Cómo elegir el grosor de PCB adecuado: estándares, diseño y factores de fabricación

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Al referirse a dimensiones para aplicaciones de fabricación, los estándares son esenciales para comprender y trabajar con ellos. Esto es especialmente cierto para las placas de circuito. Aunque no existe un estándar oficial para el grosor del PCB, ciertos tamaños son preferidos y comúnmente utilizados entre las empresas de fabricación. Estos grosores preferidos son altamente recomendados para simplificar el diseño, aprovechar eficazmente el equipo de fabricación y minimizar los costos. Sin embargo, el grosor del PCB puede variar, y muchos diseñadores pueden optar por alterar el grosor del PCB para propósitos específicos de diseño y fabricación. Aquí, analizamos qué significa el grosor "estándar" de PCB y cómo determinar el grosor del PCB para su próximo proyecto.

¿Cuál es el grosor estándar de PCB?

El grosor base estándar de MCL es 0,062 pulgadas, o 1/16 de pulgada, con una tolerancia del 10%. Este es un grosor de PCB muy común y generalmente se considera el estándar de la industria. La razón es que 1/16 de pulgada era el tamaño de las hojas de baquelita fabricadas en los primeros días de la fabricación de PCB. Si bien este grosor es el más común, sin embargo, hay otros grosores comunes vistos en la fabricación de PCB.

Además de placas de 0,062 pulgadas, las placas de 0,031 pulgadas y 0,093 pulgadas se usan comúnmente, que satisfacen las necesidades de placas más robustas o multicapa. Las placas pueden tener otros grosores tanto dentro como fuera de este rango, pero estos se consideran los grosores más comunes.

11 factores que afectan el grosor del PCB

Si bien es importante conocer los grosores estándar de la industria, muchos factores pueden necesitar una placa personalizada. Dependiendo de estos factores de diseño y fabricación, su placa puede necesitar un grosor no estándar. Dos grupos principales de factores afectan el grosor del PCB: factores de diseño y factores de fabricación. Cubrimos estos factores con más detalle a continuación y le ayudaremos a determinar cómo elegir un grosor de PCB para su proyecto.

Factores de diseño que afectan el grosor del PCB

Los factores de diseño se consideran durante la fase de diseño del PCB. Estos factores se centran principalmente en la funcionalidad y el propósito de la placa, en lugar de consideraciones prácticas necesarias durante la fabricación, aunque los factores de fabricación tienen el mismo peso. Algunos de los factores de diseño más importantes que afectan el grosor del PCB incluyen los siguientes:

1. Tamaño, peso y flexibilidad

Las placas más delgadas son más ligeras y flexibles que sus contrapartes más gruesas, pero se rompen más fácilmente debido a la fragilidad. Si bien los PCB flex deben ser delgados para lograr su flexibilidad, las aplicaciones que no requieren flexibilidad pueden beneficiarse de una placa ligeramente más gruesa por el bien de la integridad estructural. Sin embargo, aunque las placas más gruesas son más robustas, también pesan más y ocupan más espacio dentro de un dispositivo. Ambas características pueden suponer un problema para aplicaciones ligeras o dispositivos con capacidad espacial limitada. La aplicación final del PCB determina estos factores, que deben ser algunos de los primeros parámetros a definir antes de comenzar el diseño del PCB.

2. Grosor del cobre

El grosor del cobre juega un papel en el grosor total del PCB. El grosor de la capa de cobre utilizada generalmente depende de la corriente que necesita pasar a través del PCB. El grosor estándar de cobre es aproximadamente de 1,4 a 2,8 mils (1 a 2 oz), pero este grosor se ajusta según los requisitos únicos de la placa. Cuanto más grueso sea el cobre, más gruesa será la placa y más costosa será la placa debido a las necesidades de material y desafíos de procesamiento.

3. Materiales de la placa

La operación y vida útil de un PCB dependen de la elección de materiales, pero estas elecciones también afectan el grosor de la placa. La fabricación típica de la placa consiste en sustrato, laminado, máscara de soldadura e impresión de leyenda. De estos, el laminado y el sustrato son los materiales más importantes para considerar, ya que proporcionan la estructura de la placa y afectan en gran medida el grosor total. El sustrato puede consistir en papel y resina epoxi, tejido de vidrio o cerámica dependiendo de la constante dieléctrica necesaria. Los laminados, por otro lado, consisten en resina termofija y capas de papel o tela. Tanto los laminados como los sustratos vienen en muchas opciones que determinan las propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas de una placa de circuito, pero también determinan el grosor total de la placa.

4. Número de capas del PCB

El número de capas del PCB influirá, comprensiblemente, en el grosor de la placa. Si bien el grosor de PCB de 2-6 capas puede caer dentro del umbral estándar de grosor de PCB, el grosor de PCB de 8 capas o más puede no hacerlo. Si bien los fabricantes pueden usar capas de PCB más delgadas para lograr un grosor estándar, esto se vuelve cada vez más impráctico a medida que aumenta el número de capas. Prácticamente hablando, si su diseño necesita más capas, permita un mayor grosor de PCB. Si el diseño no requiere múltiples capas pero necesita cumplir con ciertos parámetros de grosor, reducir el número de capas será la mejor opción.

5. Tipos de señales

Los PCB transportan una amplia gama de tipos de señales, que pueden determinar los materiales necesarios para la placa y, por lo tanto, influir en el grosor de la placa. Por ejemplo, una placa que transporta señales de alta potencia necesita cobre más grueso y pistas más anchas, lo que significa que será significativamente más gruesa que las placas que operan en un entorno de baja potencia. Las placas de alta densidad con señales más complejas, sin embargo, suelen usar microvias láser, pistas finas y materiales de alto rendimiento delgados, por lo que tradicionalmente son más delgadas que otros tipos de placas.

6. Tipos de vías

Las vías de PCB enrutan pistas a través de las placas en lugar de en sus superficies, lo cual es importante para crear diseños más compactos. Se pueden usar muchos tipos de vías diferentes, incluyendo:

• Vía a través
• Microvía
• Vía ciega
• Vía enterrada
• Via-in-pad

El tipo y la densidad de vías utilizadas jugarán un factor en cuán gruesa debe ser la placa para acomodarlas. Por ejemplo, las microvias pueden usarse en placas más delgadas, ya que son más pequeñas y están destinadas a conexiones de alta densidad.

7. Entorno operativo

El grosor de la placa, así como los materiales de los que consta, afectarán la conductividad y resistencia de un PCB, haciendo que diferentes grosores sean deseables en diferentes entornos. Por ejemplo, una placa delgada o flexible puede no ser la opción óptima para entornos operativos rudos. Además, las pistas de cobre más gruesas son menos térmicamente estables con una corriente alta, lo que las hace subóptimas para entornos térmicamente variables o de alta corriente. Los conectores y componentes en el PCB también son críticos, ya que estos tienen ciertos requisitos de material y rendimiento que pueden relacionarse con el grosor de la placa.

Basándose en estos factores, los diseñadores pueden evaluar razonablemente si un grosor de PCB estándar o personalizado es más deseable. Sin embargo, la etapa de diseño no termina aquí: el fabricante debe involucrarse a continuación para discutir de qué son capaces y cómo sus capacidades pueden afectar el diseño final del PCB.

Factores de fabricación que afectan el grosor del PCB

Además de los factores de diseño en juego, las capacidades de fabricación también juegan un papel significativo en el diseño final del PCB, incluido el grosor. Algunos factores de fabricación a considerar incluyen los siguientes:

8. Equipo de perforación

Si bien los diseñadores a menudo prestan atención al tamaño y espaciado de los agujeros de perforación para objetivos de rendimiento, los procesos de fabricación de perforación agregan una capa de complejidad. Al perforar agujeros a través de cualquier tipo, los fabricantes están limitados por el grosor de la placa y las capacidades de diámetro y profundidad de las fresadoras y láseres. Esta limitación se expresa a través de una relación de aspecto, que es la relación entre la profundidad del agujero y el diámetro del taladro. Para perforación estándar, todos los fabricantes deberían poder lograr una relación de aspecto de 7:1. Algunos fabricantes pueden lograr una relación de aspecto mayor, pero esto debe discutirse con el fabricante antes de finalizar el diseño de la placa, y generalmente tiene un precio más alto. Para placas más gruesas, esto significa que los fabricadores son menos capaces de lograr agujeros de diámetro pequeño.

9. Grosor del cobre

Las pistas de cobre se crean usando grabado, que es uno de los pasos más importantes en la fabricación de PCB. Los procesos de fabricación que incluyen grabado o chapado dependen del grosor de la capa interna de cobre. Por esta razón, las capas de cobre más gruesas afectarán la fabricabilidad, potencialmente afectando el diseño y el costo del producto final de PCB.

10. Conteo de capas

Como se discutió anteriormente, cuantas más capas en un PCB, más difícil es fabricar con un grosor estándar. Si bien los fabricantes especializados pueden crear PCB apilados con capas más delgadas para acomodar un grosor específico, esta capacidad no es universal y a menudo viene con un precio enormemente aumentado. Asegúrese de discutir sus necesidades de capas con el fabricante antes de finalizar el diseño para determinar sus capacidades y lo que pueden lograr.

11. Método de despanelizado

Otro factor de fabricación a considerar es el despanelizado. Los fabricantes producen PCB en un panel grande que contiene múltiples placas y luego separan los paneles en placas individuales. El grosor de la placa afecta qué métodos de despanelizado pueden usarse: las placas más gruesas pueden necesitar ser despanelizadas cuidadosamente usando ranurado (scoring), mientras que las placas más delgadas pueden ser enrutadas para crear lengüetas de separación. Nuevamente, trabaje estrechamente con el fabricante para discutir los métodos y requisitos de despanelizado y cómo alterar el diseño del PCB para optimizar el despanelizado.

Discuta todos estos factores de fabricación con su fabricante antes de completar el diseño final del PCB, ya que dependen de las capacidades y costos del fabricante. Si no tiene esta conversación temprano en el proceso de diseño, puede encontrarse modificando su diseño o rediseñando su layout completamente, aumentando los costos de su proyecto.

3 factores a considerar al elegir el grosor del PCB

A veces los diseñadores concluirán que un grosor estándar es el mejor para su aplicación, mientras que otros decidirán que es mejor personalizar. Si bien su diseño final puede llevarlo hacia una opción u otra, el grosor final de su PCB influirá en muchos factores determinantes de costos. Algunos de los factores más significativos a considerar al tomar sus decisiones finales de diseño y fabricación se enumeran a continuación:

1. Capacidades del equipo

La primera consideración es si su fabricante tiene el equipo para fabricar el grosor de placa que necesita. Las áreas específicas a abordar se enumeran en la sección "Factores de fabricación" anterior, pero esta determinación debe hacerse temprano en el proceso de diseño. Si su aplicación requiere ciertas características que solo son alcanzables usando técnicas de diseño avanzadas, puede ser mejor investigar fabricantes que puedan acomodar esas necesidades temprano. Es importante recordar, sin embargo, que cualquier técnica avanzada resultará en costos más altos.

2. Tiempo de entrega

Si bien los grosores de PCB estándar requieren muy poco ajuste, los grosores personalizados requieren cambios que consumen tiempo. Cualquier grosor personalizado puede requerir que los fabricantes cambien la configuración y los procesos del equipo para acomodar las necesidades únicas del diseño. Estos ajustes toman tiempo, lo que retrasará el inicio de la fabricación y potencialmente aumentará el tiempo de entrega. Cualquier característica de diseño compleja aumentará aún más el tiempo requerido para la fabricación. Si elige perseguir un grosor de PCB personalizado, asegúrese de discutir esto con el fabricante para obtener un cronograma aproximado y ajustar su estimación de entrega en consecuencia.

3. Costo adicional

Finalmente, debe asegurarse de evaluar si una placa personalizada será rentable para su negocio. Las placas de grosor estándar no resultarán en los mismos costos y retrasos de fabricación que una placa de grosor personalizado, por lo que su negocio necesita evaluar de cerca el costo versus el beneficio. Si bien el costo de materiales especiales necesarios para acomodar un grosor estándar puede ser más alto, este costo puede ser una compensación valiosa en comparación con los cambios requeridos para acomodar una placa de grosor personalizado.

Contacte a Millennium Circuits

Hay muchas opciones disponibles en términos de grosor de PCB mucho más allá de lo que se considera "estándar". Si bien usar un grosor de PCB estándar generalmente resultará en una fabricación más rápida y menos costosa, los grosores personalizados aseguran que está obteniendo toda la funcionalidad que necesita para su aplicación única. Independientemente de su elección, sin embargo, necesita asociarse con un proveedor de PCB que pueda satisfacer sus necesidades y ofrecer asesoramiento experto. MCL está aquí para ayudar.

Millennium Circuits Limited es un proveedor de placas de circuito impreso con sede en Pensilvania. Como líder en nuestra industria, nuestro objetivo es brindar a nuestros clientes los mejores PCB cada vez. Independientemente del tipo o volumen de PCB que estemos generando, nos esforzamos por proporcionar un servicio al cliente de primer nivel con productos que están diseñados expertamente, producidos bien y con precios competitivos.

MCL atiende a más de 400 clientes en todo el mundo con ubicaciones de fabricación tanto nacionales como en el extranjero. Si está interesado en obtener más información sobre nuestras capacidades o desea discutir opciones de grosor de PCB, contacte a Millennium Circuits hoy con cualquier pregunta.