Capacidades de apilamiento de capas de PCB

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Las placas de circuito impreso (PCB) son cada vez más complejas, con más funciones y circuitos encajando en una sola placa. Los PCB de una sola capa se están volviendo cada vez más complicados, pero los diseños de PCB deben proporcionar aún más funciones dentro de espacios compactos. Como resultado, muchos fabricantes están optando por apilamientos de PCB multicapa. Entonces, ¿qué es una acumulación de PCB? ¿Cómo funciona? ¿Lo necesita para sus aplicaciones? Estos son algunos puntos esenciales sobre las acumulaciones de PCB para ayudarlo a tomar una decisión informada.

El propósito de la acumulación de capas de PCB

Una acumulación de PCB se refiere a la disposición de las capas de cobre y aislamiento que forman una PCB. Estas capas están dispuestas de forma que se puedan colocar varias placas de circuito impreso en el mismo dispositivo. En su forma más básica, las PCB multicapa constan de al menos tres capas conductoras. La capa inferior se sintetiza con la placa de aislamiento y cada capa de la placa de circuito se conecta a la siguiente.

Si bien la estratificación de PCB crea una placa más compleja y que ahorra espacio, la acumulación de PCB también ofrece las siguientes ventajas:

• Maximizar la funcionalidad: Los PCB multicapa pueden multiplicar la velocidad y la funcionalidad del dispositivo, lo que lo convierte en una placa más funcional.
• Minimizar la vulnerabilidad: Las pilas de capas pueden ayudar a proteger las capas internas del ruido externo, haciéndolas menos vulnerables a las fuerzas exteriores dañinas.
• Reducir la radiación: Las pilas de capas de PCB bien diseñadas pueden ayudarlo a minimizar la radiación de su dispositivo, especialmente en diseños de alta velocidad. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los diseños deficientes con desajustes de impedancia pueden resultar fácilmente en una mayor radiación EMI que una PCB normal.
• Reducir costes: Los apilamientos de PCB de buena capa también pueden ayudar a lograr una fabricación de menor costo al colocar múltiples circuitos en una sola placa. Una placa significa una fabricación simplificada para la placa, la parte en la que se utilizará la placa y el embalaje para la configuración completa.

Además de estos beneficios, los apilamientos de PCB también reducen la falta de coincidencia de impedancia y los problemas de diafonía de señales. Todas estas ventajas hacen que sea muy deseable hacer apilamientos de PCB.

Objetivos al crear una pila de PCB multicapa

Las pilas de PCB multicapa están diseñadas cuidadosamente para satisfacer ciertas necesidades de diseño. Los objetivos más básicos que deben lograr los PCB multicapa incluyen los siguientes:

1. Los planos de tierra y energía están acoplados lo más estrechamente posible.
2. Las capas de señal siempre están adyacentes a los planos.
3. Las capas de señal se acoplan lo más cerca posible de sus planos.
4. Las señales de alta velocidad se enrutan a través de capas enterradas entre planos para contener la radiación.
5. Se incluyen varios planos de tierra para reducir la impedancia y la radiación.

Si bien debe tratar de lograr la mayor cantidad posible de estos objetivos, es importante tener en cuenta que no todas las pilas de PCB cumplirán todos estos objetivos; de hecho, solo las placas de 8 capas pueden cumplir los cinco objetivos. Debe trabajar en estrecha colaboración con su equipo de ingeniería de PCB para determinar qué objetivos son la prioridad más alta para su acumulación de PCB.

Otros factores a considerar al crear una pila de PCB multicapa

Además de los objetivos anteriores, existen otros factores de diseño que se deben tener en cuenta al desarrollar una pila de PCB multicapa. Algunas de las cuestiones esenciales a resolver incluyen las siguientes:

• Desplazamiento entre capas: Las capas se pueden desplazar fácilmente al crear una pila de PCB multicapa. Para evitarlo, utilice un método de fusión en caliente y de remaches y pasadores para el diseño del lateral de la placa.
• Sarampión acumulado: La delaminación en forma de sarampión es común cuando se apilan tablas. Para evitarlo, agregue almohadillas con una placa de epoxi mientras coloca las tablas juntas. Estas almohadillas ayudarán a equilibrar la presión para eliminar el sarampión.
• Materiales centrales: Los PCB de una sola capa se pueden fabricar con materiales de sustrato estándar o núcleos de aluminio. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las PCB con núcleo de aluminio no están disponibles para apilamientos multicapa, ya que las PCB de aluminio multicapa son extremadamente difíciles de fabricar.
• Consistencia del material: Los PCB multicapa deben usar los mismos materiales del fabricante tanto para el núcleo como para el preimpregnado. El uso de materiales de diferentes fabricantes puede ocasionar problemas durante la laminación.
• Arco y giro: Pueden surgir problemas de curvatura y torsión si el cobre se distribuye de manera desigual en apilamientos multicapa. Por esta razón, los diseñadores de PCB deben diseñar todas las PCB multicapa simétricamente:los pesos de cobre apilados, el grosor del preimpregnado y el grosor del núcleo deben ser simétricos.

Además de estos factores, es esencial monitorear de cerca y diseñar para las emisiones de PCB. Asegúrese de optimizar el diseño para minimizar las emisiones y evitar problemas comunes en los diseños que pueden generar bucles de retorno.

Tipos comunes de apilamientos de capas de PCB

Ahora que conoce los conceptos básicos de diseño que debe tener en cuenta en los apilamientos multicapa de PCB, es importante conocer los tipos de apilamientos disponibles y cómo elegir el diseño de apilamiento adecuado para sus necesidades. Hay cinco tipos de apilamientos de capas de PCB:2 capas, 4 capas, 6 capas, 8 capas y 10 capas. La cantidad de capas que necesita está determinada principalmente por el tamaño del circuito, el tamaño de la placa y los requisitos de EMC para la placa. A partir de ahí, puedes determinar el diseño del tablero.

Cada tipo de tablero se describe con más detalle a continuación, junto con las condiciones en las que se utilizan a menudo.

2 capas

A menudo llamados PCB de doble cara, los PCB de 2 capas son probablemente los tipos más comunes de PCB multicapa, ya que pueden acomodar interconexiones en ambos lados. Estos PCB constan de tres capas de material, dos de las cuales son funcionales:

• Capa de señal: Esta capa superior consta de cobre con un espesor aproximado de 0,0014 (1 onza) pulgadas a 0,0021 pulgadas (2 onzas).
• Núcleo laminado: El núcleo laminado separa las capas de cobre superior e inferior, manteniéndolas aisladas. Las vías crean conexiones entre los lados del tablero.
• Capa inferior: Esta segunda capa de cobre es similar a la capa de señal con un espesor aproximado de 0,0014 pulgadas (1 onza) a 0,0021 pulgadas (2 onzas).

Estos PCB son económicos y relativamente fáciles de producir, por lo que a menudo se prefieren a los diseños más caros de 4, 6, 8 y 10 capas y más. También son muy funcionales, ya que no hay retrasos en la propagación y tienden a tener menos problemas de diseño potenciales en comparación con otras opciones de acumulación.

4 capas

En términos de apilamientos de PCB, los PCB de 4 capas son la segunda opción más común en las placas multicapa. Estos PCB tienen cuatro capas para enrutar señales eléctricas. Estas capas están intercaladas entre sí, con una capa superior e inferior en el exterior y dos capas internas contenidas entre ellas. Las capas superior e inferior son donde se colocan los componentes y el enrutamiento. Sin embargo, las capas internas no pueden hacer conexiones externas, por lo que a menudo se usan como planos de energía o para el enrutamiento de señales, lo que ayuda a mejorar la calidad de las señales de seguimiento y reduce las emisiones de EMI. No se recomienda hacer que las capas internas sean capas de señal; si necesita cuatro capas de señal, se recomienda buscar una placa de 6 capas.

Las dos capas internas están separadas entre sí con una capa central, y las capas superior e inferior están separadas de las capas internas por preimpregnado. Esto da como resultado una acumulación de capas similar a la siguiente:

• Capa superior
• Preimpregnado
• Capa interior 1
• Núcleo
• Capa interior 2
• Preimpregnado
• Capa inferior

Si bien es más costoso crear prototipos y producir que las PCB de 2 capas, las PCB de 4 capas brindan una mayor funcionalidad en general. Con un diseño cuidadoso, también pueden proporcionar una excelente integridad de la señal y capacidades de EMC.

6 capas

Una PCB de 6 capas es funcionalmente una PCB de 4 capas con dos capas de señal adicionales. En total, las acumulaciones de 6 capas incluyen cuatro capas de enrutamiento, dos internas y dos externas, y dos planos internos para conexión a tierra y energía. En general, las capas están dispuestas de la siguiente manera:

• Capa superior
• Preimpregnado
• Plano de tierra
• Núcleo
• Capa de ruta
• Preimpregnado
• Capa de ruta
• Núcleo
• Avión a motor
• Preimpregnado
• Capa inferior

El diseño descrito anteriormente es el más común, ya que equilibra la señalización de alta velocidad con el control de EMI. El diseño logra esto ejecutando señales de alta velocidad a través de las dos capas enterradas mientras transmite señales de baja velocidad a través de las capas superficiales.

Sin embargo, este diseño no es efectivo para todas las aplicaciones. Los diseños de alta velocidad, por ejemplo, mantienen los planos de tierra y de energía uno al lado del otro. Los diseños hechos para bajas emisiones EMI, por otro lado, tienen planos de tierra adicionales para ayudar con el blindaje. Si se pregunta qué variación de diseño funcionará mejor para su aplicación, trabaje siempre en estrecha colaboración con su diseñador y proveedor de PCB para determinar las mejores opciones.

8 capas

El apilamiento de PCB de 8 capas ofrece incluso más opciones que la placa de 6 capas al agregar dos capas más para el enrutamiento o el rendimiento. También es la primera placa de la lista que puede lograr los cinco objetivos para el diseño de PCB multicapa.

Los apilamientos típicos de PCB de 8 capas presentan las capas de alimentación y tierra en el centro, lo que ofrece una buena capacitancia entre las capas, así como una separación entre el segundo y el tercer plano de señal para proteger la integridad de la señal. Esto da como resultado una acumulación común de PCB de 8 capas que tiene el siguiente aspecto:

• Capa de señal 1
• Preimpregnado
• Plano de tierra
• Núcleo
• Capa de señal 2
• Preimpregnado
• Avión a motor
• Núcleo
• Plano de tierra
• Preimpregnado
• Capa de señal 3
• Núcleo
• Avión a motor
• Preimpregnado
• Capa de señal 4

Estos PCB no cuentan con más de cuatro planos de señal; en lugar de planos de señal adicionales, estos PCB cuentan con más planos de tierra y alimentación para optimizar el rendimiento de EMC. Si bien esto puede parecer menos que óptimo considerando el costo adicional de fabricar una PCB de 8 capas en lugar de una de 6 capas, hay una buena razón para elegir esta opción. Si bien las PCB de 8 capas son más costosas que las opciones de 2, 4 y 6 capas, el aumento porcentual en el costo de una placa de 8 capas sobre una placa de 6 capas es menor que el aumento porcentual en el costo de una placa de 6 capas. -tablero de capas sobre un tablero de 4 capas. El aumento más pequeño hace que sea mucho más fácil justificar el aumento de costos por el mejor desempeño de las emisiones.

10 capas

Si su diseño requiere seis capas de enrutamiento, entonces debería buscar una placa de 10 capas. Una pila de PCB de 10 capas presenta seis capas de señal y cuatro planos, con un acoplamiento estrecho entre la señal y los planos de retorno. Los diseños típicos de 10 capas se organizan de la siguiente manera:

• Capa de señal 1
• Plano de tierra
• Capa de señal 2
• Capa de señal 3
• Avión a motor
• Plano de tierra
• Capa de señal 4
• Capa de señal 5
• Avión a motor
• Capa de señal 6

Para esta disposición, las señales de alta velocidad normalmente se enrutan en las capas de señales internas. Cuando se apilan y enrutan correctamente, esta configuración puede proporcionar una excelente integridad de la señal y un excelente rendimiento de EMC. No se recomienda reemplazar ninguno de los planos de alimentación o conexión a tierra con capas de señal adicionales, ya que esto puede resultar en un rendimiento deficiente.

MCL es su fuente de PCB multicapa de calidad

Los apilamientos de PCB multicapa son una excelente opción si necesita una mayor funcionalidad en su PCB. Si bien los costos de fabricación y las necesidades de diseño aumentan con cada capa adicional, la compensación por la funcionalidad y las mejoras de EMC pueden valer fácilmente el costo, especialmente en un mundo cada vez más compacto. Sin embargo, independientemente de la cantidad de capas que necesite, también necesita un proveedor de PCB con experiencia. Millennium Circuits puede ayudar.

Millennium Circuits Limited es un líder de la industria de PCB con sede en Pensilvania con clientes en una variedad de industrias en todo el mundo. Entregamos constantemente placas de circuito impreso de alta calidad a nuestros clientes, respaldadas por innovación, garantía de calidad y años de experiencia en el campo. Ofrecemos tableros rígido-flexibles, tableros HDI y apilables, entre muchos otros productos relacionados con PCB. No importa cuántas capas esté buscando, puede confiar en que MCL le proporcionará tableros de calidad en todo momento.

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Millennium Circuits Limited suministra una amplia variedad de PCB y productos de PCB, incluidas placas de circuitos multicapa. Para obtener más información sobre apilamientos de PCB y las opciones que MCL puede ofrecer, puede hablar con el equipo de especialistas de MCL. Comuníquese con Millennium Circuits hoy mismo si tiene preguntas sobre apilamientos multicapa.