigar o número de perdas exibidas pelos circuitos de alta velocidade a partir dos quais você os fabrica.

Isso significa que os circuitos de alta velocidade construídos a partir de material PCB com baixos valores de Df emitem uma quantidade reduzida de perdas. Este tipo de deficiência inclui perda de condutor e perdas dielétricas.

Fator de dissipação

Fator de dissipação – Foto cortesia: Intel

Do outro lado do espectro, materiais com altos valores de Df levam à produção de placas de circuito com altas perdas.

Apesar da redução significativa nas perdas ao trabalhar com materiais PCB de baixos valores de Df, esses materiais de circuitos relacionados são relativamente caros em comparação com seus materiais de contrapartida de altos valores de Df.

Agora, esse é um cenário muito desafiador que exige freios e contrapesos. Não é de admirar que a maioria dos engenheiros fique presa entre os custos ou o desempenho.

ii. Sinal eDcay

O decaimento do sinal, também conhecido como decaimento exponencial, refere-se à diminuição da força do sinal ao longo de um período e depende do tipo de sinal, forma e frequência.

Decadência na transmissão do sinal

Decadência na transmissão do sinal – Foto cortesia: Universidade de Minnesota

Ao selecionar um material com decaimento de sinal suficiente, seu foco deve estar na constante de tempo, pois, um com mais constante relativa de tempo levaria mais tempo para uma queda na força do sinal.

iii. Constante Dielétrica (Dk)

A constante dielétrica do material afeta significativamente a impedância dos circuitos nele fabricados.

O Dk do material é sempre sensível, portanto, muda rapidamente sob a influência da frequência, temperatura e outros motivos.

O impacto correspondente traduz-se assim em efeitos adversos no desempenho dos PCBs de alta velocidade, uma vez que altera a impedância das linhas de transmissão, o que por sua vez prejudica a integridade do sinal.

Constante dielétrica no PCB

Constante dielétrica no PCB

Então, quais são os valores Dk recomendados?

Escolha o material PCB com os valores Dk, que são baixos e também estáveis ​​em igual medida sobre a frequência e a temperatura.

iv.Impedância Controlada

Seu projeto deve ter como objetivo manter uma impedância consistente em todo o caminho do sinal e ter uma impedância uniforme para pares diferenciais.

Portanto, para regular os impactos dos problemas de integridade do sinal, use as características de impedância (Z0) para encontrar propriedades externas, como constante dielétrica, larguras de traço e espessuras de camada.

Agora passamos para a parte central do nosso segmento.

Seleção de material para placa de circuito impresso de alta velocidade

Já sabemos que os materiais PCB estão disponíveis em várias formas, mas com níveis variados de desempenho. Como mencionamos anteriormente, o verdadeiro desafio está entre priorizar o custo ou o desempenho.

Mas como sabemos que o desempenho do material depende de alguns parâmetros e o mais importante, da constante dielétrica.

Conseqüentemente, antes de escolher seu material preferido, determine o escuro e Z0 para as linhas de transmissão que você está projetando. Para simplificar sua carga, use um software de design de PCB, gráfico Dk ou uma calculadora de impedância.

Quando passar por agora siga esta diretriz.

  1. Primeiro, escolha um material de placa PCB de alta frequência adequado. Fique atento aos núcleos, pré-impregnados e materiais de substrato.
  2. Especifique as propriedades do material da placa. Muitas vezes, os engenheiros incorporavam tamanhos, espessuras e constantes dielétricas ao especificar um material de PCB específico. Um projeto de circuito de alta velocidade exigiria canais com fases ou amplitudes próximas, sem poupar tolerâncias de desempenho apertadas.

Como você calculou inicialmente seu Dk e Z0, use esses valores para escolher a espessura e os pesos de cobre apropriados para sua PCB.

Com os materiais, segue o layout do PCB de alta velocidade. No entanto, é provável que você tenha problemas durante o layout.

Como você lida com os erros?

Isso é o próximo.

Fontes de erros no layout de PCB de alta velocidade

Há uma série de fatores que podem contribuir para erros que podem ocorrer no layout de PCB de alta velocidade.

Alguns desses erros podem incluir ruído a bordo e interferências eletromagnéticas.

Design PCB

Design PCB

Por isso é preciso ter cuidado ao realizar tais procedimentos.

Vejamos algumas das principais causas de erros no layout de PCB de alta velocidade.

· Interferência Eletromagnética (EMI) e Compatibilidade Eletromagnética

As radiações eletromagnéticas originam-se do ruído de radiofrequência e, posteriormente, causam interferência durante a operação do PCB.

Interferência eletromagnética

Interferência eletromagnética – Foto cedida: Laboratório de Compatibilidade Eletromagnética

Em outros lugares, a compatibilidade eletromagnética é a técnica de projeto que visa reduzir a gravidade da interferência eletromagnética emitida por um dispositivo.

É indiscutivelmente impossível conseguir um dispositivo de radiação eletromagnética com classificação zero. Portanto, seu objetivo como engenheiro deve ser reduzir a interferência eletromagnética e a sustentabilidade a níveis toleráveis.

Sempre consulte os padrões FCC e CISPR para os níveis de EMI aceitáveis ​​para cada dispositivo.

· Diafragma

Crosstalk ocorre sempre que dois ou mais traços adjacentes se acoplam de tal maneira que afetam o funcionamento um do outro, resultando na produção de algum ruído.

Separar os traços o suficiente é a maneira mais básica de limitar as diafonias. Você também pode usar aviões de energia.

·Sinais de Relógio

Os sinais de clock têm a tendência de formar uma frequência nominal de clock e frequências harmônicas acima das frequências de clock. Como resultado, você deve considerar a EMI na frequência do clock e os harmônicos mais altos que a frequência nominal do clock.

·Linhas de transmissão

Quando o PCB opera em frequências mais altas, os efeitos associados à linha de transmissão se desenvolvem rapidamente na placa.

Controlar a impedância de uma linha de transmissão de nível de PCB não deve ser tão estressante. Você pode optar por usar uma microstrip ou uma stripline.

Um traçado de circuito roteado para a camada externa da placa de circuito com um plano embaixo é o microstrip, enquanto um stripline é um traçado de circuito roteado para a camada interna da placa de circuito entre dois planos de baixa tensão faz um stripline.

·Sinais Diferenciais

Os sinais diferenciais ajudam enormemente a reduzir a quantidade de ruído em um caminho de comunicação. Além disso, os sinais diferenciais têm a mesma magnitude e são opostos em potencial. No entanto, os sinais diferenciais não são muito afetados pela diafonia ou qualquer ruído emitido.

· Seções de Corrente de Retorno e Loop

Projetos de layout de alta velocidade geralmente exigem a alocação de um caminho de retorno válido para um sinal. No entanto, o caminho de retorno varia em comparação com a fonte de sua tensão. Por exemplo, para um circuito DC, seu caminho de retorno será o de menor resistência possível.

Em outros lugares, para um sinal AC, o caminho é o de menor impedância. A diferença no caminho de retorno pode ser um problema potencial sempre que o traço do sinal romper o plano de terra.

Além disso, nesse caso, leva à formação de um loop. Infelizmente, você deve evitar qualquer loop, pois pode incluir radiadores EMI, o que, por sua vez, afeta a compatibilidade eletromagnética do projeto.

Portanto, essas são, idealmente, as fontes de erro no PCB de alta velocidade. Com essas informações, podemos passar a discutir algumas das técnicas convencionais de layout de PCB.

Vamos continuar nos movendo juntos.

Técnicas de layout de PCB de alta velocidade

Esta parte do guia abordará alguns dos aspectos críticos que você precisa sempre ter em mente durante o layout.

Esta seção extensa visa permitir que você seja capaz de evitar qualquer medida adicional que possa afetar a praticabilidade de seu projeto.

As técnicas de layout que discutiremos são as seguintes:

Layout PCB

Layout PCB

Trabalhando com a densidade de corrente

A densidade de corrente é a intensidade da corrente que flui através de um condutor. A discussão sobre a concentração de corrente também deve girar em torno das correntes de retorno.

Sim, o fluxo de corrente para um ponto específico também deve ter outro caminho de retorno.

Ao projetar seu circuito, o fluxo de corrente de retorno deve estar diretamente sob o traço de sinal que veio. Desta forma, o caminho será de menor impedância.

Além disso, você deve alocar outro caminho de retorno sólido sob o mesmo traço de sinal para manter uma natureza uniforme da densidade de corrente.

Caminho da corrente de entrada de alta frequência

Um caminho de corrente de alta frequência sempre deve seguir a passagem com uma impedância mínima. Além disso, para o seu layout, coloque a parte do receptor o mais próximo possível da seção de entrada.

Essa conexão cria uma área de loop muito mínima, reduzindo significativamente os atrasos no caminho do sinal.

A beleza deste método é: ele cria o ponto de aterramento de referência para outros circuitos não reativos. Além disso, dá-lhe liberdade de ter que respeitar técnicas rigorosas de strip-line.

Caminho de corrente de saída de alta frequência

Semelhante ao fluxo de corrente de entrada, o caminho de corrente de saída também deve ter um caminho de retorno. A única diferença é que a corrente de retorno para o caminho da corrente de saída deve fluir através dos capacitores de desvio e retornar às linhas de alimentação.

Como resultado, coloque os capacitores perto dos pinos da fonte de alimentação do driver e do traço de saída.

Caminho de corrente de saída de alta frequência

Você pode fazer isso minimizando ao máximo a área de fluxo atual. A maneira mais simples de fazer isso é colocar o conector e o driver próximos.

Diferencial de caminho de corrente de saída de alta frequência de um amplificador totalmente diferencial

Aqui você precisa reduzir a área do loop especificamente no lado do motorista. Você também pode utilizar o único capacitor que está entre as fontes de amplificador opostas.

Observe que, uma função renomada de um amplificador totalmente diferencial está no acionamento do ADC. Durante este processo, mantenha o caminho do fluxo de corrente ao redor do amplificador e do ADC suficientemente simétrico.

Adicionando Capacitores de Bypass ao Terra

Tal técnica permite que as correntes de retorno de modo comum passem de volta ao transmissor para completar o loop. Além disso, não pode interromper o fluxo de corrente diferencial.

Traçados Diferenciais de Roteamento

Você precisa rotear os traços diferenciais lado a lado. Portanto, mantém a inserção de ruído como um sinal de modo comum que é atenuado no sistema diferencial. Além disso, você pode rotear todos os traços diferenciais ao redor dos obstáculos, mas não deve separá-los a todo custo.

Finalmente, mantenha os comprimentos dos traços igualmente para manter os atrasos iguais.

Essas são algumas técnicas de layout úteis. No entanto, não contesto o fato de que existem mais deles; só não é consistente com o escopo deste guia.

Continue lendo para entender os procedimentos necessários no projeto do PCB.

Passo a passo no processo de design de PCB de alta velocidade

Muitos procedimentos informam bem o sucesso de um processo de projeto de PCB de alta velocidade.

Vamos direto para o procedimento.

I. Especificar os requisitos de projeto para PCB de alta velocidade

Agora, a etapa inicial que você deve pensar é definir os requisitos adequados da placa de circuito, considerando os componentes que você fornece para colocar na placa.

Vários fatores afetam potencialmente o desempenho dos circuitos eletrônicos, especialmente o PCB de alta velocidade e, curiosamente, a incapacidade de definir os requisitos da placa com precisão.

Portanto, definir os requisitos envolve combinar as dimensões da placa, montando os locais dos furos especificamente para o seu protótipo. Você também deve considerar e planejar intensamente os requisitos de ruído e blindagem.

Além disso, seria razoável decidir sobre o tipo de tecnologia de montagem de componentes que você provavelmente aplicará.

É SMT, THT ou qualquer outro?

Em seguida, resume-se ao fato de que você especificaria a largura correta do traço junto com o espaçamento do traço neste estágio anterior.

Isso é para evitar alguns possíveis erros de layout do PCB, como interferência capacitiva, eletromagnética e indutiva.

Esses erros, se não forem bem planejados, provavelmente aparecerão mais tarde no projeto.

Eventualmente, defina adequadamente as vias, o número de planos de terra e defina as camadas de roteamento. Ao fazer tudo isso, você aprimora os próximos estágios do design.

II.Escolha o software de design de PCB de alta velocidade

Para o desenvolvimento preciso de eletrônicos como PCB de alta velocidade, você precisa compreender as modalidades da placa de circuito, incluindo o uso de software de design auxiliado por computador (CAD).

Lembre-se, todas as placas que você fabrica devem estar de acordo com os regulamentos da Electric Membership Corporation (EMC).

Interface de software de design de PCBInterface de software de design de PCB

Com isso, vamos agora sublinhar os vários softwares. Depois de passar por todo o software, tenho certeza que você encontrará a combinação perfeita para o seu projeto.

No entanto, observe que esses softwares de design são vários e, portanto, não podemos esgotar todos eles neste guia. O software por si só merece uma discussão abrangente em um livro inteiro.

Analisaremos alguns.

· ALMOFADAS

PADS é sem dúvida um dos softwares de design de PCB mais acessíveis. A ferramenta serviria para engenheiros elétricos independentes.

Além disso, é popular em pequenas e médias organizações ou empresas que não têm muita pressão para entrega.

Além dos baixos custos envolvidos, é também simples de usar, adequado para iniciantes e produz designs de alta qualidade em comparação com outros de baixo custo.

Mas, a maioria dos engenheiros desencoraja o uso de PADS para placas de circuito multicamadas mais exigentes.

· Cadência Allegro

O Allegro Cadence, por outro lado, possui uma ampla gama de recursos; é composto por vários utilitários de design de PCB. O software funciona sem problemas em máquinas com pouca memória de até 512 MB de RAM. Então você pode até usá-lo em um computador de um núcleo.

As vantagens do software são: é ideal para; hardware de baixo desempenho, projetos complexos e grandes organizações.

A única falha está na complexidade da interface do usuário.

·OrCAD

A Software OrCAD está disponível em três versões, ou seja. Modo gratuito, padrão e profissional. A versão gratuita oferece apenas os recursos e funções necessários. Enquanto a versão padrão oferece uma funcionalidade completa, enquanto o modo especialista permite projetar PCB muito complexo com eficiência.

O software tem uma interface de usuário amigável e é fácil de usar. No entanto, não atende às demandas de grandes empresas e projetos complexos.

·Altium Designer

A maioria dos engenheiros considera muito Software Altium Design uma vez que é eficiente, fácil de usar e atende às necessidades de um projeto profissionalmente inicial.

Acima de tudo, funciona em placas de uma ou duas camadas e é capaz de obter uma digitalização rápida.

Infelizmente, pode ser cansativo quando você está trabalhando em uma placa multicamada.

Outro notável software de design de PCB de alta velocidade inclui:

III.Projetar Esquemas de PCB de Alta Velocidade

Indiscutivelmente, um bom layout começaria com um bom esquema. É por isso que você tem todas as razões para ser extremamente perspicaz e cuidadoso ao desenhar um esquema. Você precisa descobrir sobre seus caminhos de sinal no circuito.

Lembre-se, um esquema deve ter um fluxo natural e constante do lado esquerdo para o direito. Nesse caminho; ele irá traduzir o mesmo para a placa real.

Seria perfeito e facilitaria o projeto se você pudesse incorporar todas as informações úteis de detalhes no esquema.

Portanto, que tipo de informação você deve incluir nos esquemas? Designadores de referência, dissipações de energia, tolerâncias, formas de onda, comprimentos de traço são algumas das informações obrigatórias.

Caso você esteja ansioso para entregar um superesquema, você apreciará as seguintes informações adicionais: informações de ajuste, informações térmicas, linhas de impedância controlada, notas, faixas de valores de componentes, descrições de operação do circuito, etc.

IV. Realizar Simulações em PCB de Alta Velocidade para Análise de Sinal e Potência

Para aproveitar um PCB totalmente funcional e atender às demandas de tempo de seus projetos, detectar, analisar e resolver problemas de integridade de sinal durante o estágio de projeto ajudará.

Quando você descobre e corrige os problemas em um estágio inicial, reduz os custos finais de produção.

Com a ajuda do software de projeto selecionado, você deve realizar simulação analógica, análise de integridade de sinal, análise térmica e análise de projeto para manufatura (DFM).

A simulação analógica cobre todos os problemas relacionados à placa e rendimentos de projeto. Com a análise de integridade de sinal, você evita erros de configuração desnecessários e restrições não roteáveis.

Em outros lugares, a análise térmica ajuda você a analisar todos os problemas térmicos relacionados à placa, como superaquecimento da placa e dos componentes nos estágios iniciais do projeto.

Finalmente, a análise DFM, embora opcional nesta fase, também é significativa.

Reduz os problemas relacionados à produção, limita o número de rodadas de revisão em cada projeto e, por último, economiza tempo para o cronograma de lançamento

 V.Salvar PCB de alta velocidade no formato de arquivo necessário

Armazenar dados é uma das coisas que a maioria das pessoas costuma errar ao fazer sem saber do perigo iminente que estão expondo seus projetos.

O que você precisa fazer é gerenciar um arquivo adequado, pois é essencial para fazer backup e também organizar seus dados de projeto, aumentando assim a produtividade do seu projeto.

Novamente, você não precisa apenas armazenar dados no cofre. Você deve criar, indexar e restaurar arquivos em seu cofre.

Dessa forma, você poderá realizar uma pesquisa rápida por qualquer conteúdo no cofre, adicionar atualizações, como comentários. Isso pode ajudar na diferenciação de diferentes versões, bem como na comparação de arquivos esquemáticos e de layout.

Além disso, o gerenciamento de um cofre eficiente evita o estresse de perder dados de projeto.

Você retém seus dados de arquivos esquemáticos e de layout por um período bastante longo e talvez os use para seus projetos futuros.

Então, como o software de design ajuda você a economizar dados?

Tomemos, por exemplo, PADS, KiCard ou Altium, todos eles mantêm as informações do projeto em um cofre seguro em seu computador pessoal ou rede.

Não apenas isso, mas também adicionam ferramentas interativas para modificar e melhorar as revisões de design. O que mais?

Você pode simplesmente criar vários backups de seus dados de projeto para recuperá-los facilmente mais tarde para uma análise e modificações futuras.

Finalmente, quando se trata de gerar seus arquivos para seu fabricante contratado, você não se preocupará muito. A maioria deles prefere arquivos Gerber, enquanto outros formatos de arquivo CAD são suficientes.

VI. Realizar Projeto para Fabricação (DFM)

A análise DFM é mais um passo que você pode dar para identificar, analisar e resolver problemas em seus projetos de design.

O uso do software DFM permite detectar falhas que podem ser difíceis de conhecer, mas devastadoras nas mesmas medidas.

Alguns desses problemas que podem passar despercebidos incluem térmicas famintas, armadilhas de ácido, pratas, anel anular insuficiente, entre outros.

Além da identificação de erros, o DFM visa reduzir os custos gerais de produção envolvendo a aplicação de padrões estabelecidos para minimizar.

Tempo de ciclo para o desenvolvimento de produtos.

  • Para complementar a importância do DFM, você deve seguir regras estabelecidas. As regras incluem: limitar o número de peças em um projeto
  • uso de componentes padrão
  • facilidade de fabricação.
  • Use mais componentes multifuncionais.
  • Aproveite ao máximo a aceitação de colocação de componentes.
  • Reduza o posicionamento e manuseio.
  • Módulos de design para incorporação em diversos produtos.
  • Sempre desenvolva um design modular.

VII. Encaminhar o projeto de PCB de alta velocidade para fabricação

Como você pode ver, a tarefa de design é um pouco complicada e envolve alguns detalhes.

Uma vez que você já tenha passado por todos os outros problemas, você eventualmente chega à última etapa onde você terá que trabalhar com outra equipe (equipe de fabricação).

Mas que tipo de equipe você deve ter? Trabalhe com um fabricante profissional, competente, confiável e solidário que tornaria seu trabalho de design mais gerenciável e produtivo.

Processo de fabricação de PCB de alta velocidade

Antes de começarmos a construir o PCB de alta velocidade, você se lembra dos tipos de PCB que mencionamos anteriormente? Ou seja. Face única, face dupla e multicamada?

Agora, o procedimento a seguir é adequado para qualquer PCB que você deseja construir.

Abaixo estão as etapas que você precisa seguir durante a alta velocidade Fabricação de PCB.

1. Imprimindo o design de PCB de alta velocidade

Sem mencionar, você já sabe que precisa projetar seu PCB primeiro.

Felizmente, conversamos sobre tudo o que é preciso para criar um PCB, incluindo um plano esquemático, software relacionado e, claro, as verificações adequadas. Consulte acima para obter uma cobertura abrangente.

Com o desenho em mãos, podemos prosseguir com a impressão. Uma impressora plotter é o melhor dispositivo para imprimir o plano porque emprega uma tecnologia de impressão precisa que fornece uma cópia clara e detalhada do design da PCB.

Uma impressora plotter produz um filme foto-negativo do PCB real em uma folha de plástico. O filme exibe um sistema de cores nas camadas internas. A cor preta cobre os segmentos condutores, ou seja, as partes de cobre do PCB.

As outras seções da placa permanecem transparentes e, neste caso, a tinta transparente mostra regiões de material não condutor.

Seção da impressora plotadoraSeção da impressora plotter – Foto cortesia: Robin

Por outro lado, as camadas externas exibem o padrão contrário: coloração clara para o cobre, enquanto preto para as seções onde você finalmente gravará o cobre. Mantenha o filme bem longe de qualquer contato com o objeto externo.

A plotadora desenvolve instantaneamente um filme para cada camada do PCB e da máscara de solda.

Essencialmente, isso significa que uma PCB de três camadas recebe seis folhas: três para as camadas e as outras três para a máscara de solda. Os filmes devem ser todos uniformes para mapear o alinhamento da PCB.

Depois disso, faça furos de registro em todos os filmes. Os furos mantêm os filmes inteiramente alinhados, como veremos mais adiante no processo.

2. Imprimindo o cobre em PCB de alta velocidade

Imprima o desenho da PCB em um laminado e, em seguida, cole o cobre em ambos os lados do laminado. Antes de prosseguir, você precisa entender que, nesta etapa, pretendemos cortar o cobre para revelar o design do filme.

Cobre impresso em PCBCobre impresso em PCB

Depois disso, cubra o painel laminado usando um resist. Tome precauções nesta fase e evite qualquer contato com partículas de poeira.

Em seguida, alinhe o filme e a placa com a ajuda dos orifícios perfurados anteriormente e exponha-os à luz UV.

A luz endurece a resistência no cobre. A tinta preta já pintada evitará que a luz incida em áreas que não devem endurecer para que você remova essas regiões.

Em seguida, passe a placa por uma série de lavagens para eliminar qualquer fotorresistente não endurecido e outras partículas indesejadas na superfície.

Com isso, agora você tem o produto coberto com o resist cobrindo apenas as áreas de cobre que precisamos. A resistência esquerda, na verdade, deve representar apenas os cobres que eventualmente surgirão no PCB final.

Finalmente, ele examina a placa para verificar se não ocorreu nenhum erro e, em seguida, prossiga para a próxima etapa.

Nota: este procedimento deve ser aplicado apenas a placas de circuito com mais de duas camadas.

3. Inspecione o alinhamento da camada no PCB de alta velocidade

Limpe todas as folhas para prepará-las. Alinhe as camadas externas e internas da PCB com a ajuda de um soco visual.

Em seguida, use outra máquina precisamente AOI para realizar uma inspeção óptica das camadas para garantir que ainda não existam defeitos.

O que a ferramenta faz é comparar o PCB inspecionado com o projeto Gerber estendido.

Após a conclusão da inspeção, o conselho passa para a próxima etapa.

4. Lamine as camadas de PCB de alta velocidade

O objetivo desta etapa seria unir as camadas separadas. isto é, fundindo as camadas externas com o substrato. Fazemos este processo em duas subetapas: layer-up e etapa de colagem.

Comece colocando a camada de prepreg em cima da bacia de alinhamento, em seguida, coloque uma camada de substrato em cima do prepreg e siga com outra camada de cobre. Adicione mais folhas de prepreg na folha de cobre e, por último, uma placa de prensagem.

Certifique-se de que a placa de prensagem de cobre esteja intacta.

Quando terminar, transfira o sistema para uma prensa mecânica. A máquina pressiona e fixa os pinos na pilha de camadas de forma intermitente.

Transfira a pilha para uma prensa de laminação.

Aqui a máquina aplica calor e pressão às camadas. O calor derrete o epóxi do pré-impregnado enquanto a pressão funde as camadas.

Quando terminar, agora remova a placa de pressão superior e os pinos do preso deixando a PCB livre.

5. Perfuração e chapeamento de PCB de alta velocidade

É hora de fazer furos nas pilhas.

Mas primeiro, use uma máquina de raios X para descobrir os pontos de perfuração. Em seguida, faça furos de guia e, com a ajuda do design Gerber estendido como guia, use uma furadeira elétrica para fazer furos.

Perfuração de PCB

Perfuração de PCB

O chapeamento segue logo após a conclusão da perfuração e envolve o uso de produtos químicos para unir diferentes camadas. Limpe o painel e mergulhe-o em banhos químicos. Uma fina camada de cobre com cerca de um mícron de espessura se forma na superfície do painel e nos furos anteriores.

Todo o processo de imersão, remoção e procissão deve ser automático.

6. Camada externa de galvanização e imagem de PCB de alta velocidade

Aplique o fotorresistente na camada externa do painel e crie uma imagem. Usando a técnica correta para galvanizar as camadas internas na etapa anterior, faça o mesmo com as camadas revestidas externas.

A única diferença é o uso de estanho para cobrir o cobre das camadas externas.

7. Gravação a laser PCB de alta velocidade

O cobre não útil e o cobre abaixo da camada de resistência esquerda sofrem corrosão. A solução química auxilia na remoção do excesso de cobre enquanto o estanho protege o cobre necessário durante este procedimento.

Por fim, temos as conexões do PCB. O mascaramento de solda segue então.

8. Aplique máscara de solda na placa de circuito impresso de alta velocidade

Limpe os painéis e aplique-os com uma tinta de máscara de solda epóxi. Passe as placas por uma luz UV para revelar partes da máscara de solda indesejada para remoção.

Por fim, passe a placa em um forno para curar a máscara de solda.

9. PCB de alta velocidade serigrafia

Agora leve a placa através da escrita a jato de tinta para imprimir todas as informações necessárias na superfície. O PCB passa então pelas últimas etapas.

10. Testando PCB de alta velocidade

Após a conclusão de todas as etapas, faça alguns testes na PCB em várias seções para verificar sua funcionalidade de acordo com o projeto original.

Laboratório de testes para PCB

Laboratório de testes para PCB

Os dois principais testes são os testes de continuidade e isolamento do circuito. A continuidade do circuito procura por possíveis desconexões no PCB.

O teste de isolamento em outro lugar verifica os valores de isolamento das diferentes partes do PCB para confirmar a existência de quaisquer falhas.

Os testes confirmam a consistência do processo de fabricação com o projeto.

Esse é o guia completo sobre como fabricar o PCB de alta velocidade.

Vamos prosseguir.

Conjunto de placa de circuito impresso de alta velocidade

Antes de se envolver no processo de montagem, é vital obter seus produtos e tê-los prontos. E isso nos leva para a próxima subseção.

Preparar lista de materiais (BOM) para PCB de alta velocidade.

a lista técnica é composta por uma lista de matérias-primas, subcomponentes, peças, conjuntos intermediários, subconjuntos e as quantidades de cada um necessário para a fabricação do PCB de alta velocidade.

Portanto, sua lista técnica incluiria aproximadamente os seguintes itens, ou seja, eletrônicos e consumíveis.

  • Componentes eletrônicos
  • PCB
  • Materiais de solda
  • Fluxo de solda
  • Equipamento de solda

Com todos os equipamentos e materiais acima, você pode prosseguir para a Montagem de PCB.

BOM

BOM – Foto cortesia: Carrinho PCB

Montar Componentes na Placa de Circuito Impresso de Alta Velocidade

Com tudo pronto, você pode prosseguir com a colocação de elementos na superfície da placa de circuito. ,

Então, tecnicamente, você pode colocar os componentes usando três técnicas como abaixo.

·Técnica de Montagem em Superfície

A SMT é um processo para os componentes eletrônicos SMD.

SMT aplica-se à montagem lateral simples e dupla.

Esses componentes SMD não têm pernas nem cabeças. A técnica envolve o seguinte.

  • Impressão de pasta de solda
  • Componentes montados com o uso de uma máquina automatizada que pega as peças, como os CIs, e as coloca nos locais pré-programados da placa.
  • Soldagem por refluxo - sob esta, a placa passa por um forno de alta temperatura que derrete a pasta de solda. Segue-se uma câmara de resfriamento na qual a pasta de solda solidifica e gruda as peças firmemente.

· Através da Técnica de Montagem de Furos

A através da montagem do orifício é para uso com peças que possuem terminais e fios salientes, por exemplo, capacitores e bobinas. Você precisa conectá-los através dos orifícios no PCB para solda.

O processo inclui solda por onda e solda manual.

A soldagem por onda é bastante direta envolvendo:

  • Inserindo componentes.
  • Aplicação de fluxo
  • Pré-aquecimento
  • Solda por onda em altas temperaturas
  • Limpeza
  • ensaio

a soldagem manual, por outro lado, é adequada para fabricar unidades com carga/reparos mínimos.

·Técnica de montagem mista de PCB de alta velocidade

A técnica de montagem mista utiliza o SMT e o THT para montar outro tipo específico de componentes, como conectores e capacitores especiais.
como resultado, algumas falsificações combinam as duas técnicas no mesmo PCB.

O PCBA que utiliza tecnologias mistas deve ocorrer apenas nas seguintes situações: montagem mista de lado único, SMT de um lado e THT de um lado, montagem mista de lado duplo.

Aplicações para PCB de alta velocidade

Tenho certeza que você interage com PCBs de alta velocidade todos os dias. Você pode encontrá-los em vários ambientes industriais.

Além disso, eles são insubstituíveis e desempenham um papel significativo em nossas vidas. É por isso que todos os dias os engenheiros elétricos se esforçam para atualizar e solucionar as deficiências que experimentamos durante sua aplicação.

Algumas das aplicações e indústrias que utilizam fortemente os PCBs de alta velocidade incluem:

Sistema de comunicaçãoSistema de comunicação

  • Dispositivos de áudio e vídeo
  • Rastreadores GPS
  • Equipamentos de monitoramento
  • Eletrônicos de consumo, como dispositivos móveis, desktops, laptops etc.
  • Setor de telecomunicações
  • indústria médica
  • Indústria automobilística
  • Aplicativos de transmissão
  • Aplicativos de segurança

Conclusão

Claramente, os projetos de PCB de alta velocidade não são complicados.

O que você precisa lembrar é sempre começar com um esquema. Além disso, coordene de perto com seu designer de circuito e designer de layout.

Os tópicos que você precisa considerar são: Diretrizes de design de alta velocidade, técnicas de layout, processo de design e processo de fabricação.

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