Espesor de cobre en PCB: guía de estándares y conversiones

En cuanto al espesor del cobre, los fabricantes ofrecen pocas opciones. Cuando necesitas que una pista lleve más corriente sin hacerla más ancha, lo que se hace es aumentar el peso, es decir, el espesor del cobre. Solo hay unas pocas opciones, y la mayoría de los fabricantes trabajan con un espesor estándar. Elegir el cobre tiene que ver con la distribución de la alimentación, la propagación de las señales y la gestión térmica. El ancho y la longitud de las pistas siempre preocupan a los diseñadores: si las pistas son demasiado finas, se queman con corrientes altas; si el cobre es demasiado grueso, el grabado se convierte en una pesadilla cara. El equilibrio ideal está en algún punto intermedio. En este artículo verás los estándares, los métodos de medida y las conversiones de unidades relacionados con el espesor del cobre.

¿Qué es el espesor del cobre en una PCB?

Dicho de forma sencilla, el espesor del cobre de una PCB es la altura de la capa de cobre depositada sobre el laminado. Se puede expresar en tres unidades distintas:

1. Micras (µm)
2. Mils (1 mil = 0,001 pulgadas)
3. Onzas por pie cuadrado (oz/ft²)

Las onzas se convirtieron en el estándar del sector porque, históricamente, los fabricantes de PCB medían el cobre por su peso repartido en un pie cuadrado.

1 oz/ft² ≈ 35 μm ≈ 1,37 mils.

Es decir, una capa de cobre de 1 oz en una PCB tiene un espesor de unos 35 µm.

Cómo medir el espesor del cobre de una PCB

El espesor del cobre se mide en dos momentos distintos:

1. Antes de la fabricación, le indicas al fabricante el espesor que quieres (por ejemplo, 1 oz). El fabricante parte de laminados que ya traen una capa de cobre base.

2. Después de la fabricación, se mide el espesor real de la PCB, que es mayor porque durante el metalizado de las vías se deposita más cobre. La medida se hace mediante un análisis de microsección (se corta una muestra de la PCB y se mide al microscopio). También se puede usar la perfilometría de superficie para obtener resultados más precisos. El espesor final del cobre siempre es algo mayor que el del cobre base por culpa de ese metalizado.

Valores estándar de espesor de cobre en PCB

Los espesores de cobre en PCB suelen estar estandarizados para simplificar la fabricación. Estos son algunos de los valores más habituales:

• 0,5 oz (17 µm): se usa a menudo en las capas interiores de paso fino de las PCB multicapa.
• 1 oz (35 µm): el estándar del sector para la mayoría de las PCB.
• 2 oz (70 µm): electrónica de potencia, automoción y placas industriales.
• 3 oz (105 µm) o más: PCB de cobre de alto espesor para diseños de alta corriente.

La siguiente tabla sigue la norma IPC-6012, que define los criterios de aceptación y las tolerancias del espesor final del cobre.

Cómo influye el número de capas en el espesor del cobre

La diferencia de espesor de cobre entre las capas exteriores y las interiores se ve al pasar de una PCB de 2 capas a una multicapa. Normalmente se usa cobre de 1 oz en las capas superior e inferior y, si se trata de una placa de potencia compacta, se puede usar de 2 oz. Las capas interiores suelen llevar cobre de 0,5 oz para ahorrar espacio y facilitar la fabricación.

Cuantas más capas, más cobre lleva la placa, y un cobre más grueso necesita más dieléctrico entre capas para rellenar el espacio entre pistas y garantizar el aislamiento. Al cambiar el espesor del dieléctrico cambia también la impedancia, y el coste total aumenta. A cambio, en general se consigue una mejor disipación del calor y conductividad térmica.

Por qué importa el espesor del cobre (implicaciones prácticas)

1. Capacidad de corriente: cuanto más grueso es el cobre, más corriente puede soportar sin que el sistema se sobrecaliente. Puedes elegir el espesor siguiendo la norma IPC-2152.

2. Gestión térmica: el cobre adicional ayuda a disipar el calor de los componentes de potencia y hace que la PCB sea más rígida, algo útil en aplicaciones de automoción.

3. Integridad de señal e impedancia: el ancho, la separación y el espesor de las pistas de cobre, junto con el dieléctrico, determinan la impedancia de la pista. Para conseguir una mejor integridad de señal, tienes que tener en cuenta el peso del cobre al diseñar.

4. Resistencia mecánica: cuanto más cobre, más resistente y robusta es la placa.

5. Coste y fabricabilidad: el cobre más grueso cuesta más porque necesita más tiempo de grabado y de metalizado. Además, cuanto más grueso es el cobre, más difícil resulta rutear pistas de paso fino.

Qué es el equilibrado de cobre

Si el cobre está repartido de forma desigual en la placa, puede dar problemas durante la fabricación, sobre todo en el metalizado y el grabado. Las zonas con mucho cobre se comportan de forma distinta a las zonas con poco, y eso puede provocar alabeos o torsiones. Aquí entra en juego el equilibrado de cobre, que consiste en ajustar la distribución del cobre en toda la PCB para que las dos caras y las distintas zonas tengan una cobertura más uniforme. Los diseñadores suelen añadir «cobre ficticio» o rellenos con patrones, sin conexión eléctrica, en las zonas con poca densidad de cobre. El objetivo no es cambiar el comportamiento del circuito, sino que la placa pase sin problemas por todas las etapas de fabricación.

Qué son los planos de cobre

Un plano de cobre es, básicamente, una zona grande y continua de cobre que rellena los espacios libres de una capa de la PCB. En lugar de dejar el sustrato al descubierto en las zonas sin pistas, los diseñadores las rellenan de cobre. Ese relleno se conecta a una red concreta, normalmente a masa, y cumple varias funciones. Eléctricamente, reduce la impedancia de los caminos de retorno y mejora la integridad de señal, porque crea un plano de referencia amplio. También ayuda en la gestión térmica: una superficie de cobre mayor aleja el calor de los componentes y lo disipa mejor. Y desde el punto de vista de la fabricación, los planos de cobre reducen la cantidad de cobre que hay que eliminar durante el grabado.

Conclusión

Como has visto, el espesor del cobre puede parecer un detalle sin importancia al pedir una PCB. Pero, en realidad, determina cuánta corriente puede soportar tu placa, cómo disipa el calor y lo fiable que será cuando esté en uso. Si estás estudiando, es fundamental que entiendas las conversiones de unidades y las normas IPC. Así que la próxima vez que configures un pedido de PCB, no te quedes con «1 oz» por defecto sin pensarlo. Pregúntate: ¿mi diseño necesita más cobre por la corriente o por el calor? ¿Afectará un cobre más grueso a la impedancia o a la fabricación? Recuerda que puedes calcular el espesor necesario a partir de la corriente y del ancho de la pista, y comprobar después cómo afecta a la integridad de señal.

Si quieres ver en la práctica cómo afecta el espesor del cobre a tu PCB, puedes probarlo fácilmente en el sistema de pedidos online de JLCPCB. Su presupuesto en tiempo real te permite cambiar el peso del cobre y ver al instante la diferencia de precio, una forma excelente de aprender con la práctica, tanto si eres estudiante como ingeniero.