Las placas de circuitos impresos (PCB) multicapa son circuitos electrónicos intrincados compuestos por numerosas capas de vías conductoras y sustratos aislantes. Encuentran aplicación en diversos dispositivos electrónicos que van desde bienes de consumo hasta sistemas aeroespaciales.
Este desarrollo ha sido impulsado por los numerosos beneficios que ofrecen las placas de circuito impreso multicapa. El presente artículo ofrece una exposición exhaustiva sobre el diseño de placas de circuito impreso multicapa (PCB), que abarca aspectos fundamentales del proceso de fabricación, así como sofisticadas técnicas de diseño.
Las placas de circuito impreso multicapa son circuitos electrónicos intrincados compuestos por numerosas capas de vías conductoras y sustratos aislantes. Encuentran aplicación en diversos dispositivos electrónicos que van desde bienes de consumo hasta sistemas aeroespaciales. El siguiente segmento ofrece un manual integral para el proceso de fabricación de PCB multicapa.
El concepto de apilamiento de capas
La etapa inicial del proceso de producción de placas de circuito impreso (PCB) multicapa implica el establecimiento de una pila de capas, que describe la cantidad y la configuración de las capas presentes en la PCB.
La disposición de estratificación juega un papel fundamental para determinar el rendimiento final de la placa de circuito impreso.
Pertenece al proceso de selección de materiales.
La selección de materiales para capas individuales es un aspecto crucial que afecta significativamente la eficiencia operativa de la placa de circuito impreso final. Los laminados revestidos de cobre, los preimpregnados y las máscaras de soldadura son los materiales predominantes que se utilizan en la producción de placas de circuito impreso multicapa.
Los laminados revestidos de cobre se utilizan como capas conductoras junto con el preimpregnado, que sirve como material aislante para separar las capas entre sí. La aplicación de una máscara de soldadura en una placa de circuito impreso sirve para protegerla contra elementos externos, incluidos, entre otros, la humedad y el polvo.
proceso de perforacion
Posterior a la colocación de la capa y la identificación de los materiales, la siguiente etapa en el proceso de fabricación consiste en perforar las aberturas necesarias en la placa de circuito impreso. Las aberturas facilitan la interconexión entre las diversas capas de la placa de circuito impreso y permiten la entrada a los módulos constituyentes. Las máquinas de perforación controladas por computadora se utilizan comúnmente para perforar agujeros.
Visualización
Después de perforar las aberturas, la medida subsiguiente consiste en visualizar los estratos conductores de la placa de circuito impreso. El proceso implica la aplicación de un patrón conductor sobre un laminado revestido de cobre a través de la impresión. Por lo general, las técnicas de fotoprotección y fotolitografía se emplean en la producción de trazas conductoras.
proceso de recubrimiento
Posterior a la formación de vías conductoras sobre el laminado revestido de cobre, la etapa subsiguiente implica la aplicación de un revestimiento de cobre sobre las vías antes mencionadas. El proceso consiste en sumergir la placa de circuito impreso (PCB) en una solución de recubrimiento, lo que da como resultado la deposición de un revestimiento de cobre delgado en las vías conductoras.
Proceso de laminación
Posterior a la aplicación de las capas conductoras, la etapa posterior consiste en la laminación de dichas capas mediante la utilización de preimpregnados. El apilamiento de capas es seguido por la inserción de un preimpregnado entre cada capa. Posteriormente, la pila se coloca en una prensa de laminación, en la que las capas se fusionan mediante la aplicación de calor y presión.
El proceso de grabado
Posterior a la laminación de las capas, la etapa posterior consiste en la eliminación del cobre superfluo con el objetivo de producir las últimas trazas conductoras. El proceso consiste en la aplicación de un ácido sobre la placa de circuito impreso, lo que facilita la disolución del exceso de cobre.
El tratamiento de las superficies
La última etapa del proceso de fabricación implica el tratamiento de la superficie, mediante el cual se administra una capa de protección sobre la placa de circuito impreso. El revestimiento puede adoptar la forma de una máscara de soldadura o un acabado superficial, como oro o plata. La aplicación del acabado superficial se ejecuta a través del proceso de serigrafía, que abarca la utilización del revestimiento de esténcil.
Configuración de placa de circuito impreso multicapa
El concepto de apilamiento de capas
El proceso de estratificación juega un papel fundamental al influir en la eficacia de la última placa de circuito impreso multicapa. La pila de capas es un aspecto crucial de una placa de circuito impreso (PCB), ya que especifica la cantidad y la configuración de las capas, las dimensiones de cada capa y la composición de los materiales empleados para cada capa.
El proceso de apilamiento de capas requiere una cuidadosa consideración de las especificaciones de la PCB, incluidas, entre otras, la integridad de la señal, la distribución de energía y la gestión térmica.
En la segunda sección, el tema de discusión se centra en los planos de potencia y tierra. Las placas de circuito impreso multicapa requieren la presencia de planos de alimentación y tierra.
Las capas de potencia tienen el propósito de proporcionar una fuente de voltaje constante para los componentes presentes en la placa de circuito impreso, mientras que las capas de tierra son responsables de proporcionar una ruta de retorno de corriente de baja impedancia en toda la PCB.
La disposición estratégica y la configuración de los planos de potencia y tierra requieren una deliberación meticulosa para mitigar el impacto del ruido y la interferencia en la placa de circuito impreso.
Integridad de la señal
La consideración de la integridad de la señal tiene una importancia significativa en el diseño de placas de circuito impreso multicapa.
Gestión de la energía térmica
La gestión térmica de las placas de circuito impreso multicapa es un aspecto crítico que puede afectar la eficiencia operativa y la confiabilidad de la placa de circuito.
La gestión térmica de una placa de circuito impreso multicapa requiere la incorporación de técnicas para regular el calor generado por los componentes de la placa. Estas técnicas pueden incluir la utilización de disipadores de calor, almohadillas térmicas y otras medidas similares.
Colocación de componentes
La disposición estratégica de los componentes en una placa de circuito impreso (PCB) multicapa requiere una deliberación meticulosa para mejorar la eficiencia y la confiabilidad de la PCB. La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso tiene el potencial de afectar varios aspectos de su rendimiento, incluida la integridad de la señal, la gestión térmica y la distribución de energía.
En el diseño de una placa de circuito impreso (PCB) multicapa, es recomendable tomar medidas destinadas a minimizar la distancia entre los componentes y acortar la longitud de las rutas de la señal.
La optimización del rendimiento y la fiabilidad de una placa de circuito impreso con múltiples capas requiere un diseño meticuloso de su enrutamiento.
El enrutamiento de las placas de circuito impreso tiene un impacto en varios aspectos, como la integridad de la señal, la distribución de energía y la gestión térmica de la PCB.
El desarrollo de una placa de circuito impreso multicapa requiere la implementación de estrategias destinadas a minimizar la longitud de las pistas de señal, disminuir el número de carriles y optimizar el enrutamiento de señal de alta velocidad.
Cumplimiento de compatibilidad electromagnética (EMC) e interferencia electromagnética (EMI)
Garantizar el cumplimiento de las normas de compatibilidad electromagnética (EMC) e interferencia electromagnética (EMI) es un aspecto crucial del diseño de placas de circuito impreso multicapa.
Los estándares de cumplimiento de Compatibilidad electromagnética (EMC) e Interferencia electromagnética (EMI) existen para garantizar que los dispositivos electrónicos funcionen sin interferencias y con un rendimiento confiable en su entorno designado.
El desarrollo de una placa de circuito impreso multicapa requiere la incorporación de estrategias destinadas a mitigar la emanación de radiación electromagnética y la susceptibilidad a la interferencia externa.
Consideraciones de fabricación
El proceso de fabricación de una placa de circuito impreso multicapa requiere una cuidadosa consideración de las capacidades y limitaciones del fabricante de la placa de circuito impreso.
Estrategias para mejorar la eficiencia de las placas de circuito impreso multicapa.
Métodos de enrutamiento a alta velocidad La implementación de técnicas de enrutamiento de alta velocidad garantiza la transmisión eficiente de señales entre varios componentes de una placa de circuito impreso al tiempo que minimiza la aparición de distorsión e interferencia. Las técnicas antes mencionadas abarcan:
El enrutamiento de pares diferenciales se refiere a la transmisión de señales de alta velocidad entre dos vías que exhiben voltajes de señal iguales y opuestos. La implementación de esta metodología particular da como resultado una disminución en la ocurrencia de diafonía e interferencia electromagnética (EMI) dentro de la señal.
La negociación de longitudes es un proceso que garantiza la uniformidad de las longitudes de las vías que transportan señales de alta velocidad. La implementación de esta técnica da como resultado una disminución en la distorsión de la señal y una mejora en la integridad de la señal.
La técnica de costura de vía implica la disposición de múltiples vías muy próximas entre sí, lo que da como resultado la formación de un plano de tierra contiguo. La implementación de esta técnica da como resultado una disminución del sonido no deseado y mejora la confiabilidad de la señal.
Técnicas de Gestión Térmica
Se emplean metodologías de gestión térmica para garantizar que la temperatura de la placa de circuito impreso se mantenga dentro de los umbrales aceptables. Las técnicas antes mencionadas abarcan:
Los radiadores son dispositivos que se utilizan para calentar una habitación o un edificio. Los disipadores de calor se emplean con fines de gestión térmica, específicamente para facilitar la disipación del calor generado por los diversos componentes presentes en una placa de circuito impreso (PCB).
Por lo general, estos componentes se fabrican con aluminio o cobre y se fijan a la placa de circuito impreso (PCB) mediante la utilización de pasta térmica o cinta térmica.
Las costuras térmicas facilitan la transferencia de calor desde la capa superior de la placa de circuito impreso (PCB) a su capa inferior. Por lo general, se colocan muy cerca de los componentes que generan calor.
La fuga de cobre se refiere a la práctica de poblar regiones no utilizadas de la placa de circuito impreso (PCB) con cobre. Este enfoque facilita la dispersión de la energía térmica en toda la placa de circuito impreso (PCB), lo que resulta en una reducción de su temperatura.
Varios métodos de distribución de energía.
La implementación de técnicas de distribución de energía tiene como objetivo minimizar las pérdidas de energía durante el suministro de energía a varios componentes en una placa de circuito impreso. Las técnicas antes mencionadas abarcan:
Los planos de energía se utilizan para distribuir la energía a través de la placa de circuito impreso (PCB). Normalmente situados en las capas internas de la placa de circuito impreso, estos elementos se pueden vincular a los componentes mediante el uso de cables.
El tema de discusión se refiere al desacoplamiento de capacitores. Los condensadores de desacoplamiento sirven para mitigar el ruido de alta frecuencia que se origina en la fuente de alimentación. Por lo general, se colocan muy cerca de elementos que requieren un suministro de energía constante.
El análisis de la integridad del poder.
El proceso de análisis de integridad de energía implica la creación de un modelo que caracteriza el desempeño de una red de distribución de energía con el objetivo de detectar posibles problemas como huecos de tensión.
Diversas técnicas empleadas en el diseño para la fabricación.
La implementación de metodologías de Diseño para Manufacturabilidad (DFM) garantiza la fabricación eficiente y con pocos defectos de la Placa de Circuito Impreso (PCB). Los métodos antes mencionados abarcan:
La panelización es un proceso que optimiza la eficiencia de fabricación mediante la disposición de varias placas de circuito impreso (PCB) en un panel más grande.
La selección de la anchura y el espaciado mínimos de las trazas debe realizarse de manera que garantice la capacidad de fabricación de la placa de circuito impreso (PCB) utilizando el proceso de fabricación elegido.
Design Rule Check (DRC) es un proceso que implica la utilización de controles automatizados en un diseño para verificar su cumplimiento con los requisitos del proceso de fabricación.
Resum
En conclusión, la implementación de estas técnicas puede mejorar la eficiencia operativa de PCB multicapa, según la perspectiva de los diseñadores. Se ha observado que la implementación de técnicas de enrutamiento de alta velocidad mejora la integridad de la señal, mientras que se ha observado que la utilización de técnicas de gestión térmica es eficaz para regular la temperatura. Disminuir la temperatura del objeto.
