Con funciones más robustas y un mayor rendimiento de los productos electrónicos, también se han impuesto mayores requisitos para las placas de circuito impreso (PCB). Hoy en día, un número cada vez mayor de dispositivos requiere diseños de circuitos compactos y de alta densidad, lo que explica la aparición de las PCB multicapa.
Las placas de circuito multicapa se fabrican apilando tres o más capas de cobre conductor entre capas de material aislante. Esto permite un enrutamiento más complejo y garantiza una transmisión de señal más estable.
Este artículo presentará los conceptos básicos del diseño de PCB multicapa, explicará las estructuras de capas comunes de PCB y detallará el proceso completo de fabricación de PCB multicapa. Tanto si diseña servidores de alta velocidad como si desarrolla un dispositivo portátil inteligente, esta guía le ayudará a comprender plenamente los aspectos clave de las placas multicapa.
Comprensión de las capas de PCB
Comprender la estructura de las capas de las PCB es útil para determinar la complejidad y la aplicación de la placa de circuito impreso. Según el número de capas conductoras, las placas de circuito impreso se clasifican en tres tipos: PCB de una sola capa, de doble capa y multicapa.
PCB de una sola capa
Una PCB monocapa tiene una sola cara con una capa de cobre y también se conoce como placa de una sola cara. Su estructura es simple y suele estar compuesta por una capa de cobre, materiales aislantes y serigrafía. Al tener una sola capa conductora, el espacio de enrutamiento es limitado y no es adecuada para aplicaciones complejas o de alta velocidad.
PCB de doble capa
Una PCB de doble capa tiene pistas de cobre tanto en la superficie superior como en la inferior, y ambas capas se reconectan mediante vías. Su estructura consta de una capa de cobre, un sustrato y otra capa de cobre. Generalmente, se utilizan orificios pasantes para lograr la conducción entre las capas superior e inferior. En comparación con las placas de una sola capa, ofrece un enrutamiento más flexible y es adecuada para circuitos de complejidad media. Sin embargo, aún presenta limitaciones en cuanto a la integridad de la señal y el rendimiento a alta frecuencia.
PCB multicapa
Las PCB multicapa contienen tres o más capas conductoras de cobre. Se apilan alternativamente con capas aislantes y se laminan formando una sola estructura mediante procesos de laminación. Las placas de circuito impreso multicapa ofrecen una mayor densidad de enrutamiento y se utilizan comúnmente en sectores con requisitos de rendimiento extremadamente altos, como la informática de alta velocidad, los dispositivos médicos, los teléfonos inteligentes y la industria aeroespacial. Sin embargo, el proceso de fabricación de PCB multicapa es más complejo, con costos más elevados, ciclos de procesamiento más largos y requisitos de diseño e inspección más estrictos.
Los componentes principales de una PCB multicapa incluyen:
• Capas internas de cobre (enrutamiento de señales o planos)
• Capas de preimpregnado y núcleo (aislamiento y soporte)
• Vías (pasantes, ciegas o enterradas) para conectar las capas de PCB
• Máscara de soldadura y serigrafía en capas exteriores
Fundamentos del diseño de PCB multicapa
Para lograr un diseño de PCB multicapa estable y fiable, es necesario encontrar un equilibrio entre rendimiento, viabilidad de fabricación y coste. A continuación, se presentan varios aspectos clave:
Gestión de la capa de señal
Al diseñar la estructura de capas de la PCB, la posición de las capas de señal, potencia y tierra debe estar razonablemente distribuida. Un enfoque común consiste en intercalar la capa de señal entre las capas de tierra, lo que reduce la interferencia de la señal y mejora su calidad.
Vía Estrategia
En las PCB multicapa, las diferentes capas deben conectarse mediante vías. Durante el diseño, se pueden seleccionar orificios pasantes, ciegos o enterrados según la estructura de la placa y el presupuesto. Elegir el tipo de orificio pasante adecuado ayuda a ahorrar espacio y a controlar los costes de fabricación.
Impedancia controlada
Para señales de alta velocidad, la adaptación de impedancia es fundamental. La impedancia se ve afectada por el ancho de pista, el espaciado entre capas y la constante dieléctrica del material. Un buen diseño de PCB multicapa requiere un control preciso de estos parámetros para garantizar una transmisión estable de la señal.
Diseño para la Manufacturabilidad (DFM)
Para simplificar la producción, se deben considerar las limitaciones del proceso durante el diseño. Por ejemplo, es necesario garantizar que las capas se alineen con precisión, que las dimensiones de perforación cumplan los requisitos y que la separación entre las pistas sea razonable. Seguir los principios de diseño DFM puede reducir el riesgo de error y mejorar la eficiencia de la producción.
Herramientas CAD
El uso de herramientas de software adecuadas puede mejorar considerablemente la eficiencia del diseño. Software como Altium, KiCad y Cadence permiten la configuración de apilado, la comprobación de enrutamiento y la validación de reglas eléctricas, y son plataformas fiables para la fabricación y el diseño de PCB multicapa.
Planificación del apilado de PCB multicapa
En las placas PCB multicapa, el apilamiento se refiere a la disposición y distribución funcional de cada capa. Un valor razonable El diseño de apilamiento no solo afecta la calidad de transmisión de las señales, sino que también influye en la resistencia mecánica y la complejidad de fabricación de la placa de circuito. Un buen diseño de apilamiento es fundamental para lograr placas de circuito impreso multicapa de alto rendimiento y alta fiabilidad.
Al planificar una construcción de PCB multicapa, se debe prestar especial atención a los siguientes aspectos:
Diseño simétrico
El apilamiento debe ser lo más simétrico posible. Por ejemplo, la distribución del cobre en las capas superior e inferior debe ser equilibrada. Esto puede prevenir eficazmente la deformación de la placa causada por un calentamiento desigual durante el proceso de fabricación de PCB multicapa.
Selección de material de preimpregnado y núcleo
Los diferentes materiales afectan la constante dieléctrica y la estabilidad térmica de la placa. Seleccionar los materiales de preimpregnado y núcleo adecuados ayuda a garantizar la velocidad de la señal y la estabilidad térmica general. Esto es indispensable en el diseño de PCB multicapa.
Disposición del plano de potencia y tierra
En el diseño, la ubicación de la alimentación y la capa de tierra debe ser cuidadosa, y es preferible ubicarlas cerca de las capas de señal. Esto puede proporcionar una ruta de retorno estable para las señales, reducir las interferencias y mejorar la integridad de la señal.
Control del espaciado entre capas
La distancia entre las diferentes capas afecta directamente el control de impedancia y la compatibilidad electromagnética. Una separación menor puede mejorar el acoplamiento y reducir la diafonía. Sin embargo, también debe considerarse el equilibrio entre la capacidad de fabricación y el rendimiento eléctrico.
Un apilamiento optimizado de PCB multicapa puede mejorar eficazmente el rendimiento del circuito. Para cualquier producto electrónico que requiera alta frecuencia, alta velocidad o alta confiabilidad, el diseño del apilamiento es un paso clave.
Proceso de fabricación de PCB multicapa
El proceso completo de fabricación de PCB multicapa implica múltiples pasos de alta precisión. Se basa en la fabricación de PCB de una o dos capas, e incluye la preparación del circuito interno y la laminación multicapa. En comparación con las placas convencionales, la producción de placas de circuito multicapa es más compleja y presenta mayores requisitos de control de proceso. A continuación, se presenta un proceso típico de fabricación de PCB multicapa:
Fabricación y grabado de circuitos de capa interna
Primero, se lamina una lámina de cobre sobre un núcleo aislante. Se utiliza fotolitografía para transferir el patrón del circuito a la lámina de cobre, y luego se aplica un grabado químico para eliminar el exceso de cobre, dejando solo las trazas necesarias. Después de este paso, se completa el circuito de cada capa interna.
Laminación y alineación
Todas las capas de PCB preparadas se apilan según la estructura de apilamiento diseñada. Se utilizan altas temperaturas y altas presiones para laminar estas capas y formar una placa unificada. La alineación precisa de cada capa es crucial para evitar errores en etapas posteriores.
Perforación y recubrimiento de cobre
Se perforan orificios en la placa laminada para establecer conexiones eléctricas entre las diferentes multicapas de PCB. Posteriormente, se deposita una capa de cobre en las paredes de los orificios mediante recubrimiento químico, creando vías conductoras entre las capas. Este paso afecta directamente la fiabilidad de las conexiones eléctricas.
Fabricación de circuitos de capa exterior
El proceso para la capa exterior es similar al de las capas interiores. Se utiliza fotolitografía para transferir el patrón, seguida de grabado para formar los circuitos exteriores finales. Tras este paso, el circuito de la placa está prácticamente completo.
Máscara de soldadura y serigrafía
Se aplica una capa de tinta de máscara de soldadura a la superficie de la placa para proteger las zonas sin soldadura de la contaminación o cortocircuitos. Posteriormente, se utiliza la serigrafía para añadir marcas de ubicación de componentes, logotipos de la empresa y otros identificadores.
Acabado de superficies
Finalmente, las áreas expuestas de la almohadilla se someten a un acabado superficial. Las técnicas comunes incluyen ENIG (Níquel Electrolítico Inmersión en Oro) y HASL (Nivelación de Soldadura por Aire Caliente). Estos acabados mejoran la soldabilidad, previenen la oxidación y mejoran la resistencia a la corrosión.
Acerca de PCBasic
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Cómo elegir el fabricante adecuado para su PCB multicapa
Elegir un fabricante de PCB multicapa con experiencia es fundamental para garantizar la calidad, el plazo de entrega y el rendimiento de sus placas de circuito impreso. Las capacidades del fabricante influyen directamente en la estabilidad de su producto y en el progreso general del proyecto. Al seleccionar un socio, tenga en cuenta los siguientes aspectos:
• Capacidades: ¿Pueden admitir diseños complejos de placas PCB multicapa, incluidos HDI y de paso fino?
• Certificaciones: ISO 9001, normas IPC, conformidad con RoHS
• Equipo: Instalaciones modernas para perforación láser, registro de rayos X e inspección AOI
• Plazo de entrega: Entrega rápida para creación de prototipos y producción
• Apoyo: Comentarios de ingeniería y revisión del diseño de PCB multicapa
Un fabricante confiable puede ayudar a optimizar la fabricación de PCB multicapa y reducir el tiempo de comercialización.
Fabricación de PCB multicapa en PCBasic
En PCBasic, nos especializamos en la fabricación de PCB multicapa de alta precisión, con más de 10 años de experiencia en ingeniería y gestión de proyectos. Nuestro equipo de avanzada y nuestro equipo de expertos nos permiten ofrecer soluciones confiables de placas de circuito impreso multicapa para industrias como la médica, la automotriz, el control industrial y la electrónica de consumo.
¿Por qué elegir PCBasic para PCB multicapa?
Fuerte equipo técnico
Nuestros equipos de diseño y proyectos de PCB cuentan con más de 10 años de experiencia. También colaboramos con equipos de investigación de doctorado de universidades de primer nivel para mejorar el diseño de PCB multicapa y el rendimiento de los materiales.
Capacidad de producción flexible
• Fábrica de Shenzhen:Ideal para creación de prototipos de PCB multicapa de bajo volumen y alta mezcla.
• Fábrica de Huizhou:Diseñado para una fabricación rentable y de gran volumen de PCB multicapa.
Soporte de fabricación interna
Contamos con líneas de producción propias de plantillas y accesorios, ofrecemos mecanizado de precisión CNC y entregamos las plantillas en una hora. Esto nos permite agilizar y facilitar el ensamblaje complejo de placas multicapa.
Suministro confiable de componentes
Nuestro almacén central inteligente garantiza que todos los componentes sean originales y estén disponibles. Con nuestra importación de listas de materiales con un solo clic y nuestro sistema de cotización instantánea, los clientes pueden gestionar fácilmente el proceso de fabricación de PCB multicapa.
Garantía de calidad certificada
PCBasic es una empresa nacional de alta tecnología con certificaciones como ISO 13485, IATF 16949, ISO 9001, ISO 14001 y UL. Somos miembros de IPC y poseemos más de 20 patentes relacionadas con sistemas de inspección de calidad y gestión de la producción.
Ya sea que necesite un prototipo de 4 capas o un pedido de producción de 12 capas, PCBasic es su socio de confianza para la fabricación rápida, confiable y escalable de placas de circuito impreso multicapa.
Conclusión
En la industria electrónica actual, dinámica y altamente integrada, las PCB multicapa se han convertido en una tecnología clave. Con una mayor densidad de capas y un mejor rendimiento eléctrico, las placas de circuito impreso multicapa se utilizan en numerosos productos electrónicos, desde dispositivos de consumo hasta sistemas industriales.
Para utilizarlas con éxito, se necesita el enfoque adecuado. Esto implica un diseño de PCB multicapa adecuado, un apilado bien planificado y un proceso de fabricación de PCB multicapa fiable.
Ya sea que esté trabajando en una PCB de 4 capas para un dispositivo portátil o en una placa base de servidor de 12 capas, elegir la estrategia de placa de circuito multicapa adecuada y el socio de fabricación adecuado es clave para el éxito de su proyecto.
