Cómo determinar el número de capas en PCBs

Las placas de circuito impreso (PCB) consisten en cualquier cosa, desde una capa hasta múltiples capas de materiales dieléctricos y conductores. Cuando se unen a las placas, estas capas transportan circuitos que alimentan una amplia gama de dispositivos electrónicos domésticos, como despertadores, electrodomésticos de cocina, suministros de escritorio, computadoras y dispositivos móviles.

Los PCB también se utilizan en una amplia gama de herramientas y maquinaria industriales, así como en dispositivos médicos, computadoras gubernamentales y sistemas de almacenamiento, y equipos aeroespaciales. El número de capas y las dimensiones de una placa en particular determinan la distribución de energía de una PCB.

¿Qué son los PCB multicapa?

Las capas de PCB son el factor determinante en la potencia y capacidad de una placa de circuito impreso. La gente a menudo se pregunta si una PCB de una capa será suficiente, o si es mejor ir con una PCB de dos o cuatro capas. Pista:no existe una PCB de tres capas, o algo en el rango de múltiples capas.

Si bien la cantidad de capas depende en gran medida de su presupuesto y de las necesidades funcionales en una placa de PCB, esto genera preguntas:¿qué son exactamente las PCB multicapa? Básicamente, "multicapa" se refiere a cualquier cosa con más de dos capas, como una PCB de 4 capas o algo en el rango de 6 capas a 12 y más.

5 preguntas para decidir el número de capas en PCB multicapa

Al considerar cuántas capas serían ideales en un pedido de PCB, debe considerar los factores que hacen que una multicapa sea favorable a una de una o dos capas, y viceversa.

1. ¿Cómo se utilizará mi placa de circuito impreso?

Al calcular las necesidades de una placa de circuito impreso, tenga en cuenta los tipos de máquinas y dispositivos en los que se utilizarán sus PCB y las demandas que estas máquinas/dispositivos impondrán al circuito de la placa. ¿Estas PCB se utilizarán en electrónica compleja de alta tecnología o en artículos más simples con funciones mínimas?

2. ¿Qué frecuencia de operación se necesita?

Mientras toma en cuenta estas preguntas, considere lo que necesitará en términos de frecuencia de operación. Sus parámetros determinan las funciones y la capacidad de una PCB. Para mayor velocidad y capacidad operativa, los PCB multicapa son esenciales.

3. ¿Cuál es mi presupuesto para el proyecto?

Otras cosas a considerar son los costos de fabricación de PCB de una y dos capas versus multicapas. Si desea tener la mayor capacidad posible en la tecnología de placa de circuito actual, deberá pagar los altos costos de fabricación involucrados.

4. ¿Qué tan rápido necesito los PCB?

El tiempo de entrega, el tiempo que se tarda en fabricar un conjunto de placas de circuito impreso de una o varias capas, también es algo a tener en cuenta cuando solicita un gran envío de placas de circuito impreso. El tiempo de entrega para los tableros de una y dos capas puede oscilar entre 8 y 14 días, según el tamaño del área del tablero. Por otra parte, si está dispuesto a pagar más o menos, el plazo de entrega podría ser tan corto como cinco días o tan largo como un mes.

El tiempo de entrega aumentará, por tamaño de tablero, con cada capa que agregue al pedido. Los PCB en el rango de cuatro a 20 capas pueden tener un tiempo de entrega de entre 12 y 32 días, dependiendo de si desea que las placas tengan dimensiones pequeñas o grandes.

5. ¿Qué densidad y capas de señal se necesitan?

El número de capas de PCB también depende de la densidad de pines y las capas de señal. Como se indica en el gráfico a continuación, una densidad de pines de 1.0 requerirá 2 capas de señal, y la cantidad de capas necesarias aumenta a medida que cae la densidad de pines. Con una densidad de pines de 0,2 o menos, necesitará PCB con al menos 10 capas.

Densidad de pines	Número de capas de señal	Número de capa de PCB multicapa
>1.0	2	2
0.6-1.0	2	4
0.4-0.6	4	6
0.3-0.4	6	8
0.2-0.3	8	12
<0.2	10	>14

PCB de una sola capa

Una placa de circuito impreso de una sola capa consta de una capa laminada y soldada de material conductor dieléctrico. Como uno de los primeros componentes de los equipos electrónicos, la placa de circuito impreso de una sola capa ha estado en uso desde finales de la década de 1950. Incluso hoy, a pesar de su relativo primitivismo según los estándares modernos en electrónica doméstica, la placa de circuito impreso de una sola capa sigue siendo común en todo el mundo.

La construcción de una placa de circuito impreso de una sola capa es simple, ya que consta de una dialéctica térmicamente conductora que se cubre primero con un laminado de cobre y se completa con una máscara de soldadura. Las ilustraciones de la PCB de una sola capa generalmente mostrarán tres tiras de color para representar la capa y sus dos cubiertas:gris para la capa dieléctrica en sí, marrón para el laminado de cobre y verde para la máscara de soldadura.

Debido a su diseño simple, las PCB de una sola capa son fáciles de fabricar en grandes cantidades y, por lo tanto, son las más rentables de todas las placas de circuito impreso. Aunque la capa única es un componente tecnológico limitado según los estándares contemporáneos, aún brinda a los fabricantes los siguientes beneficios:
• Un diseño simple que la mayoría de los fabricantes pueden entender fácilmente
• Sin complicaciones y, por lo tanto, es poco probable que plantee problemas de producción
• Asequible y conveniente para la producción en grandes cantidades

Hoy en día, las PCB de una sola capa se fabrican con un espesor de laminado de cobre de una a 20 onzas. Los PCB de una sola capa están diseñados para operar en un rango de temperatura de entre 130 y 230 grados centígrados.

En décadas anteriores, los PCB de una sola capa se usaban en la mayoría de los dispositivos eléctricos. Hoy en día, la mayoría de los productos electrónicos domésticos de alta tecnología se han trasladado a PCB multicapa, que están optimizados para una gama de demandas más compleja. No obstante, la placa de circuito impreso de una sola capa sigue siendo común en algunos de los dispositivos más simples de salas de estar, cocinas y oficinas, incluidos:
• Calculadoras:algunas de las calculadoras más básicas funcionan con placas de circuito impreso de una sola capa.
• Radios:algunas radios, como los relojes despertadores de radio de bajo precio de las tiendas de suministros generales, a menudo usan PCB de una sola capa.
• Cafeteras:los aparatos para hacer café a menudo usan PCB de una sola capa.

La placa de circuito impreso de una sola capa también es común en sensores, luces LED, impresoras, cámaras de vigilancia y circuitos de temporización.

PCB de doble capa

La PCB de dos capas es el siguiente paso en la tecnología de placas de circuito impreso. Con su mayor capacidad, la PCB de dos capas, alternativamente llamada PCB de doble capa, puede admitir una gama más amplia de dispositivos electrónicos contemporáneos que la PCB de una capa. Al mismo tiempo, las PCB de dos capas son mucho menos complicadas desde el punto de vista de la fabricación que las diversas placas de circuito impreso multinivel del mercado actual. Como tal, la bicapa es la opción de PCB más utilizada.

Una placa de circuito impreso de dos capas es muy parecida a una placa de circuito impreso de una capa, pero con una mitad inferior invertida de imagen especular. Con la PCB de dos capas, la capa dieléctrica es más gruesa que en la de una sola capa. Además, el dieléctrico está laminado con cobre tanto en la parte superior como en la inferior. Además, la laminación está cubierta con una máscara de soldadura tanto en la parte superior como en la inferior.

Las ilustraciones de la PCB de dos capas generalmente se ven como un sándwich de tres capas, con una capa gris gruesa en el medio que representa el dieléctrico, tiras marrones gemelas arriba y abajo que representan el cobre y tiras verdes delgadas a lo largo de la parte superior e inferior que representan la máscara de soldadura.

Gracias a sus lados superior e inferior iguales, la PCB de dos capas permite más pistas de enrutamiento. Los beneficios de la placa de circuito impreso de dos capas incluyen lo siguiente:
• Una flexibilidad de diseño que la hace adecuada para una amplia gama de dispositivos
• Circuito denso que la hace adecuada para una variedad de aplicaciones modernas
• Construcción de bajo costo, lo que lo hace conveniente para la producción en masa
• Diseño simple, lo que hace que sea más fácil de entender para los fabricantes de todo el mundo
• Tamaño pequeño, lo que le permite encajar una variedad de dispositivos

Los PCB de dos capas son aplicables a una amplia gama de dispositivos electrónicos simples y más complejos. Los siguientes son ejemplos de dispositivos fabricados en masa que contienen PCB de dos capas:
• Unidades HVAC:los sistemas de calefacción y refrigeración residenciales de varias marcas contienen placas de circuito impreso de doble capa.
• Amplificadores:los PCB de dos capas ha equipado las unidades de amplificación utilizadas por numerosos músicos.
• Impresoras:una variedad de periféricos informáticos se basan en PCB de dos capas.

La PCB de dos capas también se ha utilizado en relés de control, fuentes de alimentación, iluminación LED, reactores de línea, equipos de prueba y máquinas expendedoras.

PCB de cuatro capas

Una placa de cuatro capas consta de un conjunto de capas más complejo que la placa de circuito impreso de una o dos capas. Mientras que tanto la PCB de una sola capa como la de doble capa contienen una sola fila de material dieléctrico, la PCB de cuatro capas contiene varias. Al igual que con todas las placas de circuito impreso multinivel, la placa de circuito impreso de cuatro capas incluye varias capas de material conductor y cobre entre las máscaras de soldadura superior e inferior.

El apilamiento de PCB de cuatro capas consta de las siguientes capas:
• Cuatro tiras de cobre conductor
• Tres capas dieléctricas internas:dos preimpregnadas y un núcleo
• Capas de máscara de soldadura dieléctrica doble en la parte superior y abajo

En el diseño de PCB de 4 capas, las 4 tiras de cobre están divididas internamente por 3 dieléctricos internos y selladas en la parte superior e inferior con una máscara de soldadura. Generalmente, las reglas de diseño de PCB de 4 capas se ilustran con 9 tiras y 3 colores:marrón para cobre, gris para núcleo y preimpregnados y verde para máscara de soldadura.

Aunque las ilustraciones comunes del diseño de PCB de cuatro capas parecen indicar que las capas de preimpregnado y núcleo constan del mismo material, la primera no está totalmente curada y, por lo tanto, es más blanda que el núcleo. Durante el proceso de fabricación, se aplica calor y presión a la acumulación de cuatro capas que hace que el preimpregnado y el núcleo se fundan y unan las capas.

Las placas de circuito impreso de cuatro capas son ventajosas para los fabricantes en numerosos frentes, ya que estas y otras placas de circuito impreso multicapa brindan los siguientes beneficios:
• Durabilidad:la placa de circuito impreso de cuatro capas es más resistente que las placas de una y dos capas.
• Tamaño compacto:el diseño pequeño de la placa de circuito impreso de cuatro capas puede adaptarse a una amplia gama de dispositivos.
• Flexibilidad:la placa de circuito impreso de cuatro capas puede funcionar en numerosos tipos de componentes electrónicos, tanto simples como complejos.
• Seguro:con la alineación adecuada de las capas de alimentación y tierra, la placa de circuito impreso de cuatro capas protege contra las interferencias electromagnéticas.
• Ligero:los dispositivos equipados con placas de circuito impreso de cuatro capas tienen menos necesidad de cableado interno y, por lo tanto, a menudo pesan menos.

Aunque la producción de tableros multinivel requiere una mayor experiencia, cualquier costo adicional de PCB de cuatro capas se recupera diez veces por los productos de mayor valor que las cuatro capas pueden soportar mecánicamente. Algunos de los dispositivos modernos más esenciales que cuentan con PCB de cuatro capas incluyen los siguientes:
• Sistemas satelitales:los PCB multinivel han equipado los satélites en órbita que han permitido la comunicación a escala global.
• Dispositivos portátiles - Los teléfonos y las tabletas suelen estar equipados con PCB de cuatro capas.
• Equipo de sonda espacial:las placas de circuito impreso multicapa han alimentado dispositivos de exploración espacial que nos han permitido ver a lo lejos en la galaxia.

Los PCB de cuatro capas también son comunes en equipos de rayos X, servidores de archivos, aceleradores atómicos, tecnología de escaneo CAT y sistemas de detección nuclear. Más que las PCB de una y dos capas, las placas de circuito de cuatro capas también pueden ser beneficiosas para los procesos en los que la diafonía es un problema.

PCB de seis capas

La PCB de seis capas es donde la tecnología de la placa de circuito realmente comienza a entrar en los aspectos más avanzados de la electrónica actual. Con la placa de circuito impreso de seis capas, los fabricantes pueden impulsar una variedad de productos tecnológicos comerciales, dispositivos para el cuidado de la salud y maquinaria industrial.

El apilamiento de PCB de seis capas es similar al de cuatro capas, pero con dos capas de cobre adicionales y dos filas adicionales de material dieléctrico. En el apilamiento de seis capas, la segunda y cuarta filas dieléctricas están etiquetadas como "núcleo", y la primera, tercera y quinta están preimpregnadas. De las seis filas de cobre conductor, la segunda y la quinta son planas y el resto son de señal.

Desde su desarrollo, los PCB de 6 capas han sido una gran ayuda para la industria electrónica. Con su gran superioridad tecnológica frente a las placas de una y dos capas, han permitido a los fabricantes presentar al público una gran cantidad de dispositivos innovadores. Algunas de las principales ventajas de los PCB de seis capas incluyen:
• Resistencia:el PCB de seis capas es más grueso y, por lo tanto, más fuerte que sus predecesores de capas más delgadas.
• Compacidad:con seis capas, los tableros de este grosor tienen mayor capacidad tecnológica, y por lo tanto pueden consumir menos ancho.
• Alta capacidad:las placas de circuito impreso con seis o más capas brindan a los dispositivos electrónicos una potencia óptima y reducen en gran medida la posibilidad de diafonía e interferencia electromagnética.

Las placas de circuito impreso multinivel de seis capas o más han permitido que la tecnología informática crezca a pasos agigantados en las últimas dos décadas. Los PCB de este nivel han avanzado la siguiente electrónica:
• Computadoras:los PCB de 6 capas han ayudado a impulsar la rápida evolución de las computadoras personales, que se han vuelto más compactas, livianas y más rápidas.
• Almacenamiento de datos:el La alta capacidad de las placas de circuito impreso de seis capas ha hecho que los dispositivos de almacenamiento de datos sean cada vez más ingeniosos durante la última década.
• Sistemas de alarma contra incendios:con placas de circuito de seis capas o más, los sistemas de alarma se han vuelto cada vez más precisos para detectar peligros reales. momento en que surge.

Los PCB de seis capas también se han utilizado en la transmisión de teléfonos celulares, receptores de fibra óptica, monitores cardíacos, controles industriales y tecnología GPS.

PCB multicapa compleja

A medida que las placas de circuitos impresos multicapa aumentan el número de capas más allá de los números cuatro y seis, se agregan más capas de cobre conductor y material dieléctrico a la acumulación.

Por ejemplo, una placa de circuito impreso de ocho capas contiene cuatro capas de cobre planas y cuatro de señal (ocho en total) unidas por siete filas internas de material dieléctrico. El apilamiento de ocho capas está sellado en la parte superior e inferior con una máscara de soldadura dieléctrica. Básicamente, el apilamiento de PCB de ocho capas es muy parecido al de seis capas, pero con pares adicionales de columnas de cobre y preimpregnados.

La tendencia continúa con el PCB de 10 capas, que agrega dos capas más de cobre para un total de seis señales y cuatro capas planas de cobre:​​10 en total. Uniendo el cobre en el apilamiento de PCB de 10 capas hay nueve columnas de material dieléctrico:cinco preimpregnados y cuatro núcleos. Las pilas de PCB de diez capas están selladas, como todas las demás, con una máscara de soldadura dieléctrica en la parte superior e inferior.

Para cuando llegue al apilamiento de PCB de 12 capas, tiene una placa con 4 capas conductoras planas y 8 de señal, unidas por 6 columnas de señal y 5 de núcleo de material dieléctrico. Las pilas de PCB de 12 capas están selladas con una máscara de soldadura dieléctrica. En general, las ilustraciones de PCB multicapa muestran las capas y los materiales de unión con los siguientes colores:marrón para señal/cobre plano, gris para preimpregnado/material dieléctrico del núcleo y verde para máscara de soldadura superior/inferior.

Los PCB multicapa de las variedades de ocho, 10 y 12 capas son beneficiosos en numerosos dispositivos y sistemas informáticos de alta tecnología. En las últimas décadas, el desarrollo de placas de circuito impreso multicapa ha llevado al rápido avance de la tecnología informática, desde los sistemas de kHz de antaño hasta las máquinas de GHz de hoy.

Las máquinas y dispositivos en una variedad de sectores (comercial, industrial, médico, gubernamental, aeroespacial) continúan creciendo en velocidad, capacidad, tamaño compacto y facilidad de uso, gracias a los rápidos desarrollos que brindan los PCB multicapa cada vez más complejos de la actualidad.

Distribuciones de capas

La forma más fácil de pensar en una placa de circuito impreso es imaginar las capas como una lasaña donde los materiales conductores y dieléctricos se unen dentro de una máscara de soldadura. Los tableros de cuatro capas, por ejemplo, generalmente consisten en capas espaciadas uniformemente con planos en el centro. Si bien esto puede hacer que la placa parezca simétrica, no necesariamente tiene los efectos más deseables cuando se trata de compatibilidad electromagnética.

Otra disposición que puede producir efectos indeseables es emparejar estrechamente los dos planos en el medio, mientras que la capa de señal y los planos intercalan grandes dieléctricos. Aunque esta disposición permite el almacenamiento de carga eléctrica en el plano intermedio, puede provocar una transmisión de señales y efectos electromagnéticos no deseados. Por estas razones, los expertos actuales en el campo de PCB generalmente optan por tableros de al menos cuatro capas, en lugar de dos.

Para aumentar la compatibilidad electromagnética de una placa de cuatro capas, los planos y las capas de señal deben estar lo más juntos posible. Además, el núcleo entre el plano de tierra y la potencia debe ser grande. Esta disposición reducirá la posibilidad de transmisiones de señales no deseadas entre las pistas y mantendrá la oposición entre circuitos y corrientes en niveles aceptables.

Un rango ideal de oposición entre el circuito y la corriente estaría en el rango de 50 a 60 ohmios. Recuerde, cuando la impedancia es baja, la corriente extraída aumenta, lo que es un efecto no deseado. La alta impedancia generará una mayor cantidad de interferencia electromagnética y hará que la placa sea más vulnerable a la interferencia externa.

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