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¿Qué es una placa de circuito impreso multicapa?

Una placa de circuito impreso multicapa es una placa de circuito impreso utilizada en productos eléctricos que tiene más de una capa de cableado. Una placa multicapa utiliza monocapa o placas de doble capa apiladas. Por ejemplo, una placa que utiliza una placa de doble cara como capa interna y dos placas de una cara como capas externas, o dos placas de doble cara como capas internas y dos placas de una cara como capas externas, se convierte en una placa de circuito impreso de cuatro o seis capas. Estas placas se fabrican apilándolas y uniéndolas con material de unión aislante y utilizando sistemas de alineación. Los patrones conductores se conectan según las necesidades del diseño. Estas placas también se denominan placas de circuito impreso multicapa.

Diseño de placas de circuito impreso multicapa: cómo decidir el número de capas

El rendimiento y el coste de una placa de circuito impreso dependen mucho de cuántas capas tenga. Por eso es importante elegir correctamente el número de capas. Este artículo se centra en los principales puntos que hay que tener en cuenta al diseñar placas de circuito impreso de 1 a 20 capas.

Factores importantes a tener en cuenta al elegir entre 1 y 20 capas

Empecemos por las cosas en las que hay que pensar. Quizá sepa aproximadamente cuántas capas necesita su placa de circuito impreso. Pero debería comprobar por qué una PCB multicapa puede ser mejor que una PCB monocapa. Mira los puntos siguientes para aclarar tus dudas:

• Uso o aplicación: ¿Dónde se utilizará la placa de circuito impreso? Como ya se ha dicho, las placas de circuito impreso se utilizan en muchos tipos de dispositivos electrónicos simples y complejos. Así que debe saber si su aplicación necesita una función mínima o una función compleja. Un dispositivo sencillo puede funcionar bien con una sola capa. Un dispositivo complejo suele necesitar más capas.

• Tipo de señales necesarias: ¿Las tarjetas deben transportar señales de microondas o de alta frecuencia? La elección de la capa también depende de los tipos de señales que deben transportar. Las señales pueden ser de alta frecuencia, baja frecuencia, tierra o alimentación. Si su aplicación necesita muchas rutas de señales diferentes o señales mezcladas, necesitará una placa de circuito impreso multicapa. Estos circuitos también pueden necesitar capas separadas de tierra y apantallamiento.

• Mediante tipos: El tipo de vías que elija es otro factor clave. Si elige vías enterradas o ciegas, puede necesitar más capas internas. Por tanto, la elección de la vía puede cambiar el número de capas necesarias.

• Densidad y número de capas de señales necesarias: La decisión sobre las capas también depende de dos factores importantes: las capas de señal y la densidad de patillas. El número de capas de la placa de circuito impreso tiende a crecer a medida que aumenta la densidad de patillas. Por ejemplo, si la densidad de patillas es de 1,0, puede que necesite 2 capas de señal. Pero si la densidad de patillas es inferior a 0,2, puede necesitar 10 capas o más.

• Número de aviones necesarios: Los planos de potencia y tierra ayudan a reducir la EMI y a apantallar las capas de señal. Por tanto, el número de planos que necesites afectará a la elección de capas. Más planos significa más capas.

• Coste de fabricación: Aunque no es la única necesidad, el coste es un factor clave a la hora de elegir capas para un diseño de PCB de 1-20 capas. El coste de fabricación de la placa de circuito impreso aumenta con el número de capas. Las placas de circuito impreso multicapa son más caras que las de una sola capa. El coste dependerá mucho de los requisitos enumerados anteriormente.

• Plazo de entrega: El plazo de entrega de un pedido de placas de circuito impreso de 1 a 20 capas depende de todos los factores anteriores. Por ejemplo, si su diseño sólo necesita una capa, el plazo de entrega puede ser corto. Si encarga placas para dispositivos electrónicos industriales complejos, el plazo de entrega será mayor.

Si no puede decidirse basándose en los puntos anteriores, puede hablar de sus necesidades con el fabricante de placas de circuito impreso Philifast.

Ventajas e inconvenientes de las placas de circuito impreso multicapa

En comparación con las placas de circuito impreso de una sola cara, las placas multicapa muestran claras diferencias en su superficie y en su vida útil. Estas diferencias son clave para la durabilidad y el funcionamiento de la placa. Las principales ventajas de los PCB multicapa son la resistencia a la oxidación, una estructura variada, una alta densidad y el uso de técnicas de revestimiento superficial que garantizan la calidad y seguridad de la placa. A continuación se detallan importantes características de alta fiabilidad, así como los pros y los contras de los PCB multicapa:

1. El espesor del cobre de la pared del orificio es normalmente de 25 micras

• Ventaja: Mayor fiabilidad, incluida una mejor resistencia a la dilatación del eje Z. El cobre más grueso en la pared del orificio ayuda a la resistencia y la vida útil.

• Riesgo: Existen algunos riesgos. En el uso real, problemas como el reventón o la desgasificación, o problemas en el proceso de montaje, pueden afectar a las conexiones eléctricas. Estos problemas pueden provocar la separación de la capa interna o el agrietamiento de la pared del orificio. Bajo carga, estos fallos pueden provocar averías. IPC Clase 2 (que es la norma para muchas fábricas) puede exigir que el cobreado de las placas multicapa sea inferior a 20% [nota: esta frase mantiene la referencia numérica original].

  (Tenga en cuenta que los detalles exactos de la norma IPC dependen del conjunto de normas y de la práctica de la fábrica. La cuestión aquí es que el chapado de orificios y su control importan para la fiabilidad).

2. Ninguna reparación de soldadura o reparación de circuito abierto.

• Ventaja: Un circuito perfecto aumenta la fiabilidad y la seguridad. No necesita mantenimiento en condiciones normales de uso.

• Riesgo: Si la reparación es deficiente, la placa de circuito impreso multicapa puede abrirse. Incluso cuando se repara correctamente, en condiciones de carga como vibraciones, puede seguir existiendo riesgo de fallo. Esto puede provocar fallos sobre el terreno.

3. Estándares de limpieza más allá de las normas IPC

• Ventaja: Una mayor limpieza en una placa de circuito impreso multicapa mejora la fiabilidad.

• Riesgo: Los residuos en la placa y la acumulación de soldadura pueden dañar la máscara de soldadura. Los residuos iónicos pueden provocar corrosión y contaminación en las superficies de soldadura. Esto puede causar problemas de fiabilidad como malas uniones de soldadura o fallos eléctricos y, al final, aumentar la probabilidad de que se produzcan fallos reales.

4. Control estricto de la vida útil de cada acabado superficial

• Ventaja: Un buen control del acabado superficial favorece la soldadura, la fiabilidad y reduce el riesgo de entrada de humedad.

• Riesgo: Los acabados superficiales antiguos de las placas multicapa más viejas pueden mostrar cambios metalúrgicos. Pueden causar problemas de soldabilidad. La entrada de humedad puede causar problemas durante el montaje o la posterior deslaminación en el campo. Esto puede provocar la separación de la pared interna y circuitos abiertos.

Ya sea en las líneas de fabricación y montaje o en el uso real, las placas de circuito impreso multicapa deben mostrar un rendimiento fiable. Por supuesto, esta fiabilidad está estrechamente relacionada con el nivel de habilidad del fabricante en cuanto a equipos y procesos.

Diferencias entre la creación de prototipos PCB monocapa y multicapa

Cuando diseñe y construya una placa de circuito impreso, debe decidir si una PCB monocapa o multicapa se adapta a su dispositivo. Ambos tipos se utilizan en muchos usos estándar. Pero el tipo necesario depende de para qué utilice la placa. Cada tipo tiene características específicas que lo hacen adecuado para determinadas tareas. Los dispositivos domésticos sencillos suelen utilizar placas de una sola capa. Las máquinas más complejas necesitan diseños de PCB multicapa.

Placa de circuito impreso de una capa

Una capa única o tablero de una cara incluye una capa base, una capa de metal conductor y una máscara de soldadura y serigrafía de protección. La mayoría de los procesos de fabricación utilizan cobre como metal conductor. Una cara de la placa contiene todos los componentes necesarios. La otra cara contiene el patrón conductor.

Dado que su diseño es más sencillo que el de las placas de doble cara y multicapa, las PCB de una sola capa son más baratas y fáciles de fabricar. Esta sencillez es también su principal inconveniente. Tienen menos puntos de conexión. Por eso, las PCB de una sola capa son menos rápidas y ofrecen menos opciones para enrutar circuitos complejos.

Placa de circuito impreso de doble cara

Otra opción es una placa de circuito impreso de doble cara. Tiene más capas que una placa monocapa, pero menos que una multicapa. Al igual que las de una sola cara, las de doble cara utilizan una sola capa de sustrato. La principal diferencia es que la placa de doble cara tiene una capa metálica conductora en ambas caras del sustrato.

Las placas de doble cara permiten enrutar más señales que las de una sola cara. Su coste sigue siendo inferior al de las placas multicapa. Son una buena opción intermedia para muchos diseños.

PCB multicapa

Un circuito impreso multicapa está formado por tres o más placas de doble cara unidas con un adhesivo especial. Cada placa tiene material aislante entre las capas. Aunque una placa multicapa puede tener muchas placas apiladas, la mayoría tiene un número par de capas, a menudo entre 4 y 12. Esto se debe a que un número impar de capas puede causar deformaciones y torsiones después de la instalación. Esto se debe a que un número impar de capas puede provocar alabeos y torsiones tras la soldadura.

Con más placas y más conexiones, las placas de circuito impreso multicapa se adaptan a dispositivos que necesitan muchas funciones y características avanzadas. Tienen mayor capacidad operativa y un rendimiento de señal más rápido que las placas de una o dos caras. Pero su diseño es más complejo, cuestan más, el plazo de entrega es más largo y necesitan más cuidado en la reparación y el montaje.

Notas finales

La elección del tipo de placa de circuito impreso adecuado depende de las necesidades del producto, los tipos de señal, la densidad de patillas, las necesidades de plano, los límites de coste y el plazo de entrega. Si no está seguro, hable pronto con su fabricante. Un buen fabricante de placas de circuito impreso puede ayudarle a sopesar el coste, el rendimiento y el plazo de entrega. Si desea ayuda con el número de capas y el apilado para un producto específico, puede hablar del diseño con Philifast u otro fabricante de PCB cualificado.