Las placas de circuito impreso juegan un papel crucial en la electrónica actual. Estos tableros están hechos para sostener y conectar diferentes partes electrónicas, lo que hace que sea fácil y económico construir dispositivos electrónicos. Este artículo se centrará en PCB de 4 capas utilizado para dispositivos electrónicos más complicados.
PCB: una breve explicación
Una placa de circuito impreso, o PCB, es una placa aislante que sostiene y conecta partes electrónicas. Las rutas conductoras de estas placas se utilizan para conectar las diferentes partes de un dispositivo electrónico.
Importancia de PCB:
Las placas de circuito impreso (PCB) juegan un papel decisivo en la electrónica moderna porque hacen que sea fácil y económico construir dispositivos electrónicos. Los PCB facilitan la conexión de piezas electrónicas de manera eficiente y precisa. Esto puede acelerar el desarrollo y abaratar la fabricación.
¿Qué es una PCB de 4 capas y qué hace?
Una PCB de 4 capas es un tipo de PCB multicapa con cuatro capas de material conductor separadas por capas de material que no conduce la electricidad. Estas capas se utilizan para conectar las diferentes partes de un dispositivo electrónico. También se pueden usar para hacer planos de potencia y tierra, lo que puede ayudar con la integridad de la señal y la reducción de ruido.
Los PCB con cuatro capas se usan a menudo en computadoras, teléfonos inteligentes y dispositivos médicos con muchas partes móviles. Cuando hay muchas piezas para conectar y la calidad de la señal y la reducción de ruido son muy importantes, se utilizan estas placas.
¿Por qué se escribió este artículo?
En este artículo, exploraremos una guía detallada sobre el diseño, el diseño y el costo de una PCB de 4 capas. Hablaremos de diferentes partes de PCB de 4 capas, como el diseño de la placa, los factores de costo, las consideraciones de diseño, el proceso de fabricación, las herramientas de diseño, los problemas comunes de diseño y la creación de prototipos y pruebas.
Diseño de PCB de 4 capas
Hacer planes para el diseño.
Al hacer una PCB de 4 capas, el primer paso es planificar el diseño del diseño. Esto significa decidir dónde irán las diferentes partes en el tablero, dónde irán los planos de alimentación y tierra, y cómo se enrutarán las pistas.
¿Cómo leer un diagrama de circuito?
Antes de hacer el diseño, es importante saber cómo funciona el dispositivo electrónico (llamado diagrama de circuito). El diagrama del circuito ofrece una visión detallada de todas las partes y su conexión.
Eligiendo las partes
El siguiente paso es decidir qué partes irán en el dispositivo electrónico. Esto significa elegir las resistencias, capacitores, transistores correctos y los valores y especificaciones correctos.
Colocando las piezas en su lugar
Después de elegir las piezas, deben colocarse en el tablero. Los componentes deben ser los mejores para la integridad de la señal, la reducción del ruido y la gestión del calor.
Seguimiento de los caminos de las señales.
Después de colocar las piezas en el tablero, el siguiente paso es encontrar dónde van las señales. Esto se hace enrutando las huellas que conectan las diferentes partes de la placa. Las trazas deben configurarse para obtener la mejor calidad de señal y la menor cantidad de ruido.
Se explica la estructura de apilamiento.
La estructura de apilamiento muestra cuántas capas hay y en qué orden están. La estructura de apilamiento para una PCB de 4 capas generalmente consta de dos capas de señal, una capa de alimentación y una capa de tierra.
¿Cómo se hicieron los aviones de poder?
Los planos de potencia dan a las diferentes partes de la placa una fuente de voltaje estable. Los planos de potencia deben estar hechos para hacer el menor ruido posible y dar suficiente potencia a los componentes.
Haciendo los planos para el suelo.
Los planos de tierra conectan las diferentes partes del tablero al suelo de manera estable. Los planos de tierra deben estar hechos para hacer el menor ruido posible y ofrecer
Diseño
Intensidad de señal
La integridad de la señal es una parte importante del diseño de PCB que garantiza que la señal llegue a donde debe ir sin estropearse. Para garantizar la integridad de la señal, los diseñadores utilizan herramientas como calculadoras de impedancia para determinar el ancho, el espaciado y la acumulación de las pistas.
Integración de energía
Otra parte importante del diseño de PCB es la integridad de la energía. Significa asegurar que la fuente de alimentación llegue a todas las partes sin caídas o cambios de tensión. Al diseñar la red de distribución de energía, se debe considerar la caída de voltaje, el ruido, la ondulación y la respuesta transitoria. El uso de las técnicas correctas para el desacoplamiento y el filtrado puede ayudar a mejorar la integridad de la energía.
Control de impedancia
En los circuitos digitales y de RF de alta velocidad, el control de la impedancia es muy importante. La impedancia de las trazas de la señal y los planos de potencia deben coincidir con la de la fuente y la carga para detener los reflejos y el timbre de la señal. El enrutamiento de impedancia controlada y el enrutamiento de par diferencial son dos formas de controlar la impedancia que ayudan a mantener la integridad de la señal.
Cumplimiento de EMI/EMC
Los diseños de PCB modernos deben seguir las reglas de interferencia electromagnética (EMI) y compatibilidad electromagnética (EMC). EMI es la radiación o emisiones no deseadas del circuito, y EMC es qué tan bien funciona el circuito cerca de otros dispositivos electrónicos. Se puede reducir la EMI y mejorar el cumplimiento de EMC mediante el uso de técnicas adecuadas de conexión a tierra, blindaje y filtrado.
Cuidando el calor
La gestión térmica es importante en los diseños de PCB para la electrónica de potencia y los procesadores de alta velocidad que producen mucho calor. Una gestión térmica deficiente puede generar problemas de rendimiento, confiabilidad e incluso seguridad. Al hacer el diseño de una PCB, los diseñadores deben pensar en cómo se mueve el calor, cómo funciona la resistencia térmica y cuál es la temperatura en la habitación.
Fiabilidad y la capacidad de hacerlo.
La confiabilidad y la capacidad de fabricación son partes importantes del diseño de PCB. Un diseño de PCB fiable debería funcionar correctamente en todas las situaciones y durante mucho tiempo. Un diseño para una PCB que se pueda hacer debe ser fácil de hacer, armar y probar. No debe haber fallas en el diseño que causen defectos de fabricación o pérdidas de rendimiento.
Pruebas y Verificación
Las pruebas y la verificación son muy importantes para que un diseño de PCB funcione. Usando herramientas de simulación, prototipos y pruebas funcionales, los diseñadores deben verificar el diseño para asegurarse de que cumpla con los requisitos y especificaciones de diseño. Las pruebas de integridad de la señal, integridad de la energía, cumplimiento de EMI/EMC, rendimiento térmico y confiabilidad son parte de las pruebas funcionales.
Los pasos para hacer un PCB
La fabricación de una placa de circuito impreso incluye la transferencia de imágenes, el grabado, la perforación, el revestimiento, el acabado de superficies, la máscara de soldadura y las pruebas eléctricas. El proceso comienza con una transferencia de imagen, en la que una película fotorresistente coloca el patrón del circuito en el sustrato revestido de cobre.
El proceso de grabado elimina el cobre que no se necesita, dejando solo el patrón del circuito. La perforación y el enrutamiento hacen orificios y ranuras para montar y enrutar componentes. El enchapado y el acabado superficial mejoran las propiedades eléctricas y mecánicas de la PCB.
La máscara de soldadura y la leyenda impresa protegen las huellas de cobre, que también muestran dónde va el componente. Las pruebas eléctricas aseguran que el rendimiento eléctrico de la PCB cumpla con los estándares.
Herramientas de diseño de PCB
Las herramientas de diseño de PCB son programas informáticos que ayudan a los diseñadores a crear y cambiar diseños para placas de circuito impreso. Altium Designer, Eagle PCB, KiCAD y OrCAD son herramientas de diseño de PCB muy conocidas.
Algunas de las cosas que pueden hacer estas herramientas son capturar esquemas, editar diseños, administrar bibliotecas, verificar reglas de diseño y mostrar diseños en 3D. Los diseñadores deben elegir la herramienta adecuada en función de sus necesidades de diseño, funciones, opciones de licencia y precio.
¿Problemas comunes de diseño y cómo solucionarlos?
Los diseños de PCB a menudo tienen problemas como señal cruzada, rebote de tierra, problemas de distribución de energía, problemas de EMI/EMC, problemas de gestión térmica, defectos de fabricación y técnicas de solución de problemas y depuración. Los diseñadores deben encontrar y resolver estos problemas para hacer un diseño de PCB exitoso.
Un rebote a tierra ocurre cuando una señal de conmutación rápida hace que el voltaje del plano de tierra caiga. El diseñador puede detener el rebote del suelo usando múltiples vías de tierra, agregando un capacitor de desacoplamiento y haciendo que el área del bucle sea lo más pequeña posible.
Problemas de distribución de energía: las caídas de voltaje, el ruido y la inductancia pueden causar problemas. El diseñador puede solucionar los problemas con la distribución de energía usando más de un plano de energía, agregando capacitores de derivación y haciendo que el área del lazo sea más pequeña.
Problemas de EMI/EMC: El blindaje inadecuado, los bucles de tierra y los efectos de la antena pueden causar problemas de compatibilidad e interferencia electromagnética. Los problemas de EMI/EMC se pueden solucionar agregando blindaje, un área de bucle más pequeña y utilizando las técnicas de conexión a tierra adecuadas.
Pueden ocurrir problemas con la gestión térmica si no hay suficiente disipación de calor, suficiente ventilación o demasiados componentes. El diseñador puede resolver problemas con la gestión térmica agregando vías térmicas, disipadores de calor, ventiladores y ventilaciones.
Fiabilidad
Al diseñar una placa de circuito impreso de cuatro capas, debe pensar en algo más que el rendimiento. También debe pensar en la confiabilidad y lo fácil que es hacerlo.
Las piezas de alta calidad con un historial comprobado pueden ayudar a reducir la posibilidad de que una pieza falle y hacer que la PCB sea más confiable en general.
La capacidad de fabricación es otra cosa importante a tener en cuenta, ya que una placa de circuito impreso mal diseñada puede ser difícil o costosa. Los diseñadores de PCB deben asegurarse de que el diseño de la placa esté optimizado para el proceso de fabricación. Esto significa que la placa debe tener las holguras, los anchos de trazo y otros parámetros de diseño correctos para que sea más fácil.
Pruebas y Diagnósticos de Diseño
Las pruebas pueden ayudar a encontrar problemas o fallas en el diseño que podrían haberse pasado por alto durante la fase de diseño. También puede ayudar a asegurarse de que la placa funcione como se espera.
La inspección visual puede ayudar a encontrar cualquier problema obvio con la placa, y las pruebas eléctricas pueden ayudar a garantizar que todas las conexiones y piezas funcionen correctamente. Las pruebas funcionales implican poner la placa a prueba en el mundo real para garantizar que funcione como se espera.
Conclusión
En conclusión, hacer una PCB de 4 capas requiere una cuidadosa reflexión sobre muchas cosas, como el diseño del diseño, la elección de los componentes, el costo, las consideraciones de diseño, el proceso de fabricación, las pruebas y más. Al seguir las mejores prácticas y considerar todas estas cosas, los diseñadores pueden crear PCB de alto rendimiento, confiables y rentables para sus aplicaciones.
