En nuestra era definida por los dispositivos electrónicos, ya sea un servidor de centro de datos que realiza billones de operaciones por segundo o el poderoso teléfono inteligente en su bolsillo, en esencia, todos comparten una característica común: una placa de circuito impreso (PCB) multicapa altamente integrada e increíblemente sofisticada.

Si una placa de doble cara es una calle de doble sentido que conecta el punto A con el punto B, entonces una PCB multicapa es una metrópolis moderna completa con pasos elevados, túneles subterráneos, autopistas y carriles de emergencia dedicados. Representa el pináculo de la tecnología de diseño y fabricación de PCB y es una piedra angular indispensable de los dispositivos electrónicos de alta gama. Hoy, desmitifiquemos los PCB multicapa y exploremos la complejidad y el arte detrás de ellos.

I. ¿Qué es una PCB multicapa? Una maravilla de la ingeniería más allá de las dimensiones

1.1 Definición básica

Una placa multicapa es una PCB compleja que consta de tres o más capas de patrones conductores (lámina de cobre) laminados junto con preimpregnados (preimpregnado, PP) e interconectados a través de orificios pasantes chapados (PTH). Los recuentos de capas comunes incluyen 4, 6, 8 e incluso 100 o más, como se usa en supercomputadoras y grandes conmutadores de comunicaciones.

1.2 La estructura central

Una analogía vívida: imagina un "bolsillo dimensional" en una novela de ciencia ficción.

Capas superior / inferior:la entrada y salida del bolsillo, utilizado para colocar los componentes más importantes y las conexiones externas.

Planos internos:el espacio multidimensional dentro del bolsillo. Siempre están asignados al plano de potencia y al plano de tierra, y ofrecen un suministro de energía estable y silencioso y una ruta de retorno para todos los componentes.

Capas de señal internas:Escóndete en el camino secreto en el bolsillo, especialmente utilizado para configurar líneas de señal sensibles y de alta velocidad y evitar interferencias externas.

Prepreg:El adhesivo mágico para pegar todas las dimensiones, actúa como aislante y soporte estructural.

Vias:Un "portal" que conecta diferentes dimensiones, incluidos orificios pasantes que atraviesan toda la estructura, vías ciegas que solo van desde la superficie hasta la capa interna y vías enterradas que están completamente ocultas en la capa interna.

Esta estructura tridimensional resuelve desafíos centrales como la interconexión de alta densidad (HDI), la integridad de la señal (SI), la integridad de la potencia (PI) y la compatibilidad electromagnética (EMC) que las PCB de doble cara no pueden soportar.

II. ¿Por qué PCB multicapa? 4 ventajas irresistibles

La actualización de placas de doble cara a placas multicapa no se trata solo de aumentar el espacio de cableado; Ofrece un importante salto adelante:

1. Densidad de cableado incomparable e interconexiones de alta densidad (HDI)

Esta es la ventaja más obvia. Al agregar capas internas, los diseñadores ganan exponencialmente más espacio de cableado, lo que permite el diseño de circuitos integrados extremadamente complejos (como paquetes BGA grandes con más de 1,000 pines). Combinado con la tecnología de vía ciega y enterrada, esto permite interconexiones más precisas, cumpliendo con la tendencia hacia la miniaturización y el aligeramiento en los productos electrónicos modernos.

2. Excelente integridad de la señal

Las señales digitales de alta velocidad (como PCIe, DDR y USB 3.0+) son extremadamente sensibles a las rutas de transmisión. Las placas multicapa permiten el uso de enrutamiento de líneas de banda (líneas de señal intercaladas entre dos planos de referencia). En comparación con el enrutamiento de microstrip de placas de doble cara (líneas de señal en la superficie), esto proporciona un mejor blindaje, reduce la diafonía y la radiación externa, y garantiza señales limpias y sin distorsiones.

3. Fuerte integridad de poder

Los planos de alimentación y tierra dedicados proporcionan rutas de suministro de energía de impedancia extremadamente baja. Esto reduce eficazmente el ruido de la fuente de alimentación, evita errores lógicos del circuito causados por fluctuaciones de voltaje y admite las demandas transitorias de alta corriente de la conmutación de chips de alta velocidad. Una red de distribución de energía (PDN) estable es la piedra angular de la confiabilidad del sistema.

4. Excelente compatibilidad electromagnética (EMC)

Los planos ajustados de potencia/tierra crean un efecto de jaula de Faraday efectivo, protegiendo los campos electromagnéticos generados por las señales de alta velocidad dentro de la placa. Esto no solo reduce la interferencia electromagnética (EMI) al mundo exterior, sino que también mejora la resistencia inherente de la placa a la interferencia externa. Esto es crucial para los productos que deben pasar estrictas certificaciones EMC como CE y FCC.

III. Presentación del proceso de fabricación de tableros multicapa: una sinfonía de precisión y colaboración

La fabricación de tableros multicapa es un proceso extremadamente complejo, mucho más sofisticado que los tableros de doble cara. Los errores en cualquier paso pueden hacer que se deseche un lote completo de placas.

1. Fabricación del núcleo de la capa interna

Corte: Cortar grandes láminas de CCL (laminado revestido de cobre) en tamaños de producción.

Transferencia de patrón de capa interna: El patrón de circuito de la capa interna se transfiere a la lámina de cobre a través del recubrimiento, la exposición y el desarrollo.

Grabado de la capa interna: Grabe el cobre innecesario para formar circuitos de la capa interna.

AOI (Inspección óptica automatizada): Utiliza una cámara de alta precisión para escanear los circuitos de la capa interna, comparándolos con el diseño original para detectar roturas, cortocircuitos o defectos. Esto es fundamental para garantizar la calidad de las capas internas.

2. Laminación: el momento mágico

Este es el paso principal exclusivo de las placas multicapa.

Laminación: La capa central interna preparada, el preimpregnado y la lámina de cobre (para la capa exterior) están alineados y apilados con precisión como un pastel de capas.

Laminación: Bajo alta temperatura (170-180 °C) y alta presión, el preimpregnado se derrite y fluye, llenando los espacios entre las líneas, y se solidifica después de enfriarse, uniendo firmemente todas las capas en un todo sólido.

3. Perforación

Con un taladro extremadamente fino (tan pequeño como 0,1 mm) o un láser, se perforan orificios pasantes, vías ciegas y vías enterradas en el tablero laminado. La precisión del orificio y la calidad de la pared son cruciales para la posterior deposición de cobre.

4. Orificios pasantes chapados (PTH) y revestimiento secundario

Aunque es similar en principio a los PCB de doble cara, la relación de aspecto del orificio más grande requiere una deposición de cobre y una uniformidad de recubrimiento extremadamente altas. Esto asegura suficientes depósitos de cobre tanto en la parte superior como en la inferior de las paredes del orificio para evitar el defecto fatal de no tener cobre (ruptura del orificio).

5. Transferencia y revestimiento del patrón de la capa exterior

El proceso es similar al de las capas internas, pero el recubrimiento de patrones se utiliza para espesar el cobre en las trazas y las paredes de los orificios para resistir los pasos de procesamiento posteriores.

6. Máscara de soldadura, serigrafía y tratamiento de superficies

Similar al proceso de PCB de doble cara, pero con mayores requisitos de precisión de alineación.

7. Prueba de sonda / probador volador e inspección final

Debido a la gran cantidad de redes, se deben realizar pruebas de rendimiento eléctrico al 100% utilizando un probador de alto número de canales para garantizar que todas las interconexiones sean correctas.

IV. Diseño de apilamiento de capas: el arte del rendimiento

El diseño de apilamiento es el alma del diseño de PCB multicapa. Un buen diseño de apilamiento maximiza el rendimiento, mientras que un diseño deficiente, incluso con un enrutamiento perfecto, no logrará el resultado deseado.

Aquí hay un ejemplo clásico de plan de diseño de apilamiento de 8 capas

Recuento de capas	Tipo de capa	Propósito
Capa 1	Capa de señal (arriba)	Colocar componentes principales y líneas de señal de alta velocidad
Capa 2	Plano de tierra (plano GND)	Proporciona una ruta de retorno de referencia completa para la capa 1, protección contra la radiación
Capa 3	Capa de señal	Enrutamiento de señal de alta velocidad
Capa 4	Plano de fuente de alimentación (plano PWR)	Distribución de voltaje de núcleo (por ejemplo, +1.2V)
Capa 5	Plano de fuente de alimentación (plano PWR)	Distribución de voltaje auxiliar (por ejemplo, +3.3V, +5V)
Capa 6	Capa de señal	Diseño de señal de baja velocidad
Capa 7	Plano de tierra (plano GND)	Proporciona un terreno de referencia para la capa 8 y la capa 6
Capa 8	Capa de señal (inferior)	Colocar componentes principales y líneas de señal de baja velocidad

Principios de diseño:

-. Cada capa de señal debe ser adyacente a un plano de referencia (potencia o tierra). Esta es la regla de oro para controlar la impedancia y garantizar la integridad de la señal.

-. Los planos de potencia y tierra deben estar estrechamente acoplados. Esto significa usar un dieléctrico delgado (por ejemplo, 4 mil) para separar las capas adyacentes de energía y tierra para formar un condensador de desacoplamiento efectivo.

-. Las señales de alta velocidad deben enrutarse preferentemente en capas internas (striplines) para un mejor rendimiento de EMC.

V. Áreas de aplicación—Portadores de tecnología de alta gama

Las placas multicapa son el caballo de batalla absoluto en los siguientes campos:

-. Computadoras y centros de datos: placas base, tarjetas gráficas, servidores y SSD.

-. Equipos de comunicaciones: estaciones base 5G, enrutadores centrales y conmutadores de fibra óptica.

-. Electrónica de consumo: Smartphones, tablets, smartwatches y videoconsolas de alta gama.

-. Electrónica automotriz: controladores de dominio de conducción autónoma, cabinas inteligentes y sistemas de entretenimiento en el automóvil.

-. Aeroespacial y defensa: Sistemas de radar, equipos de navegación y sistemas de control de vuelo, que imponen exigencias extremadamente altas de confiabilidad y número de capas.

-. Equipos médicos: equipos de imágenes de alta gama (TC, RM) y sistemas de monitoreo de vida.

VI. Cómo estimar el costo de fabricación: comprender los factores que influyen en el costo

El costo de los PCB multicapa es mucho más alto que el de los PCB de doble cara; El costo está influenciado por los siguientes factores juntos;

Recuento de capas:A medida que aumenta el número de capas, el material, el tiempo de procesamiento y la dificultad aumentan de forma no lineal.

Tamaño de la placa:Cuanto mayor sea el tamaño de la placa, mayor será el costo.

Tipos de materiales:material de alta frecuencia y alta velocidad, como Rogers, Taconic, los materiales de alta tg son mucho más caros que el FR-4 normal

Grosor de la placa y relación de aspecto (relación de aspecto):Cuanto más gruesa sea la placa, mayor será la relación de aspecto (espesor de la placa / diámetro del orificio) de la perforación, mayor será el desafío para los procesos de perforación y galvanoplastia, y mayor será el costo.

Proceso HDI:El uso de vías enterradas ciegas, vías láser, vías apiladas, vías escalonadas y otros procesos es el factor principal que aumenta los costos.

Traza/espacio mínimo:Cuanto más finos sean los requisitos (por ejemplo, 3/3 mil), mayor será el costo.

Peso del cobre:Requisitos de espesor de cobre para las capas internas y externas, especialmente cuando se requiere un espesor de cobre de 2 oz o más grueso.

Acabado superficial:ENIG, ENEPIG, oro duro y otros acabados son más caros que HASL.

Requisitos técnicos:Control de impedancia (control de tolerancias y número de canales), perforación inversa (eliminación de muñones), vía en almohadilla y otros requisitos especiales.

Cantidad de pedido:Los grandes volúmenes pueden reducir significativamente los costos de NRE y herramientas.

La mejor manera de obtener una cotización precisa: Proporcione sus archivos Gerber, diagrama de apilamiento y especificaciones técnicas (requisitos de impedancia, procesos especiales, etc.). Realizaremos un análisis DFM y proporcionaremos una cotización detallada. Jerico PCB ha estado trabajando en la fabricación profesional de PCB multicapa durante casi 20 años. Con nuestro equipo de ingeniería dedicado y nuestras modernas instalaciones, podemos hacer la tabla tal como lo desee con un precio razonable y una calidad increíble. Bienvenido a enviar sus proyectos en cualquier momento, el equipo de Jerico siempre está listo para usted.

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