Una placa de circuito impreso (PCB) es una de las partes esenciales de un dispositivo electrónico. Se utiliza para mantener las piezas electrónicas en su lugar y conectarlas eléctricamente. Una PCB con más de una capa comprende múltiples niveles de cobre y sustrato, que es un material que evita que las capas se toquen entre sí.
Dependiendo de la complejidad del diseño del circuito, puede haber de dos a decenas de capas. Una PCB de seis capas se usa en muchos diseños porque logra una buena combinación entre costo, rendimiento y complejidad. En este blog, hablaremos sobre cómo construir una PCB de seis capas y cómo armarla.
¿Qué tiene de bueno una PCB de seis capas?
En muchos sentidos, un PCB de seis capas es mejor que una PCB de dos o cuatro capas. Aquí hay algunas cosas buenas al respecto:
• Más libertad en el diseño: una placa de circuito impreso con seis capas le brinda más opciones de enrutamiento y más lugares para los componentes.
• Mejores planos de alimentación y tierra: con más capas, puede tener planos de alimentación y tierra separados, lo que ayuda a reducir el ruido y mejorar la integridad de la señal.
• Menos EMI/RFI: una PCB con seis capas puede bloquear mejor la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI).
• Mejor gestión térmica: una placa de circuito impreso de seis capas puede ayudar a eliminar el calor más rápidamente, lo que hace que sea menos probable que se sobrecaliente.
• Densidad más alta: una PCB de seis capas puede manejar diseños con una densidad más alta, lo que la hace perfecta para circuitos con muchas partes.
Cómo se ensambla una PCB de seis capas:
Se unen seis capas de cobre y sustrato para formar una placa de circuito impreso de seis capas. Así es como se suele armar una PCB de seis capas:
• Capa superior: aquí es donde irán la mayoría de las piezas.
• Capa de señal: esta capa envía señales a donde deben ir.
• Plano de energía: Esta capa envía energía de un lugar a otro. • Plano de suelo 1: Esta capa es para la extensión del suelo.
• Capa de señal: esta capa envía señales a donde deben ir.
• Capa inferior: El resto de las piezas estarán en esta capa.
Reflexiones sobre cómo diseñar una PCB de seis capas
Al hacer una PCB de seis capas, hay algunas cosas en las que pensar, como:
• Ubicación de los componentes: en una placa de circuito impreso de seis capas, la ubicación de los componentes es crítica porque afecta cómo se enruta la placa y qué tan bien funciona. Coloque las piezas de modo que las trazas sean lo más cortas posible y sea menos probable que se produzcan ruidos y diafonías.
• Ancho de las trazas: La resistencia y capacitancia del circuito dependiendo del ancho de las trazas. Use trazos más anchos para circuitos con mucha corriente y trazos más pequeños para circuitos con poca corriente.
• Colocación de vías: Las vías se utilizan para unir las capas de una PCB. Coloque las vías de modo que tengan el menor efecto posible sobre la pureza de la señal y el riesgo de diafonía.
• Gestión térmica: una placa de circuito impreso de seis capas puede eliminar mejor el calor, pero aún debe considerar el manejo del calor en la placa. Ponga las partes que producen calor separadas y use vías térmicas para eliminar el calor.
• Integridad de la señal: en una placa de circuito impreso de seis capas, la integridad de la señal es esencial porque el ruido y la interferencia pueden interferir con los datos. Utilice los métodos correctos de puesta a tierra y blindaje para disminuir los efectos del ruido y la radiación.
• EMI/RFI: una placa de circuito impreso de seis capas puede bloquear mejor la EMI/RFI, pero aún debe pensar en cómo afecta el ruido del exterior al circuito. Utilice blindaje y cableado adecuado para disminuir el efecto del ruido del exterior.
Planos de tierra y potencia
Con una PCB de seis capas, puede tener planos de alimentación y tierra separados, lo cual es un beneficio. Los planos de energía envían energía a los componentes y los planos de tierra dan señales como una manera fácil de regresar al lugar de donde vinieron.
Aquí hay algunas cosas a tener en cuenta al hacer aviones de potencia y planos de tierra:
• Los planos de alimentación y tierra deben estar uno al lado del otro para reducir el tamaño del bucle y reducir el ruido.
• Los planos de alimentación y tierra deben tener el mismo grosor para mantener la impedancia equilibrada y reducir la posibilidad de ruido.
• Múltiples vías deben conectar los planos de alimentación y tierra para reducir la inductancia y dar a las señales una forma de baja resistencia para regresar a su lugar de origen.
• Para obtener menos resistencia y menos caída de voltaje, las pistas de alimentación y tierra deben ser más anchas que las líneas de señal.
Inquietudes sobre las rutas
El enrutamiento es una parte integral de Diseño de PCB, y una placa de circuito impreso de seis capas lo hace aún más crítico debido a lo complicado que es. Aquí hay algunas cosas en las que pensar al hacer una PCB de seis capas:
• Ponga mensajes de alta velocidad en las capas internas para reducir la posibilidad de ruido e interferencia.
• Utilice vías para conectar las capas, pero mantenga el número de vías lo más bajo posible para reducir la resistencia y mejorar la integridad de la señal.
• Use lágrimas para disminuir la posibilidad de puentes de soldadura y hacer que la placa sea más confiable.
• Para señales de alta velocidad, utilice pares diferenciales para disminuir el efecto del ruido y mejorar la integridad de la señal. • No dirija los trazos cerca del borde de la placa para reducir la posibilidad de ruido e interferencia de fuentes externas.
Formas apiladas
Aunque ya se ha descrito el apilamiento general de una placa de circuito impreso de seis capas, existen otras formas en las que se puede ensamblar para satisfacer diferentes necesidades de diseño. Aquí hay algunas formas diferentes de colocar una PCB de seis capas:
• Planos de potencia separados: en lugar de tener un solo plano de potencia, divídalo en dos o más planos para reducir el ruido y hacer que sea más fácil llevar la potencia a donde debe ir.
• Planos de tierra separados: al igual que los planos de potencia divididos, los planos de tierra divididos pueden ayudar a reducir el ruido y mejorar la forma en que los mensajes regresan a su origen.
• Planos con potencia y señal mixta: En algunos diseños, puede ser necesario mezclar los planos de señal y potencia para satisfacer necesidades específicas. En estas situaciones, el ruido y la interferencia se pueden reducir utilizando los métodos adecuados de protección y puesta a tierra.
Control de impedancia
En los sistemas de alta velocidad, el control de la impedancia es significativo y una PCB de seis capas puede controlar mejor la impedancia que una PCB de dos o cuatro capas. Aquí hay algunos métodos para el control de impedancia en una PCB de seis capas:
• Utilice un sustrato con una constante dieléctrica controlada (Dk) para mantener la misma resistencia en todos los ámbitos.
• Controlar la impedancia de las trazas mediante cableado stripline o microstrip.
• Utilice un plano de tierra como plano de referencia para reducir la resistencia y mejorar la integridad de la señal.
• Optimice la impedancia de las trazas utilizando calculadoras de impedancia y herramientas de modelado.
Gestión térmica:
Como dijimos, una placa de circuito impreso de seis capas puede ayudar a que el calor escape más rápidamente, pero aún debe considerar cómo manejará el calor la placa. Aquí hay algunas formas de evitar que una placa de circuito impreso de seis capas se sobrecaliente:
• Separe las partes que generan calor entre sí para evitar que se calienten demasiado.
• Use vías térmicas para mover el calor desde el exterior del tablero hacia las capas internas.
• Utilice un disipador de calor o un ventilador para eliminar el calor de la placa.
• Utilice herramientas de modelado térmico para asegurarse de que el rendimiento térmico de la placa sea óptimo.
DFM significa "diseño para la fabricación
El diseño para la capacidad de fabricación (DFM) es una parte integral del diseño de PCB porque afecta la cantidad de placas que se pueden fabricar y cuánto cuestan. Para una PCB de seis capas, aquí hay algunas cosas de DFM en las que pensar:
• Use tamaños de PCB estándar y tamaños de taladro para reducir el costo de la placa y el tiempo de espera.
• Utilice el mismo ancho de trazo y espacio entre trazos para que el proceso de producción sea más accesible. • Apile las capas de manera similar para que el tablero sea más sencillo y económico.
• Utilice almohadillas y vías del tamaño adecuado para garantizar que la soldadura funcione correctamente y reducir el riesgo de puentes de soldadura.
Conclusión
Una PCB de seis capas es un diseño complicado que puede ser mejor en varios aspectos que una PCB de dos o cuatro capas. Las capas adicionales ayudan a reducir el ruido y la distorsión, mejoran la calidad de la señal y eliminan rápidamente el calor. Pero al hacer una placa de circuito impreso de seis capas, se debe pensar cuidadosamente en la acumulación de capas, los planos de alimentación y tierra, el enrutamiento, el control de impedancia, la gestión de la temperatura y el DFM.
Siguiendo los consejos de este artículo, puede diseñar una PCB de seis capas que satisfaga sus necesidades y sea confiable y rentable. Trabajar con un diseñador o fabricante de PCB con experiencia también puede ayudarlo a mejorar su diseño y evitar errores comunes.
En conclusión, una PCB de seis capas es una buena opción para diseños complicados de alta velocidad que necesitan funcionar bien y de manera confiable. Puede asegurarse de que su diseño de PCB funcione de manera eficiente si comprende los factores de diseño y sigue las mejores prácticas.
