Impacto do Etching Undercut na Impedância de Striplines: Uso do uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]

Ao calcular a impedância característica de striplines com o uSimmics (anteriormente QucsStudio), é comum que o valor teórico não corresponda ao valor medido no PCB fabricado. Uma das causas é a mudança na geometria da seção transversal do condutor provocada pelo etching undercut. Este artigo explica o mecanismo desse fenômeno e o método de cálculo com correção.

O que você aprenderá
1. Fundamentos do stripline e impedância característica
2. O processo subtrativo e o etching undercut
1. O que é o processo subtrativo
2. Mecanismo de ocorrência do etching undercut
3. Influência da seção transversal trapezoidal na impedância característica
4. Procedimento de cálculo com correção do etching undercut
5. Fatores adicionais para aumento da precisão
Conclusão
Artigos relacionados

O que você aprenderá

O processo subtrativo de fabricação de PCBs e o mecanismo do etching undercut
Como a seção transversal trapezoidal afeta a impedância característica de striplines
O procedimento detalhado para calcular a correção do etching undercut
Como inserir os valores corrigidos no uSimmics (anteriormente QucsStudio) e recalcular a impedância
Abordagens práticas para minimizar a diferença entre valor teórico e valor medido

1. Fundamentos do stripline e impedância característica

O stripline é uma estrutura de linha de transmissão em que um condutor de sinal plano fica embutido entre dois planos de terra (ground planes) em camadas internas do PCB. Essa estrutura suprime a radiação de ondas eletromagnéticas e é adequada para transmissão de sinais em alta frequência (RF e micro-ondas).

A impedância característica é determinada pelos seguintes parâmetros físicos:

Largura da trilha de sinal: W
Permissividade relativa do substrato: εr
Espessura do dielétrico: H
Espessura do condutor: T

Esses parâmetros podem ser inseridos no Transmission Line Calculator do uSimmics (anteriormente QucsStudio) para calcular teoricamente a impedância característica. No entanto, existem fatores no processo de fabricação real que fazem com que esse resultado teórico não seja atingido.

2. O processo subtrativo e o etching undercut

O que é o processo subtrativo

O método de fabricação mais amplamente utilizado na formação de padrões de PCB é o processo subtrativo (Subtractive Process). A partir de um substrato com folha de cobre na superfície inteira, o cobre desnecessário é removido por corrosão química (etching), deixando apenas o padrão de circuito necessário. É amplamente adotado na fabricação de PCBs multicamada comuns, pois oferece baixo custo e boa adequação à produção em escala.

Mecanismo de ocorrência do etching undercut

O etchant (solução corrosiva) tem como objetivo dissolver o cobre a partir da superfície superior, mas na prática a dissolução também avança na direção lateral. Esse fenômeno de corrosão lateral é chamado de etching undercut.

Quando ocorre o etching undercut, a seção transversal do condutor — que no projeto é retangular — passa a ter formato trapezoidal. Especificamente, ocorrem as seguintes mudanças:

Largura superior W2 (lado da máscara de resina): próxima ao valor de projeto
Largura inferior W1 (lado do substrato): menor que o valor de projeto (afetada pela corrosão lateral)

Essa mudança na geometria da seção transversal altera a área efetiva e a largura da trilha de sinal, afetando diretamente a impedância característica.

3. Influência da seção transversal trapezoidal na impedância característica

As fórmulas convencionais de cálculo de impedância pressupõem que a seção transversal do condutor seja retangular com largura uniforme. Quando o etching undercut produz uma seção trapezoidal, o seguinte ocorre:

A largura efetiva da trilha torna-se menor que o valor de projeto → a impedância característica sobe acima do valor de projeto

Isso pode ser explicado pelo equilíbrio entre capacitância e indutância. A impedância característica é expressa pela fórmula:

Z₀ = √(L/C)

onde L é a indutância por unidade de comprimento e C é a capacitância por unidade de comprimento. Quando a largura da trilha diminui, a capacitância C diminui, resultando em aumento de Z₀.

Por exemplo, não é raro que uma stripline projetada para 50 Ω apresente uma impedância medida de 55 a 60 Ω devido ao etching undercut. Esse desvio pode exceder a tolerância de controle de impedância (normalmente ±10%), tornando seu impacto sobre a qualidade do sinal inaceitável.

4. Procedimento de cálculo com correção do etching undercut

Passo 1: Obter as dimensões reais do padrão fabricado

Os relatórios de fabricação e as especificações fornecidos pelo fabricante de PCBs (supplier) geralmente incluem informações sobre o valor de etching undercut. Com base nesses dados, determine a largura real da face superior W2 e da face inferior W1.

Como regra geral para o processo subtrativo, a largura do padrão fabricado costuma ser cerca de 10% menor que o valor de projeto. Por exemplo:

Largura de projeto: 100 μm
Largura real superior W2: 100 μm (lado da máscara, próxima ao projeto)
Largura real inferior W1: 80 μm (lado do substrato, reduzida pelo etching)

Passo 2: Calcular a largura efetiva (correção trapezoidal)

Use a média das larguras superior e inferior como largura efetiva da seção trapezoidal:

W_eff = (W1 + W2) / 2

No exemplo acima:

W_eff = (80 + 100) / 2 = 90 μm

Usando essa largura corrigida W_eff = 90 μm para o cálculo de impedância, a concordância com o valor medido melhora significativamente.

Passo 3: Recalcular no uSimmics (anteriormente QucsStudio)

Abra o Transmission Line Calculator no uSimmics (anteriormente QucsStudio)
Em “choice”, selecione “Stripline”
Insira os parâmetros do substrato em “Properties”
No campo “W” (largura da trilha) em “Dimensions”, insira a largura efetiva corrigida W_eff
Verifique a impedância característica calculada

Comparando a impedância antes da correção (W = 100 μm) e após a correção (W_eff = 90 μm), é possível avaliar quantitativamente o impacto do etching undercut.

Passo 4: Retroalimentar o valor de projeto

Para atingir a impedância alvo de 50 Ω, é necessário definir uma largura de padrão de projeto maior, que antecipe a redução por etching undercut. O procedimento de cálculo inverso é o seguinte:

Insira 50 Ω no campo “Z₀” do uSimmics (anteriormente QucsStudio) para obter a largura ideal W_ideal
Corrija a largura de projeto considerando a taxa de etching undercut (por exemplo, 10%):

W_design = W_ideal / (1 - taxa de undercut)

Aplique a largura W_design corrigida como especificação de fabricação

5. Fatores adicionais para aumento da precisão

Fator	Impacto	Medida corretiva
Etching undercut	Elevação da impedância	Correção trapezoidal (uso da largura média)
Variação da permissividade na fabricação	Dispersão da impedância	Reserva de margem de projeto
Variação da espessura do condutor	Pequena variação de impedância	Verificação da especificação de fabricação
Variação da permissividade com temperatura	Variação de impedância na faixa de temperatura de operação	Seleção de substrato com alto Tg

No projeto prático de circuitos de alta frequência, é necessário considerar esses fatores de forma integrada para o projeto de impedância.

Conclusão

O cálculo de impedância de striplines com o uSimmics (anteriormente QucsStudio) é uma ferramenta muito eficaz, mas no PCB fabricado pode ocorrer desvio entre o valor teórico e o valor medido devido ao etching undercut. Aplicando a correção trapezoidal — uso da largura média entre face superior e inferior — é possível melhorar consideravelmente a precisão do cálculo. Obter as especificações de dimensões finais do fabricante de PCBs e incorporar o cálculo com correção no fluxo de projeto de PCB é o caminho para um controle de impedância de alta qualidade.