Cuando los ingenieros de hardware se enfrentan por primera vez a las PCB multicapa, pueden sentirse un poco abrumados. Observar placas de diez u ocho capas con trazas densas e intrincadas que parecen telarañas puede dejar a uno con dudas sobre por dónde empezar. Sin embargo, el diseño de PCB multicapa es una parte esencial e integral de los productos electrónicos modernos. La estructura interna de las PCB multicapa se puede representar mediante gráficos tridimensionales, lo que permite una comprensión más intuitiva del diseño de circuitos impresos.El núcleo del IDH
La interconexión de alta densidad (HDI) es un diseño fundamental para las PCB multicapa, que se distingue principalmente por su tecnología de vías. El proceso de fabricación de los circuitos en las PCB multicapa es similar al de las PCB de una y dos capas, siendo la principal diferencia la tecnología de las vías. El circuito se graba, mientras que las vías se forman mediante perforación y recubrimiento de cobre.Tipos de placas de circuito multicapa
Las placas de circuito multicapa son componentes comunes y esenciales en los productos electrónicos modernos. Su diseño y fabricación implican la selección de diferentes cantidades de capas y tecnologías según la complejidad y los requisitos de rendimiento de los productos. A continuación, se presentan varios tipos comunes de placas de circuito multicapa y sus aplicaciones típicas:PCB de orificio pasante
La PCB de orificio pasante es el tipo más simple de placa de circuito multicapa, compuesta generalmente por dos capas interconectadas mediante orificios pasantes. Este tipo de placa es adecuada para algunos microcontroladores sencillos de 8 bits y ofrece un coste relativamente bajo. Sin embargo, debido a la posible interferencia de la señal y a las limitaciones de diseño que causan las conexiones de orificio pasante, se ha ido sustituyendo gradualmente por otros tipos para productos con mayores requisitos de rendimiento.Junta de Primera Orden
Una placa de primer orden es una placa común de 4 a 6 capas con orificios pasantes, ideal para hardware inteligente de microcontrolador de 32 bits. Ofrece mayor espacio de conexión entre capas y flexibilidad de diseño, lo que ayuda a reducir la interferencia de señal, proporciona un mejor rendimiento eléctrico y una mayor inmunidad al ruido. Además, su proceso de fabricación es relativamente sencillo y su coste es relativamente bajo, lo que la convierte en la opción preferida para muchos productos de complejidad media.Junta de Segundo Orden
Una placa de segundo orden es un tipo más avanzado de circuito impreso multicapa, que suele tener entre 6 y 8 capas. Su diseño es más complejo y es adecuado para hardware inteligente como Linux y Android. En estos productos, el diseño de las interfaces de comunicación, las señales de alta velocidad, la alimentación y las capas de tierra requiere mayor precisión, y el uso de una placa de segundo orden puede satisfacer mejor estos requisitos.Apilado de segundo orden mediante PCB
La PCB de vías apiladas de segundo orden es un tipo complejo que se utiliza en placas de ocho capas o más. Combina las características de las placas de primer y segundo orden, permitiendo la colocación de múltiples vías en la misma ubicación, lo que proporciona una mayor densidad de conexión y una mejor integridad de la señal. Sin embargo, debido a su complejidad y dificultad de fabricación, su uso es limitado y se aplica principalmente en productos sofisticados de alta gama.Placas de tercer orden y placas de circuito de orden superior
Las placas de tercer orden y las placas de circuito de orden superior se utilizan habitualmente para aplicaciones de altísimo rendimiento, como servidores, ordenadores de gama alta, etc., debido a su complejo diseño y costes de fabricación. Estas placas ofrecen más capas de planos de señal y potencia, lo que les permite satisfacer las demandas de transmisión de señales complejas y requisitos de gestión de energía. Debido a su elevado precio, se suelen utilizar en aplicaciones que requieren un rendimiento y una fiabilidad excepcionales. Los teléfonos inteligentes y otros productos compactos suelen adoptar placas de circuito de primer orden de 8 capas a segundo orden de 10 capas. Debido a la necesidad de alojar numerosas funciones y circuitos complejos en un espacio limitado, el uso de más capas y placas de circuito de nivel superior permite una mejor integridad de la señal, gestión de energía y requisitos de disipación de calor. En general, la selección del tipo adecuado de placa de circuito multicapa depende de los requisitos de rendimiento del producto, la integridad de la señal, el rendimiento eléctrico, la complejidad del diseño y las limitaciones presupuestarias. Con el continuo avance de la tecnología, un número cada vez mayor de productos adoptará placas de circuito de nivel superior para satisfacer las crecientes demandas funcionales y de rendimiento.El tipo más común de orificio pasante
Solo existe un tipo de vía, que va de la primera a la última capa. Ya sea una pista externa o interna, la vía se perfora, lo que se conoce como PCB de orificio pasante. El número de capas no guarda relación con las PCB de orificio pasante; incluso las PCB de dos capas, comúnmente utilizadas, tienen orificios pasantes. Muchos interruptores y circuitos impresos de grado militar, a pesar de tener 20 capas, aún utilizan vías de orificio pasante. El proceso implica perforar la PCB con una broca y luego recubrir con cobre el interior de los orificios para crear conexiones eléctricas.
Cabe señalar que los diámetros de los orificios pasantes chapados suelen ser de 0,2 mm, 0,25 mm y 0,3 mm. Sin embargo, los de 0,2 mm suelen ser más caros que los de 0,3 mm. Esto se debe a que las brocas más delgadas son más propensas a romperse y la perforación requiere más tiempo. El tiempo adicional y el coste de las brocas se reflejan en el aumento del precio de las placas de circuito impreso.
Vías láser en placas HDI
Este diagrama representa la disposición de capas de una placa HDI (Interconexión de Alta Densidad) de 6 capas y 1 orden. Las superficies superior e inferior tienen dos capas, cada una con vías láser de 0,1 mm de diámetro. Las capas internas tienen vías mecánicas, lo que crea una estructura similar a la de una placa de 4 capas con orificios pasantes, con dos capas adicionales que cubren el exterior.
Las vías láser pueden penetrar materiales de fibra de vidrio, pero no el cobre metálico. Por lo tanto, las vías en las capas externas no afectan el enrutamiento interno. Tras la perforación láser, los orificios se recubren con cobre, creando microvías láser.
Placa HDI de 2 capas con láser de doble capa
La imagen superior muestra una placa de 6 capas con orificios escalonados (HDI) en dos pasos. Normalmente, las placas HDI de 6 capas y dos pasos son menos comunes, y con mayor frecuencia se prefieren las de 8 capas. Sin embargo, los principios son los mismos cuando se trabaja con un mayor número de capas, como en el caso de la HDI de 6 capas. El término "2 pasos" se refiere a la presencia de dos capas de orificios perforados con láser. El término "escalonado" indica que las dos capas de orificios perforados con láser están desalineadas. ¿Por qué están escalonados los orificios? Esto se debe a que, durante el proceso de cobreado, los orificios podrían no rellenarse completamente, dejando huecos en su interior. Por lo tanto, no es posible perforar directamente sobre estos huecos. En su lugar, los orificios deben escalonarse a cierta distancia, creando otra capa de huecos encima. HDI de 6 capas y 2 pasos significa que hay 4 capas con una construcción HDI de 1 paso y luego se añaden 2 capas adicionales en el exterior. HDI de 8 capas y 2 pasos significa que hay 6 capas con una construcción HDI de 1 paso y luego se añaden 2 capas adicionales en el exterior. La tecnología de microvías implica procesos complejos y mayores costos, donde dos capas de vías perforadas por láser se superponen. Esto permite circuitos más compactos. Las vías de la capa interna deben rellenarse con galvanoplastia antes de crear las vías de la capa externa. Este proceso lo hace más caro que las placas de orificio pasante convencionales. Para placas de interconexión de alta densidad (HDI) ultra caras: implica múltiples capas de microvías perforadas por láser. Cada capa consta de vías perforadas por láser, lo que proporciona la flexibilidad de enrutar y crear vías según se desee. ¡El ingeniero de diseño está extremadamente satisfecho y realizado con su trabajo! Ya no tiene que preocuparse por no poder crear el diseño ideal. Sin embargo, el Departamento de Adquisiciones se enfrenta a una presión considerable debido a que el coste de la placa HDI (Interconexión de Alta Densidad) de Cualquier Capa es más de 10 veces superior al de las placas de orificio pasante convencionales. Esto también explica por qué solo productos de alta gama como el iPhone pueden permitirse el uso de placas tan caras. Actualmente, parece que otras marcas de teléfonos móviles no han oído hablar de ninguna que haya adoptado la placa HDI de Cualquier Capa.
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