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Guia de Projeto de Placa de Circuito Impresso com Cobre Espesso

O que muda em um projeto de cobre espesso antes da liberação do Gerber — largura de trilha versus peso do cobre, folgas, alívio térmico, equilíbrio de cobre e tratamento de via.

Placa de circuito impresso (PCB) de seis camadas com revestimento espesso de cobre e trilhas de alimentação largas.

Certificado segundo

  • ISO 9001:2015
  • IATF 16949:2016
  • UL No. E354070
  • IPC-6012B & IPC-A-600H

A gravação de uma camada espessa de cobre não é o mesmo processo que a gravação de uma camada de 1 oz, e as regras de projeto que se adequam a uma placa de sinal não se aplicam a ela. As diferenças aparecem primeiro na largura e no espaçamento das linhas, depois nas distâncias entre os condutores, no alívio térmico em cada pad e, finalmente, na planicidade do painel finalizado.

Largura e espaçamento das linhas em relação à espessura do cobre

Uma onça de cobre tem cerca de 35 µm, portanto, uma camada de 3 oz tem aproximadamente três vezes a espessura de uma camada padrão e uma camada de 20 oz tem cerca de vinte vezes. A gravação remove o cobre da lateral de cada trilha, bem como da superfície, portanto, uma camada espessa perde mais largura enquanto o espaço ao lado dela fecha mais rapidamente do que o desenho mostra. A largura e o espaçamento mínimos das linhas são, portanto, citados em relação à espessura do cobre, e não como um único valor: 0,06 mm está disponível em camadas de detalhes finos, enquanto o limite de uma camada espessa é definido por sua espessura e acordado na revisão de DFM. Os layouts de cobre espesso mais seguros utilizam o cobre para conduzir corrente em formatos amplos e mantêm a geometria fina para as camadas que podem suportá-la.

Distância de isolamento e fuga

Um condutor espesso expõe uma parede lateral mais alta, e a tensão precisa ser mantida ao longo dessa parede lateral, bem como ao longo da distância da superfície entre duas trilhas. A distância de fuga e o isolamento aumentam com a espessura do cobre, e a barreira de máscara de solda entre duas trilhas espessas precisa permanecer larga o suficiente para suportar tanto a corrosão que a forma quanto as temperaturas de montagem às quais será submetida posteriormente. Quando uma camada espessa também conduz alta tensão, a distância de isolamento é definida pela tensão de trabalho, e não pelo mínimo do processo — e essa é uma questão para o projeto, não para o fabricante.

Alívio térmico e montagem

Uma área de contato espessa retém calor. Os raios de alívio térmico são dimensionados para que a área de contato ainda atinja a temperatura de soldagem. Em vez de atuarem como dissipadores de calor, as aberturas da máscara de solda são alargadas para acomodar o cobre mais espesso, e o tratamento dos furos de passagem (abertura, tamponamento ou preenchimento) é escolhido de forma que uma camada espessa ainda possa ser processada de maneira confiável após a laminação. Os perfis de refluxo são estendidos para a massa térmica extra, o que é um dos motivos pelos quais projetos com cobre espesso são revisados tanto para montagem quanto para fabricação.

Equilíbrio e planicidade do cobre

Uma disposição desequilibrada se curva durante a laminação e novamente durante o refluxo, portanto, o cobre é equilibrado em todo o painel e ao longo da espessura da pilha: áreas espessas são espelhadas onde o projeto permite, e o desequilíbrio restante é tratado no processo, em vez de ser deixado para o cliente. A curvatura e a torção são mantidas em um máximo de 0,7%, e uma placa que combina uma camada de alimentação espessa com uma camada de sinal de impedância controlada mantém a proporção de aspecto de 15:1 e a tolerância de impedância de ±10% da linha padrão.

Furos metalizados e dimensões do painel

Duas dimensões são definidas pelo processo de metalização, e não pelo projeto gráfico. Em uma placa com grande quantidade de cobre, um furo metalizado deve ter um diâmetro final de 0,3 mm ou maior, com um anel de 0,15 mm, e a mesma profundidade de 0,3 mm se aplica ao menor furo metalizado. A espessura do cobre na parede desses furos varia de 20 a 25 µm no caso normal e de 50 a 100 µm (2 a 5 oz) quando o próprio furo precisa conduzir corrente. É por isso que um projeto com grande quantidade de cobre precisa de uma área de contato maior e uma abertura de máscara de solda mais ampla do que uma placa de sinal.

O tamanho do painel é uma decisão de custo antes de ser uma decisão de capacidade: 550 × 350 mm é o painel mais econômico para este processo, e 550 × 500 mm podem ser fabricados, mas custam consideravelmente mais. A própria placa pode ser maior — o limite publicado é de 580 × 1900 mm — portanto, sempre que o projeto permitir, a panelização deve seguir o painel mais econômico em vez do máximo.

Onde as regras são verificadas

Toda consulta sobre cabeamento de cobre pesado passa pelas etapas de DFM, DFA e DFT antes da fixação do orçamento, de modo que a largura da linha, os espaçamentos e a panelização sejam definidos enquanto o layout ainda pode ser alterado. A própria placa é descrita no Página de PCB de cobre grosso, os limites do processo por trás disso no página de recursos — incluindo a fonte de alimentação, o acionamento do motor, os equipamentos de soldagem e revestimento página de controle industrial A montagem e o fornecimento dos materiais para os projetos aqui apresentados são cotados na mesma fábrica; a Montagem de PCB na China A página lista as etapas do processo que se seguem à fabricação.

Especificações técnicas

camada externa de cobre
0,5–20 onças (cerca de 700 µm) · Cobre pesado normalmente significa 3 onças ou mais
camada interna de cobre
0,5–10 onças
Contagem de camadas
1–38 camadas
Espessura da placa
0,1–6,0 mm
Tamanho máximo da prancha
580 × 1900 mm
Linha/espaço mínimo
0,06 mm em camadas com detalhes finos · ajustado por peso de cobre em camadas espessas
Buraco acabado mínimo
0,15 mm mecânico · 0,1 mm laser
Proporção
15:1
Controle de impedância
±10% onde as camadas de impedância controlada compartilham a estrutura de empilhamento.
Curvar-se e torcer
Máximo 0,7%
Material base
FR-4, FR-4 de alta Tg, livre de halogênio, CEM1, FR-1, Rogers, Arlon, Taconic, Nelco
Acabamento da superfície
HASL, HASL sem chumbo, ENIG, prata de imersão, estanho de imersão, ouro flash, dedo de ouro, OSP, tinta de carbono
Revisão de projeto
DFM, DFA e DFT antes da fixação do orçamento.

Perguntas frequentes

  • De que forma o peso do cobre limita a largura e o espaçamento das linhas?

    A corrosão remove o cobre da superfície e das laterais de uma trilha, portanto, uma camada espessa perde mais largura do que uma fina, e o espaço entre duas trilhas espessas se fecha mais rapidamente do que o previsto no projeto. Uma onça equivale a cerca de 35 µm, então uma camada de 3 onças tem aproximadamente três vezes a espessura de uma camada padrão. A largura e o espaçamento das linhas são definidos com base na gramatura do cobre e confirmados na revisão de DFM.

  • Por que as folgas precisam aumentar em cabos de cobre de grande espessura?

    Um condutor espesso expõe uma parede lateral mais alta, e a tensão precisa ser mantida ao longo dessa parede lateral, bem como ao longo da distância da superfície. Consequentemente, a distância de fuga e o espaçamento aumentam com a espessura do cobre, e a barreira de máscara de solda entre duas trilhas espessas precisa ser larga o suficiente para suportar tanto a corrosão quanto as temperaturas de montagem às quais será submetida.

  • O que precisa mudar em relação às almofadas e aos alívios térmicos?

    Uma área de contato espessa retém calor, portanto, os raios de alívio térmico são dimensionados para permitir que a área de contato atinja a temperatura de soldagem sem que a conexão atue como um dissipador de calor; as aberturas da máscara de solda são alargadas para acomodar o cobre mais espesso, e o tratamento dos furos de passagem — cobertura, tamponamento ou preenchimento — é escolhido de forma que uma camada espessa ainda possa ser processada de maneira confiável após a laminação.

  • É possível controlar a impedância de uma placa de cobre espessa?

    Sim, com tolerância de ±10% nas camadas que necessitam: uma estrutura de camadas pode suportar simultaneamente uma camada de alta potência e uma camada de sinal de impedância controlada, com espaçamento de 0,06 mm entre linhas e entreferros nas camadas de detalhes. A curvatura e a torção são mantidas em 0,7% e o balanceamento do cobre em todo o painel é verificado, pois uma estrutura desbalanceada sofre curvatura durante a laminação e o refluxo.

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