Soluciones profesionales de stackup de capas PCB para diseño multicapa avanzado

Ir a: El propósito de los stackup de capas PCB | Objetivos al crear un stack multicapa PCB | Otros factores a considerar al crear un stack multicapa PCB | Tipos comunes de stackup de capas PCB | MCL es su fuente para PCB multicapa de calidad |  Contacte a MCL para una cotización gratuita hoy

Los circuitos impresos (PCB) se están volviendo cada vez más complejos, con más funciones y circuitos ajustándose en una sola placa. Los PCB de una sola capa en sí mismos se están volviendo cada vez más complicados, pero los layouts de PCB necesitan proporcionar aún más características dentro de espacios compactos. Como resultado, muchos fabricantes están recurriendo a stackups de PCB multicapa. Entonces, ¿qué es un stackup de PCB? ¿Cómo funciona y lo necesita para sus aplicaciones? Aquí hay algunos puntos esenciales sobre stackups de PCB para ayudarle a tomar una decisión informada.

El propósito de los stackup de capas PCB

Un stackup de PCB se refiere a la disposición de capas de cobre y aislamiento que componen un PCB. Estas capas se organizan de manera que se obtengan múltiples circuitos impresos en el mismo dispositivo. En su forma más básica, los PCB multicapa consisten en al menos tres capas conductoras. La capa inferior se sintetiza con la placa de aislamiento, y cada capa de circuito está conectada a la siguiente.

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

• Maximizar la funcionalidad: Los PCB multicapa pueden multiplicar la velocidad y la funcionalidad en el dispositivo, lo que resulta 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 fuerzas externas dañinas.
• Reducir la radiación: Los stackups de capas PCB bien diseñados pueden ayudarle a minimizar la radiación de su dispositivo, especialmente en layouts de alta velocidad. Es importante tener en cuenta, sin embargo, que los diseños deficientes con desajustes de impedancia pueden resultar fácilmente en mayor radiación EMI que un PCB normal.
• Disminuir costos: Los buenos stackups de capas PCB también pueden ayudar a lograr una fabricación de menor costo al colocar múltiples circuitos en una sola placa. Una placa significa fabricación simplificada para la placa, la pieza en la que se usará la placa y el empaque para la configuración completa.

Además de estos beneficios, los stackups de PCB también reducen el desajuste de impedancia y los problemas de diafonía (cross-talk) de señal. Todas estas ventajas hacen que sea altamente deseable crear stackups de PCB.

Objetivos al crear un stack multicapa PCB

Los stacks de PCB multicapa se diseñan cuidadosamente para satisfacer ciertas necesidades de diseño. Los objetivos más básicos que los PCB multicapa deben lograr incluyen los siguientes:

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

Si bien debe intentar lograr la mayor cantidad posible de estos objetivos, es importante tener en cuenta que no cada stack de PCB cumplirá con todos estos objetivos; de hecho, solo las placas de 8 capas pueden cumplir con los cinco objetivos. Debe trabajar estrechamente con su equipo de ingeniería de PCB para determinar qué objetivos son la prioridad más alta para su stackup de PCB.

Otros factores a considerar al crear un stack multicapa PCB

Además de los objetivos anteriores, hay otros factores de diseño a considerar al desarrollar un stack multicapa PCB. Algunos de los problemas esenciales a resolver incluyen los siguientes:

• Desfase entre capas: Las capas pueden desplazarse fácilmente al crear un stack multicapa PCB. Para prevenirlo, use un método de fusión en caliente y remache y pasador para el diseño del lado de la placa.
• Measling en el stackup: La deslaminación en forma de measling es común al apilar placas. Para prevenirlo, agregue pads con una placa de epoxi mientras organiza las placas juntas. Estos pads ayudarán a equilibrar la presión para eliminar el measling.
• Materiales del núcleo: Los PCB de una sola capa pueden fabricarse con materiales de sustrato estándar o núcleos de aluminio. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los PCB con núcleo de aluminio no están disponibles para stackups multicapa, ya que los PCB multicapa de aluminio son extremadamente difíciles de fabricar.
• Consistencia de materiales: Los PCB multicapa deben usar materiales del mismo fabricante tanto para el núcleo como para el prepreg. Usar material de diferentes fabricantes puede resultar en problemas durante la laminación.
• Curvatura y torsión (bow and twist): Los problemas de curvatura y torsión pueden surgir si el cobre está distribuido de manera desigual en stackups multicapa. Por esta razón, los diseñadores de PCB deben diseñar todos los PCB multicapa simétricamente: los pesos de cobre, el grosor del prepreg y el grosor del núcleo deben ser simétricos.

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

Tipos comunes de stackup de capas PCB

Ahora que conoce los conceptos básicos de diseño a tener en cuenta en los stackups multicapa de PCB, es importante conocer los tipos de stackups disponibles y cómo elegir el diseño de stackup adecuado para sus necesidades. Hay cinco tipos de stackups de capas PCB: 2 capas, 4 capas, 6 capas, 8 capas y 10 capas. Cuántas capas necesita se determina principalmente por el tamaño del circuito, el tamaño de la placa y los requisitos EMC para la placa. A partir de ahí, puede determinar el layout de la placa.

Cada tipo de placa se describe con más detalle a continuación, junto con las condiciones en las que se usan 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 consisten en tres capas de material, dos de las cuales son funcionales:

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

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

4 capas

En términos de stackups de PCB, los PCB de 4 capas son la segunda opción más común en placas multicapa. Estos PCB tienen cuatro capas para enrutar señales eléctricas. Estas capas están intercaladas, 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. Las capas internas, sin embargo, no pueden hacer conexiones externas, por lo que a menudo se usan como planos de potencia o para enrutamiento de señales, lo que ayuda a mejorar la calidad de las señales de traza y reduce las emisiones EMI. No se recomienda hacer las capas internas 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 por una capa de núcleo, y las capas superior e inferior están separadas de las capas internas por prepreg. Esto resulta en un stackup de capas que se ve como sigue:

• Capa superior
• Prepreg
• Capa interna 1
• Núcleo
• Capa interna 2
• Prepreg
• Capa inferior

Si bien son más caros de prototipar y producir que los PCB de 2 capas, los PCB de 4 capas proporcionan una funcionalidad general mayor. Con un diseño cuidadoso, también pueden proporcionar una excelente integridad de señal y capacidades EMC.

6 capas

Un PCB de 6 capas es funcionalmente un PCB de 4 capas con dos capas de señal adicionales. En total, los stackups de 6 capas incluyen cuatro capas de enrutamiento (dos internas y dos externas) y dos planos internos para tierra y potencia. En general, las capas se organizan de la siguiente manera:

• Capa superior
• Prepreg
• Plano de tierra
• Núcleo
• Capa de enrutamiento
• Prepreg
• Capa de enrutamiento
• Núcleo
• Plano de potencia
• Prepreg
• 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 ejecuta 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 potencia 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, siempre trabaje estrechamente con su diseñador y proveedor de PCB para determinar las mejores opciones.

8 capas

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

Los stackups típicos de PCB de 8 capas presentan las capas de potencia y tierra en el centro, ofreciendo buena capacitancia entre capas, así como una separación entre el segundo y tercer plano de señal para proteger la integridad de la señal. Esto resulta en un stackup común de PCB de 8 capas que se ve como sigue:

• Capa de señal 1
• Prepreg
• Plano de tierra
• Núcleo
• Capa de señal 2
• Prepreg
• Plano de potencia
• Núcleo
• Plano de tierra
• Prepreg
• Capa de señal 3
• Núcleo
• Plano de potencia
• Prepreg
• Capa de señal 4

Estos PCB no presentan más de cuatro planos de señal; en lugar de planos de señal adicionales, estos PCB presentan más planos de tierra y potencia para optimizar el rendimiento EMC. Aunque esto puede parecer menos que óptimo considerando el costo adicional de fabricar un PCB de 8 capas sobre uno de 6 capas, hay una buena razón para elegir esta opción. Si bien los PCB de 8 capas son más caros que las opciones de 2, 4 y 6 capas, el aumento porcentual en el costo de una placa de 8 capas sobre una de 6 capas es menor que el aumento porcentual en el costo de una placa de 6 capas sobre una de 4 capas. El aumento menor hace que sea mucho más fácil justificar el aumento de costo por el rendimiento de emisiones mejorado.

10 capas

Si su diseño requiere seis capas de enrutamiento, entonces debería buscar una placa de 10 capas. Un stack de PCB de 10 capas presenta seis capas de señal y cuatro planos, con acoplamiento estrecho entre las capas de señal y retorno. Los diseños típicos de 10 capas se organizan en lo siguiente:

• Capa de señal 1
• Plano de tierra
• Capa de señal 2
• Capa de señal 3
• Plano de potencia
• Plano de tierra
• Capa de señal 4
• Capa de señal 5
• Plano de potencia
• Capa de señal 6

Para este arreglo, las señales de alta velocidad generalmente se enrutan en las capas de señal internas. Cuando se apilan y enrutan apropiadamente, esta configuración puede proporcionar tanto una excelente integridad de señal como un gran rendimiento EMC. No se recomienda reemplazar cualquiera de los planos de tierra o potencia con capas de señal adicionales, ya que esto puede resultar en un mal rendimiento.

MCL es su fuente para PCB multicapa de calidad

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

Millennium Circuits Limited es un líder de la industria en PCB con sede en Pensilvania, con clientes en una variedad de industrias en todo el mundo. Entregamos consistentemente placas de circuito impreso de alta calidad a nuestros clientes, respaldados por innovación, garantía de calidad y años de experiencia en el campo. Proporcionamos placas rígido-flex, placas HDI y stackups, entre muchos otros productos relacionados con PCB. No importa cuántas capas esté buscando, puede confiar en MCL para suministrar placas de calidad cada vez.

También puede trabajar con MCL para evaluar su PCB. Ofrecemos una verificación gratuita de archivos PCB con cada pedido, asegurando que su diseño esté libre de errores. También tenemos un programa de control de calidad que incluye un equipo capacitado respaldado por instrumentos de prueba y medición de última generación, que usamos para garantizar la conformidad del producto con los estándares IPC A-600 y cualquier requisito adicional del cliente.

Para coronar todo, MCL está comprometido a brindar el mejor servicio a nuestros clientes. Con este fin, ofrecemos una estimación gratuita de nuestros servicios. Además, podemos darle una cotización dentro de un día hábil. Nuestro objetivo es ser el único proveedor de PCB que necesitará.

Contacte a MCL para una cotización gratuita hoy

Millennium Circuits Limited suministra una amplia variedad de PCB y productos de PCB, incluyendo placas de circuito multicapa. Para obtener más información sobre stackups de PCB y las opciones que MCL puede ofrecer, puede hablar con el equipo de especialistas de MCL. Contacte a Millennium Circuits hoy con preguntas que pueda tener sobre stackups multicapa.