La gente espera que los productos electrónicos tengan una gran cantidad de funciones, pero también exigen que sean pequeños y portátiles, lo que plantea nuevos desafíos para los diseñadores de circuitos impresos. Para lograrlo, los diseñadores recurren a PCB multicapa, que ofrecen mayor espacio para más señales y circuitos electrónicos para permitir una mayor funcionalidad. Sin embargo, el éxito... Diseño de PCB Se basa en una cuidadosa consideración del apilamiento de PCB. Este componente crítico impacta directamente el rendimiento, la confiabilidad, el costo y la viabilidad de fabricación de la placa de circuito. En este artículo, encontrará orientación sobre el diseño de apilamiento de PCB, incluyendo reglas, sugerencias y ejemplos para ayudarle a completar mejor su diseño.
¿Qué es la pila de PCB?
El apilamiento de PCB se refiere a la disposición de las capas de cobre y aislante que constituyen una placa de circuito impreso. Un apilamiento típico de PCB consiste en capas alternadas de cobre y material aislante, como preimpregnado y capas de núcleo. Las capas de cobre contienen los circuitos y sirven como vías conductoras para las señales electrónicas en la placa.
La disposición de PCB es un aspecto esencial del diseño de la placa y determina las propiedades eléctricas de la placa, incluida la integridad de la señal, la distribución de energía y compatibilidad electromagnética (CEM)También afecta las propiedades mecánicas y térmicas de la placa. El número de capas utilizadas en un apilado de PCB puede ser flexible y depende de la complejidad del circuito y de los requisitos específicos del diseño.
Un apilamiento de PCB de dos capas es el más simple y común, pero los diseños de alta densidad pueden requerir cuatro o más capas para alojar los componentes y el enrutamiento necesarios. Los diseñadores deben considerar cuidadosamente el apilamiento de PCB durante el proceso de diseño para garantizar que la placa cumpla con los requisitos eléctricos y mecánicos necesarios, a la vez que sea rentable de fabricar. Un diseño adecuado del apilamiento puede ayudar a minimizar la pérdida de señal, reducir la interferencia electromagnética y proporcionar una red de distribución de energía estable, lo que resulta en una placa de circuito más confiable y de alto rendimiento.
Reglas y consejos para el diseño de apilado de PCB
Gestionar un buen stackup requiere seguir cientos de reglas y criterios, pero algunas de las más importantes son:
- Las placas de plano de tierra son la opción preferida ya que permiten el enrutamiento de señales en configuraciones de microbanda o línea de banda, lo que da como resultado menores niveles de impedancia de tierra y de ruido de tierra.
- Para evitar la radiación de señales de alta velocidad, es importante enrutarlas en capas intermedias entre diferentes niveles, mientras se utilizan planos de tierra como escudos.
- Las capas de señal deben colocarse lo más cerca posible una de otra, incluso si están en planos adyacentes, y siempre al lado de un plano.
- Tener múltiples planos de tierra es beneficioso ya que reduce la impedancia de tierra de la placa y reduce la radiación.
- Es fundamental tener un fuerte acoplamiento entre los planos de potencia y de tierra.
- Desde el punto de vista mecánico es aconsejable disponer de una sección transversal para evitar deformaciones.
- Si los niveles de señal están cerca de los niveles del plano, ya sea de tierra o de potencia, la corriente de retorno puede fluir a través del plano adyacente, lo que ayuda a reducir la inductancia del camino de retorno.
- Para mejorar el rendimiento en materia de ruido y EMI, una forma viable es reducir el espesor del aislamiento entre una capa de señal y su plano vecino.
- Al elegir materiales en función de sus propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas, es fundamental tener en cuenta el espesor de cada capa de señal, teniendo en cuenta los espesores estándar y las características de los distintos tipos de materiales de circuitos impresos.
- Se debe utilizar un software de alta calidad para diseñar el apilamiento, seleccionar los materiales apropiados de la biblioteca y realizar cálculos de impedancia en función de sus dimensiones.
Material y espesor recomendados
Los tres componentes principales de una PCB son el cobre, el aislamiento y la placa de tierra. Las opciones de material y el grosor de cada uno de ellos son cruciales para determinar sus características de rendimiento.
- Capas de cobre
Existen múltiples tipos de cobre disponibles, cada uno con su propia temperatura de fusión, conductividad eléctrica y tasa de expansión térmica. La selección del cobre suele basarse en los requisitos de diseño. Cabe destacar que las capas de cobre más gruesas mejoran la robustez general del diseño, pero también incrementan el costo de la placa.
- Capas de aislamiento
FR-4 Los materiales con recubrimiento de epoxi, epoxi de vidrio y parileno son los más utilizados en las PCB. La elección del material aislante adecuado depende del entorno de aplicación. Para mejorar el blindaje EMI y la durabilidad de la placa, se recomienda utilizar una capa de aislamiento lo más gruesa posible. Sin embargo, si esta es demasiado gruesa, puede afectar la calidad de las pistas y las vías.
- Capas del plano de tierra
El cobre y el níquel son los materiales más utilizados para la placa de tierra. La selección de estos materiales se basa en los requisitos de diseño y el tipo de máscara de soldadura. El grosor recomendado para la placa de tierra es de entre 0.1 mm y 0.25 mm. Si bien una placa de tierra más gruesa ofrece un mejor rendimiento, también implica un mayor tamaño de la placa.
Ejemplos de diseño de apilamiento de PCB
Apilado de PCB de 4 capas
Una placa PCB estándar de 4 capas suele presentar una capa central gruesa en el centro, rodeada de dos capas preimpregnadas más delgadas. Las capas superficiales se utilizan principalmente para señales y montaje de componentes. Las capas internas suelen estar dedicadas a las redes de alimentación y tierra. Las vías pasantes se utilizan comúnmente para conectar las capas. A las capas externas se les aplica una máscara de soldadura con almohadillas expuestas para permitir el montaje de componentes SMD y pasantes.
Apilado de PCB de 6 capas
El diseño de un apilamiento de PCB de 6 capas es comparable al de uno de 4 capas, pero incorpora dos capas de señal adicionales entre los planos, lo que resulta en dos capas enterradas ideales para señales de alta velocidad y dos capas superficiales aptas para enrutar señales de baja velocidad. Colocar las capas de señal cerca de sus planos adyacentes y usar un núcleo central más grueso para lograr el grosor de placa deseado (p. ej., 62 MIL) puede mejorar considerablemente el rendimiento EMI.
Apilado de PCB de 8 capas
Para un apilamiento de PCB de 8 capas, el diseño debe incluir al menos tres planos de alimentación/tierra para aumentar la compatibilidad electromagnética (EMC) y minimizar los problemas relacionados con EMI. Los ingenieros y diseñadores de PCB suelen considerar los requisitos del circuito al diseñar el apilamiento.
Conclusión
El diseño del apilado de PCB es un aspecto crucial tanto para ingenieros como para diseñadores electrónicos. Para producir productos electrónicos de alta calidad, se deben considerar diversos factores. Sin un apilado de PCB bien diseñado, la calidad y el rendimiento del producto final pueden verse gravemente comprometidos. Por lo tanto, es importante que los diseñadores presten atención. Seleccione los materiales de PCB adecuados y construcción para obtener resultados óptimos. Si no tiene experiencia en diseño de apilado de PCB, considere trabajar con un especialista en diseño de PCB. El equipo de PCB de Tecnología MOKO Contamos con amplia experiencia en el diseño de apilamientos complejos, incluyendo apilamientos multicapa y HDI. Podemos ayudarle a diseñar un apilamiento rentable y factible que cumpla con todos los requisitos eléctricos.
