Guías para la estructura y construcción de PCBs de 6 capas

Las placas de circuito impreso (PCBs) son el pilar fundamental de la electrónica moderna, ya que proporcionan la infraestructura necesaria para conectar y soportar diversos componentes electrónicos.

A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más complejos y compactos, la demanda de PCBs multicapa ha aumentado. Entre ellas, la PCB de 6 capas es una opción popular para muchas aplicaciones.

Este artículo profundiza en los detalles de la estructura de una PCB de 6 capas, sus aplicaciones, configuraciones óptimas y ofrece guías para seleccionar al mejor fabricante.

¿Por qué usar PCBs de 6 capas?

Mayor funcionalidad:

La principal ventaja de una PCB de 6 capas es su capacidad para alojar circuitos más complejos. Con capas adicionales, los diseñadores pueden incluir más rutas de conexión, lo que permite una mayor densidad de componentes y un mejor rendimiento. Esto es crucial en los dispositivos modernos que requieren diseños intrincados en espacios limitados.

Mejor integridad de señal:

Los circuitos de alta velocidad son particularmente sensibles a problemas de integridad de señal, como la diafonía y la interferencia electromagnética (EMI). Una PCB de 6 capas proporciona capas adicionales para planos de tierra y alimentación dedicados, lo que ayuda a mantener la integridad de la señal, ofreciendo un plano de referencia estable y reduciendo el ruido.

Distribución de energía mejorada:

Las capas adicionales en una PCB de 6 capas permiten una mejor distribución de energía. Esto es especialmente importante en circuitos con múltiples niveles de voltaje y altas demandas de corriente, ya que ayuda a reducir caídas de voltaje y garantiza una entrega de energía constante a todos los componentes.

Mejor disipación de calor:

El manejo del calor es un aspecto crítico en el diseño de PCBs. Las capas adicionales en una PCB de 6 capas pueden ayudar a mejorar la disipación térmica, proporcionando más superficie y rutas para que el calor se distribuya, lo que optimiza el rendimiento térmico general de la placa.

Aplicaciones de las PCBs de 6 capas

Telecomunicaciones:

Las PCBs de 6 capas se utilizan ampliamente en equipos de telecomunicaciones debido a su capacidad para manejar transferencias de datos a alta velocidad y requisitos de enrutamiento complejos. Algunos ejemplos incluyen enrutadores (routers), conmutadores (switches) y estaciones base.

Dispositivos médicos:

Los dispositivos médicos avanzados, como equipos de diagnóstico y sistemas de monitorización de pacientes, requieren PCBs fiables y compactas. La PCB de 6 capas satisface estas necesidades al ofrecer un diseño de alta densidad con excelente integridad de señal.

Electrónica de consumo:

Dispositivos como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles demandan alto rendimiento y miniaturización. Una PCB de 6 capas puede alojar el circuito complejo necesario para estos dispositivos, manteniendo al mismo tiempo un formato compacto.

Industria automotriz:

Los vehículos modernos están equipados con numerosos sistemas electrónicos para control, seguridad y entretenimiento. Las PCBs de 6 capas se utilizan en la electrónica automotriz por su fiabilidad y su capacidad para soportar funciones complejas.

Equipos industriales:

Los sistemas de automatización y control industrial requieren PCBs robustas y confiables. La capacidad de la PCB de 6 capas para manejar alta potencia y enrutamientos complejos la convierte en una opción ideal para aplicaciones industriales.

Apilamiento estándar y típico de PCB de 6 capas

Configuración de apilamiento (Stackup) estándar:

Un apilamiento típico de una PCB de 6 capas consiste en las siguientes capas:

1. Capa de señal (Signal Layer)

2. Plano de tierra (Ground Plane)

3. Capa de señal (Signal Layer)

4. Capa de señal (Signal Layer)

5. Plano de tierra (Ground Plane)

6. Capa de señal (Signal Layer)

En esta configuración, los planos de tierra actúan como planos de referencia, proporcionando un camino de retorno para las señales y ayudando a reducir el ruido y la diafonía. Las capas de señal se utilizan para el enrutamiento de las diferentes pistas del circuito.

Ventajas:

● Mejor integridad de señal gracias a la proximidad de las capas de señal a los planos de tierra.

● Mejor distribución de potencia, con planos dedicados para la alimentación y la tierra.

Desventajas:

● Mayor complejidad y coste de fabricación en comparación con apilamientos más simples.

● Posible pérdida de inserción más alta en aplicaciones de alta frecuencia.

¿Cuál es la mejor configuración de apilamiento de 6 capas?

Apilamiento (Stackup) optimizado para la integridad de la señal:

Para los diseños que requieren una integridad de señal óptima, se puede utilizar una configuración alternativa:

1. Capa de señal (Signal Layer)

2. Plano de tierra (Ground Plane)

3. Capa de señal (Signal Layer)

4. Plano de alimentación (Power Plane)

5. Plano de tierra (Ground Plane)

6. Capa de señal (Signal Layer)

Esta configuración minimiza la diafonía y las interferencias electromagnéticas (EMI) al intercalar las capas de señal entre los planos de tierra y alimentación, proporcionando mejor apantallamiento y aislamiento.

Distribución de las capas de alimentación y tierra:

Contar con planos dedicados de alimentación y tierra es fundamental para mantener una entrega de potencia estable y reducir el ruido.

La configuración con planos separados de tierra y alimentación garantiza que la energía se distribuya uniformemente en toda la placa y que las señales tengan un plano de referencia claro.

Consideraciones de diseño:

● Control de impedancia:

Mantener una impedancia consistente es crítico para señales de alta velocidad. Esto requiere un cuidadoso diseño de anchura y separación de pistas, así como la consideración de la constante dieléctrica de los materiales utilizados.

● Simetría de las capas:

Para evitar deformaciones durante el proceso de fabricación, es importante mantener la simetría en el apilamiento de capas. Esto implica equilibrar la distribución del cobre y garantizar que las capas estén uniformemente distribuidas.

Construcción (Buildup) de PCB de 6 capas

Selección de materiales:

La elección de los materiales es esencial para el rendimiento de una PCB de 6 capas. Entre los materiales más comunes se incluyen:

●FR4:

FR4: Material ampliamente utilizado que ofrece buenas propiedades térmicas y eléctricas.

●Rogers:

Material de alta frecuencia con un rendimiento excelente en aplicaciones de RF.

Las propiedades del material, como la constante dieléctrica y la tangente de pérdidas, desempeñan un papel fundamental en la integridad de la señal y en el rendimiento general de la PCB.

Proceso de fabricación:

● Laminación:

El proceso comienza con la laminación de los materiales base y las capas de prepreg bajo calor y presión, formando una placa sólida y unificada.

● Perforación:

Se perforan orificios para crear las vías (vias) que conectan las diferentes capas de la PCB.

● Metalización (Plating):

Los orificios perforados se recubren con cobre, estableciendo las conexiones eléctricas entre las capas.

●Grabado (Etching):

Se elimina el cobre no deseado, dejando únicamente los patrones de circuito requeridos.

Control de calidad:

Garantizar la calidad de una PCB de 6 capas requiere pruebas e inspecciones rigurosas, que incluyen:

● Pruebas eléctricas:

Verificación de la continuidad y aislamiento de los circuitos.

● Inspección por rayos X:

Comprobación de defectos en las vías y en las capas internas.

●Ciclos térmicos:

Evaluación del rendimiento de la placa bajo diferentes condiciones de temperatura.

Cómo elegir el mejor fabricante de PCB de 6 capas

Calidad y fiabilidad:

Seleccione un fabricante con una trayectoria comprobada en la producción de PCBs de alta calidad. Busque certificaciones como ISO y UL, que aseguren procesos de fabricación estandarizados y consistentes.

Capacidades tecnológicas:

Asegúrese de que el fabricante cuente con la tecnología y el equipo necesarios para manejar diseños avanzados y y trabajar con materiales modernos.

Rentabilidad:

Aunque el coste es un factor relevante, no debe comprometer la calidad de la PCB. Busque un equilibrio adecuado entre coste y calidad.

Tiempo de entrega y soporte:

Elija un fabricante que ofrezca plazos de producción cortos y un excelente servicio de atención al cliente, capaz de resolver cualquier problemas o dudas técnicas de forma rápida y efectiva.

Recomendación:

Uno de los mejores fabricantes de PCBs de 6 capas es JLCPCB. JLCPCB ofrece una amplia gama de servicios que la convierten en una opción confiable:

● Fabricación de alta calidad:

Fundada en 2006, JLCPCB se ha consolidado como líder mundial en la producción de PCBs, gestionando más de 14.500.000 pedidos al año. Gracias a sus instalaciones de vanguardia y estrictos estándares de calidad, JLCPCB garantiza un rendimiento constante, incluso para diseños multicapa complejos.

● Precios competitivos:

Las PCBs de 6 capas comienzan desde solo 2$ por 5 unidades (oferta válida una vez por cliente). Incluso para tamaños mayores, como 100 × 100 mm, el precio de 5 piezas es de solo 35$, lo que representa un ahorro de hasta un 30 % respecto a muchos competidores del mercado.

● Producción (turnaround) rápida: :

Los prototipos de 1 a 4 capas pueden fabricarse en 24 horas, mientras que las placas de 6 capas están listas en 48 horas. Con envíos internacionales que tardan entre 2 a 7 días, JLCPCB facilita pasar del diseño a la entrega rápidamente.

● Excelente soporte al cliente:

Con más de 6,2 millones de usuarios en más de 180 países, JLCPCB ofrece asistencia en línea 24/7, garantizando que ingenieros y creadores de todo el mundo reciban ayuda cuando la necesiten.

Conclusión

In summary, 6-layer PCBs offer numerous benefits, including increased functionality, improved signal integrity, enhanced power distribution, and better heat dissipation. Understanding the standard and optimized stackup configurations is crucial for achieving the best performance. Additionally, selecting the right materials and following a meticulous manufacturing process are essential for building reliable 6-layer PCBs. Finally, choosing a reputable manufacturer like JLCPCB can make a significant difference in the quality and success of your PCB projects.

En resumen, las PCBs de 6 capas ofrecen múltiples ventajas, entre ellas mayor funcionalidad, mejor integridad de señal, distribución de energía optimizada y mejor disipación térmica.

Comprender tanto las configuraciones estándar como las optimizadas de apilamiento es fundamental para alcanzar el mejor rendimiento posible. Además, la selección adecuada de materiales y el seguimiento de un proceso de fabricación meticuloso son pasos clave para garantizar PCBs de 6 capas fiables y de alta calidad.

Por último, elegir un fabricante de confianza como JLCPCB puede marcar una diferencia significativa en la calidad, el rendimiento y el éxito de sus proyectos electrónicos.