Preso projetando dois

Muitos leitores certamente estão familiarizados com o processo de gravação caseira de PCBs: é considerado muito simples, embora um pouco complicado, hoje. Não era assim na minha juventude, quando comecei a me interessar por eletrônica. Naquela época, gravar até mesmo placas de um lado era para amadores "avançados". No momento em que comecei a gravar meus próprios PCBs, os amadores avançados estavam interessados ​​em placas gravadas em casa de dupla face - o único tipo não retratado acima, porque não consegui encontrar o único exemplo de sucesso que já criei. Mais tarde, vi o surgimento de PCBs fabricados "bare bones": placas de tamanho fixo feitas profissionalmente com orifícios revestidos, mas sem máscara de solda ou serigrafia. Eventualmente, isso deu lugar aos serviços PCB agregadores que temos agora com placas completas de duas camadas, completas com máscara de solda e serigrafia.

Hoje, o hobby "avançado" pode estar usando placas de quatro camadas, embora a taxa de adoção de quatro camadas ainda seja relativamente baixa - OSH Park produz cerca de 90% de duas camadas e 10% de quatro camadas, por exemplo. Acho que isso inevitavelmente aumentará, como aconteceu com todas as tecnologias anteriores: o avançado acaba se tornando o mainstream. Cada uma das mudanças anteriores trouxe design e construção mais fáceis, bem como desempenho aprimorado, e o mesmo acontecerá quando as 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 designs, pode se surpreender com o pequeno custo extra envolvido em todos os benefícios que 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 "stackup". Os empilhamentos de duas camadas são simples: há cobre de uma espessura especificada em cada lado de um material de núcleo, na maioria das vezes laminado epóxi reforçado com fibra de vidro FR4. Um exemplo típico é mostrado na figura: 1,4 mils (também conhecido como 1 oz) 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 foram igualmente espaçadas, mas geralmente estão muito mais próximas das camadas externas. Existem algumas razões muito convincentes para fazer isso, que exploraremos daqui a pouco.

Se você estiver solicitando um grande número de PCBs diretamente do fabricante, poderá personalizar a pilha, alterando o espaçamento e a espessura do cobre para se adequar ao seu projeto. Com serviços voltados para amadores, no entanto, você obtém sua pilha padrão de quatro camadas. Felizmente, muitos serviços escolheram bem suas ofertas. A OSH Park, por exemplo, usa um substrato premium FR408 para seu serviço de quatro camadas, o que resulta em excelente desempenho de RF.

Então, agora você tem mais duas camadas de cobre – o que você deve fazer com elas? Existem várias maneiras de organizar seu design, mas, a menos que você tenha motivos específicos, é melhor ficar com a estratégia mais comum. Nesta abordagem, as camadas externas são usadas para sinais e as duas camadas internas são usadas como planos de energia e terra. Mais comumente, o plano de aterramento está mais próximo do lado do componente do PCB. Os sinais são então colocados nas duas camadas externas. Uma maneira conveniente de fazer isso é rotear os 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 percorre um caminho da distância de Manhattan, alternando entre as camadas. Isso aumenta a densidade de sinal alcançável e é um bom ponto de partida para iterar em 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 para uma via que se conecta ao plano de energia. Melhor ainda, você pode criar uma pequena "ilha de energia" feita de cobre derramado no lado do componente que é conectado ao avião por várias vias, adicionando um ou mais capacitores de desvio próximos para uma fonte de alimentação sólida. Com PCBs multicamadas, existem diferentes variedades de via, embora em ofertas de nível amador, você normalmente estará 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 camadas externas a uma camada interna, ou vias enterradas que conectam apenas camadas internas.