Em nossa era definida por dispositivos eletrônicos, seja um servidor de data center executando trilhões de operações por segundo ou o poderoso smartphone em seu bolso, em sua essência, todos eles compartilham uma característica comum: uma placa de circuito impresso (PCB) multicamada altamente integrada e incrivelmente sofisticada.

Se uma placa de dupla face é uma via de mão dupla que conecta o ponto A ao ponto B, então um PCB multicamada é uma metrópole moderna completa com viadutos, túneis subterrâneos, vias expressas e faixas de emergência dedicadas. Ele representa o auge da tecnologia de design e fabricação de PCB e é uma pedra angular indispensável de dispositivos eletrônicos de última geração. Hoje, vamos desmistificar os PCBs multicamadas e explorar a complexidade e a arte por trás deles.

I. O que é um PCB multicamada? Uma maravilha da engenharia além das dimensões

1.1 Definição básica

Uma placa multicamada é uma placa de circuito impresso complexa que consiste em três ou mais camadas de padrões condutores (folha de cobre) laminados junto com pré-impregnados (pré-impregnados, PP) e interconectados por meio de orifícios de passagem (PTHs). As contagens de camadas comuns incluem 4, 6, 8 e até 100 ou mais, como usado em supercomputadores e grandes switches de comunicação.

1.2 A estrutura central

Uma analogia vívida: imagine um "bolso dimensional" em um romance de ficção científica.

Camadas superior/inferior:a entrada e saída do bolso, usado para colocar os componentes mais importantes e conexões externas.

Planos internos:o espaço multidimensional dentro do bolso. Eles são sempre atribuídos ao plano de potência e ao plano de solo e oferecem um fornecimento de energia estável e de baixo ruído e rota de retorno para todos os componentes.

Camadas de sinal interno:esconda-se no caminho secreto no bolso, especialmente usado para definir linhas de sinal sensíveis e de alta velocidade e evitar interferências externas.

Pré-impregnado:O adesivo mágico para colar todas as dimensões, atua tanto como isolante quanto como suporte estrutural.

Vias:Um "portal" conectando diferentes dimensões, incluindo orifícios que atravessam toda a estrutura, vias cegas que vão apenas da superfície para a camada interna e vias enterradas que estão completamente escondidas na camada interna.

Essa estrutura tridimensional resolve os principais desafios, como interconexão de alta densidade (HDI), integridade de sinal (SI), integridade de energia (PI) e compatibilidade eletromagnética (EMC) com os quais os PCBs de dupla face não conseguem lidar.

II. Por que PCBs multicamadas? 4 vantagens irresistíveis

A atualização de placas de dupla face para placas multicamadas não se trata apenas de aumentar o espaço de fiação; Ele oferece um salto significativo à frente:

1. Densidade de fiação incomparável e interconexões de alta densidade (HDI)

Esta é a vantagem mais óbvia. Ao adicionar camadas internas, os projetistas ganham exponencialmente mais espaço na fiação, permitindo o design de ICs extremamente complexos (como grandes pacotes BGA com mais de 1.000 pinos). Combinado com a tecnologia cega e enterrada, isso permite interconexões mais precisas, atendendo à tendência de miniaturização e redução de peso em produtos eletrônicos modernos.

2. Excelente integridade do sinal

Sinais digitais de alta velocidade (como PCIe, DDR e USB 3.0+) são extremamente sensíveis aos caminhos de transmissão. As placas multicamadas permitem o uso de roteamento stripline (linhas de sinal imprensadas entre dois planos de referência). Em comparação com o roteamento de microfita de placas de dupla face (linhas de sinal na superfície), isso fornece melhor blindagem, reduz a diafonia e a radiação externa e garante sinais limpos e sem distorção.

3. Integridade de energia forte

Planos de alimentação e aterramento dedicados fornecem caminhos de fonte de alimentação de impedância extremamente baixa. Isso reduz efetivamente o ruído da fonte de alimentação, evita erros de lógica do circuito causados por flutuações de tensão e suporta as demandas transitórias de alta corrente da comutação de chips de alta velocidade. Uma rede de distribuição de energia estável (PDN) é a base da confiabilidade do sistema.

4. Excelente compatibilidade eletromagnética (EMC)

Planos apertados de energia/terra criam um efeito de gaiola de Faraday eficaz, protegendo os campos eletromagnéticos gerados por sinais de alta velocidade dentro da placa. Isso não apenas reduz a interferência eletromagnética (EMI) no mundo exterior, mas também aumenta a resistência inerente da placa à interferência externa. Isso é crucial para produtos que devem passar por certificações EMC rígidas, como CE e FCC.

III. Revelando o processo de fabricação de placas multicamadas - uma sinfonia de precisão e colaboração

A fabricação de placas multicamadas é um processo extremamente complexo, muito mais sofisticado do que as placas de dupla face. Erros em qualquer etapa podem tornar um lote inteiro de placas descartado.

1. Fabricação do núcleo da camada interna

Corte: Corte de grandes folhas de CCL (laminado revestido de cobre) em tamanhos de produção.

Transferência de padrão de camada interna: O padrão de circuito da camada interna é transferido para a folha de cobre por meio de revestimento, exposição e desenvolvimento.

Gravação da camada interna: Grave o cobre desnecessário para formar circuitos da camada interna.

AOI (Inspeção Óptica Automatizada): Isso usa uma câmera de alta precisão para escanear os circuitos da camada interna, comparando-os com o projeto original para detectar quebras, curtos ou defeitos. Isso é fundamental para garantir a qualidade das camadas internas.

2. Laminação - O Momento Mágico

Esta é a etapa principal exclusiva das placas multicamadas.

Lay-up: A camada de núcleo interno preparada, o pré-impregnado e a folha de cobre (para a camada externa) são alinhados com precisão e empilhados como um bolo de camadas.

Laminação: Sob alta temperatura (170-180 °C) e alta pressão, o pré-impregnado derrete e flui, preenchendo as lacunas entre as linhas e solidifica após o resfriamento, unindo firmemente todas as camadas em um todo sólido.

3. Perfuração

Usando uma broca extremamente fina (tão pequena quanto 0,1 mm) ou um laser, furos passantes, vias cegas e vias enterradas são perfurados na placa laminada. A precisão do furo e a qualidade da parede são cruciais para a deposição de cobre subsequente.

4. Revestido através de furos (PTH) e chapeamento secundário

Embora semelhante em princípio aos PCBs de dupla face, a proporção do orifício maior requer deposição de cobre extremamente alta e uniformidade de revestimento. Isso garante depósitos de cobre suficientes na parte superior e inferior das paredes do furo para evitar o defeito fatal de falta de cobre (quebra do furo).

5. Transferência e chapeamento do teste padrão da camada exterior

O processo é semelhante ao das camadas internas, mas o revestimento de padrão é usado para engrossar o cobre nos traços e nas paredes dos furos para suportar as etapas de processamento subsequentes.

6. Máscara de solda, serigrafia e tratamento de superfície

Semelhante ao processo de PCB de dupla face, mas com requisitos de precisão de alinhamento mais altos.

7. Teste de sonda/testador voador e inspeção final

Devido ao grande número de redes, o teste de desempenho 100% elétrico deve ser realizado usando um testador de alta contagem de canais para garantir que todas as interconexões estejam corretas.

IV. Design de empilhamento de camadas - a arte do desempenho

O design empilhável é a alma do design de PCB multicamadas. Um bom projeto de empilhamento maximiza o desempenho, enquanto um projeto ruim, mesmo com roteamento perfeito, não alcançará o resultado desejado.

Aqui está um exemplo clássico de plano de design de empilhamento de 8 camadas

Contagem de camadas	Tipo de camada	Propósito
Camada 1	Camada de sinal (topo)	Coloque os componentes principais e as linhas de sinal de alta velocidade
Camada 2	Plano de solo (plano GND)	Fornece um caminho de retorno de referência completo para a Camada 1, protegendo a radiação
Camada 3	Camada de sinal	Roteamento de sinal de alta velocidade
Camada 4	Plano de fonte de alimentação (PWR Plane)	Distribuição de tensão do núcleo (por exemplo, + 1,2 V)
Camada 5	Plano de fonte de alimentação (PWR Plane)	Distribuição de tensão auxiliar (por exemplo, +3.3V, +5V)
Camada 6	Camada de sinal	Layout de sinal de baixa velocidade
Camada 7	Plano de solo (plano GND)	Fornece base de referência para a Camada 8 e a Camada 6
Camada 8	Camada de sinal (inferior)	Coloque os componentes principais e as linhas de sinal de baixa velocidade

Princípios de design:

-. Cada camada de sinal deve ser adjacente a um plano de referência (energia ou terra). Esta é a regra de ouro para controlar a impedância e garantir a integridade do sinal.

-. Os planos de alimentação e terra devem estar firmemente acoplados. Isso significa usar um dielétrico fino (por exemplo, 4 mil) para separar as camadas adjacentes de energia e aterramento para formar um capacitor de desacoplamento eficaz.

-. Os sinais de alta velocidade devem ser roteados preferencialmente em camadas internas (striplines) para melhor desempenho EMC.

V. Áreas de aplicação—Portadores de tecnologia de ponta

As placas multicamadas são o cavalo de batalha absoluto nos seguintes campos:

-. Computadores e Data Centers: Placas-mãe, placas gráficas, servidores e SSDs.

-. Equipamento de comunicação: estações base 5G, roteadores centrais e switches de fibra óptica.

-. Eletrônicos de consumo: smartphones, tablets, smartwatches e consoles de jogos de última geração.

-. Eletrônica automotiva: controladores de domínio de direção autônoma, cockpits inteligentes e sistemas de entretenimento automotivo.

-. Aeroespacial e Defesa: Sistemas de radar, equipamentos de navegação e sistemas de controle de voo, que exigem muito de confiabilidade e contagem de camadas.

-. Equipamento médico: Equipamentos de imagem de última geração (TC, MRI) e sistemas de monitoramento de vida.

VI. Como estimar o custo de fabricação: entenda os fatores que influenciam o custo

O custo dos PCBs multicamadas é muito maior do que o dos PCBs de dupla face; O custo é influenciado pelos seguintes fatores juntos;

Contagem de camadas:À medida que o número de camadas aumenta, o material, o tempo de processamento e a dificuldade aumentam de forma não linear.

Tamanho da placa:Quanto maior o tamanho da placa, maior o custo.

Tipos de materiais:material de alta frequência e alta velocidade, como Rogers, Taconic, os materiais de alta tg são muito mais caros do que o FR-4 normal

Espessura da placa e proporção (proporção):Quanto mais espessa a placa, maior a proporção (espessura da placa/diâmetro do furo) da perfuração, maior o desafio para os processos de perfuração e galvanoplastia e maior o custo.

Processo HDI:O uso de vias enterradas cegas, vias a laser, vias empilhadas, vias escalonadas e outros processos é o principal fator que aumenta os custos.

Traço/espaço mínimos:Quanto mais sutis os requisitos (por exemplo, 3/3 mil), maior o custo.

Peso de cobre:Requisitos de espessura de cobre para camadas internas e externas, especialmente quando é necessária uma espessura de cobre de 2 onças ou mais espessa.

Acabamento de superfície:ENIG, ENEPIG, ouro duro e outros acabamentos são mais caros que HASL.

Requisitos técnicos:Controle de impedância (controlando tolerâncias e número de canais), backdrilling (eliminando pontas), via-in-pad e outros requisitos especiais.

Quantidade do pedido:Grandes volumes podem reduzir significativamente os custos de NRE e ferramentas.

A melhor maneira de obter uma cotação precisa: Forneça seus arquivos Gerber, diagrama de empilhamento e especificações técnicas (requisitos de impedância, processos especiais, etc.). Realizaremos uma análise DFM e forneceremos uma cotação detalhada. A Jerico PCB trabalha na fabricação profissional de PCBs multicamadas há quase 20 anos. Com nossa equipe de engenharia dedicada e instalações modernas, podemos fazer a placa exatamente como você deseja, com preço razoável e qualidade inacreditável. Bem-vindo ao enviar seus projetos a qualquer momento, a equipe Jerico está sempre à sua disposição.

Vamos falar sobre PCB hoje!