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26 de abril de 2024

¿Qué son los PCB de doble capa?

Introducción

Bienvenido al mundo en constante evolución de la tecnología de placas de circuito impreso (PCB), un campo que se encuentra en el centro de la electrónica moderna. Desde los primeros días del diseño eléctrico hasta los dispositivos de alta tecnología actuales, los PCB se han transformado notablemente, volviéndose más sofisticados e integrales a la innovación electrónica.

Entre los diversos tipos de PCB desarrollados a lo largo de los años, los PCB de doble capa representan un avance significativo. Ofrecen un equilibrio entre simplicidad y complejidad que ha revolucionado la forma en que los ingenieros abordan el diseño de circuitos.

La estructura de los PCB de doble capa

Los PCB de doble capa, una innovación fundamental en el diseño de circuitos electrónicos, presentan una estructura distintiva que permite una funcionalidad mejorada sin la complejidad y el costo asociados con los tipos de PCB más avanzados. 

Comprender los componentes y la composición de estos PCB revela por qué se utilizan tan ampliamente en diversas industrias.

¿Qué son los PCB de doble capa?

Una PCB de doble capa consta de dos capas de material conductor, normalmente cobre, que están separadas por una capa de sustrato aislante. Este diseño permite enrutar circuitos en los lados superior e inferior de la PCB, conectados mediante vías: pequeños orificios pasantes recubiertos de cobre para conducir la señal eléctrica entre las dos capas.

Esta configuración aumenta significativamente el área disponible para el cableado en comparación con las PCB de una sola capa sin necesidad de múltiples capas, lo que puede resultar más costoso y complejo de fabricar.

Materiales comunes utilizados

  • Capas conductoras: El cobre es el material elegido para las capas conductoras de una PCB de doble capa debido a sus excelentes propiedades de conductividad eléctrica. Las capas de cobre son lo suficientemente delgadas como para permitir un grabado preciso de patrones de circuitos detallados, pero lo suficientemente gruesas como para garantizar una conducción adecuada sin una resistencia excesiva. El espesor del cobre puede variar según los requisitos actuales de la aplicación, y generalmente oscila entre una y tres onzas por pie cuadrado.
  • Sustrato: El material más comúnmente utilizado para el sustrato en PCB de doble capa es el FR-4, un material laminado epoxi reforzado con vidrio. El FR-4 se prefiere por su durabilidad, resistencia a las llamas y costo relativamente bajo. También proporciona una base excelente para las capas de cobre, ofreciendo una base estable y confiable que resiste la deformación, la humedad y la expansión térmica. También se utilizan otros materiales, como CEM-1 y CEM-3, especialmente en aplicaciones que requieren diferentes propiedades mecánicas o térmicas.
  • Máscara de Soldadura y Serigrafía: Sobre las capas de cobre, se aplica una máscara de soldadura a ambos lados de la PCB para proteger el cobre de la oxidación y evitar puentes de soldadura durante el proceso de ensamblaje. Esta capa suele ser verde, pero puede venir en varios colores según las necesidades de fabricación o las elecciones estéticas. La capa de serigrafía se agrega encima de la máscara de soldadura, proporcionando etiquetas para la ubicación de los componentes, lo que ayuda en los procesos de inspección y ensamblaje manual.

Fabricación de PCB de doble capa

La fabricación de PCB de doble capa implica una serie de pasos precisos y cuidadosamente controlados que se basan en la base de la producción de PCB de una sola capa, pero incorporan procesos adicionales para acomodar la capa adicional.

Comprender estos pasos resalta la naturaleza sofisticada de la fabricación de PCB de doble capa.

Proceso de fabricación paso a paso

  1. Preparación del sustrato: El proceso comienza con la preparación del sustrato, generalmente hecho de material FR-4, que es duradero y proporciona aislamiento acústico entre las capas. El sustrato viene prerrevestido con cobre por ambas caras, listo para los siguientes pasos.
  2. Transferencia de patrón de circuito: Un material fotorresistente sensible a la luz transfiere los patrones de circuito deseados a ambos lados del sustrato recubierto de cobre. Este se expone bajo luz ultravioleta a través de una máscara de patrón, que endurece el fotorresistente donde debería permanecer el cobre.
  3. Grabando: Luego se lava el fotorresistente sin endurecer, exponiendo el cobre no deseado. Se aplica una solución de grabado, a menudo una solución de cloruro férrico, para eliminar el cobre expuesto, dejando atrás los patrones de circuito definidos por el fotoprotector endurecido.
  4. Perforación: Una vez que se completa el grabado, se perforan orificios (vías) a través del sustrato en puntos designados para la conectividad eléctrica entre las capas superior e inferior. La precisión de la perforación es crucial ya que afecta la funcionalidad de las vías.
  5. Enchapado: Luego, los orificios perforados se recubren con cobre para formar vías conductoras que conectan eléctricamente las capas superior e inferior. Este paso es esencial para la funcionalidad de la PCB de doble capa.
  6. Aplicar máscara de soldadura: Después del enchapado, se aplica una máscara de soldadura a ambos lados del tablero. Esta capa protege los circuitos de cobre y evita puentes de soldadura accidentales durante la soldadura de componentes.
  7. Serigrafía: El último paso consiste en imprimir la capa de serigrafía, que agrega etiquetas y otras marcas críticas a la PCB. Estas marcas ayudan en el proceso de ensamblaje y ayudan a colocar los componentes de soldadura con precisión.

Contraste con la fabricación de PCB de una sola capa

  • Complejidad y capacidades: Si bien los pasos básicos, como la preparación del sustrato, la transferencia de patrones, el grabado y el acabado, son similares en la fabricación de PCB de una y dos capas, las diferencias clave residen en los procesos de perforación y enchapado. Los PCB de una sola capa generalmente no requieren orificios pasantes chapados, ya que no es necesario conectar múltiples capas conductoras. Esto simplifica el proceso de producción y reduce el tiempo y el costo asociados con la fabricación.
  • Mayores pasos de fabricación: Los PCB de doble capa implican pasos adicionales, específicamente la perforación de vías y su posterior revestimiento, que son cruciales para la funcionalidad del PCB pero también aumentan la complejidad y el costo de producción.

Aplicaciones en diversas industrias

Con su mayor capacidad de complejidad en comparación con los PCB de una sola capa, los PCB de doble capa encuentran aplicación en un amplio espectro de industrias. Su capacidad para albergar más circuitos sin el espacio y el gasto de las placas multicapa las hace particularmente útiles en diversos entornos.

Exploremos cómo se utilizan estas placas versátiles en diferentes sectores.

Electrónica de consumo

En el mercado de la electrónica de consumo, los PCB de doble capa se utilizan ampliamente porque admiten circuitos moderadamente complejos y mantienen bajos los costos. Son ideales para dispositivos de densidad media donde los PCB de una sola capa no tienen suficiente complejidad de circuito, pero donde las placas multicapa serían innecesariamente complejas y costosas.

  • Dispositivos domésticos inteligentes: Muchas tecnologías domésticas inteligentes, incluidos termostatos y cámaras de seguridad, utilizan PCB de doble capa para gestionar múltiples funcionalidades y opciones de conectividad.
  • Electrónica portátil: Los dispositivos como los rastreadores GPS y los reproductores multimedia portátiles suelen utilizar PCB de doble capa para acomodar los componentes necesarios en espacios compactos.

Industria automotriz

El sector de la automoción se beneficia enormemente de la robustez y fiabilidad de los PCB de doble capa, especialmente en entornos que requieren componentes resistentes y duraderos.

  • Sistemas de control: Los PCB de doble capa se utilizan en sistemas de control de automóviles, incluidas unidades de control electrónico (ECU) que gestionan diversas funciones del vehículo, desde la gestión del combustible hasta el frenado automático.
  • Electrónica del tablero: Los grupos de instrumentos y los sistemas de información y entretenimiento dependen de PCB de doble capa para soportar una mayor complejidad electrónica, incluidas funciones de conectividad y tecnologías de visualización.

Sistemas Industriales

Las aplicaciones industriales de los PCB de doble capa están impulsadas por la necesidad de durabilidad y la capacidad de manejar más energía y conectividad que las que pueden ofrecer los PCB de una sola capa.

  • Fuentes de alimentación: Las fuentes de alimentación industriales a menudo utilizan PCB de doble capa para manejar corrientes más altas y distribuir mejor el calor en todos los ámbitos.
  • Paneles de Control y Sistemas de Monitoreo: Muchas máquinas industriales requieren sistemas complejos de control y monitoreo que se beneficien de la capacidad de circuito adicional proporcionada por las PCB de doble capa.

Dispositivos médicos

En el campo médico, los PCB de doble capa se encuentran en dispositivos con una confiabilidad crítica y un diseño compacto. Admiten mayores densidades de circuitos necesarias para funcionalidades sofisticadas sin ocupar mucho espacio, una ventaja significativa en el diseño de dispositivos médicos.

  • Monitores médicos portátiles: Los dispositivos como los monitores de presión arterial y los escáneres de diagnóstico portátiles suelen utilizar PCB de doble capa para gestionar sus componentes electrónicos de forma eficiente.
  • Rastreadores de salud portátiles: Los PCB de doble capa permiten la integración de múltiples sensores y módulos de conectividad dentro de dispositivos portátiles compactos.

Ventajas de los PCB de doble capa

Los PCB de doble capa ofrecen ventajas únicas, lo que los convierte en una opción atractiva para muchos fabricantes y diseñadores de productos electrónicos. Estos beneficios se derivan de su mayor complejidad en comparación con los PCB de una sola capa sin los altos costos y desafíos de fabricación de las placas multicapa.

A continuación presentamos un vistazo más de cerca a los beneficios clave de los PCB de doble capa:

Densidad de circuito mejorada

Una de las ventajas más importantes de los PCB de doble capa es su mayor densidad de circuito. Con capas conductoras en ambos lados del sustrato, estos PCB pueden acomodar más componentes y circuitos complejos que los de una sola capa. Esto permite:

  • Mayor funcionalidad: Los PCB de doble capa pueden admitir funciones más avanzadas dentro del mismo tamaño de placa, lo cual es crucial para los dispositivos electrónicos modernos que requieren capacidades sofisticadas.
  • Diseños compactos: La capacidad de colocar componentes en ambos lados de la PCB ayuda a reducir el tamaño total de la placa, lo cual es esencial para dispositivos miniaturizados.

Funcionalidad mejorada

El diseño estructural de los PCB de doble capa no solo admite una mayor densidad de circuitos sino que también mejora la funcionalidad general al:

  • Conectividad mejorada: Las vías (orificios pasantes) en PCB de doble capa proporcionan conexiones robustas entre las capas, lo que mejora la integridad de la señal y la confiabilidad de las vías eléctricas.
  • Mejor distribución del calor: La distribución de componentes en ambos lados de la PCB permite una mejor gestión del calor, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento en circuitos densamente poblados.

Mayor flexibilidad de diseño

Los PCB de doble capa ofrecen a los diseñadores más flexibilidad para enrutar circuitos y colocar componentes. Esta flexibilidad es crucial cuando se trata de conjuntos electrónicos complejos donde el espacio y la conectividad son esenciales. Los diseñadores pueden:

  • Optimizar diseños: Más espacio para las rutas de los circuitos significa que los diseñadores pueden optimizar el diseño para reducir la longitud de las rutas de las señales y mejorar el rendimiento.
  • Evite compromisos de diseño: Con opciones adicionales de espacio y conectividad, es menos probable que los diseñadores comprometan el rendimiento del dispositivo electrónico.

Rentabilidad

En comparación con los PCB multicapa, los PCB de doble capa son más rentables y ofrecen muchos beneficios al aumentar el número de capas. Esta rentabilidad se debe a:

  • Proceso de fabricación más sencillo: Aunque son más complejos que los PCB de una sola capa, los PCB de doble capa requieren menos pasos de fabricación que las placas multicapa, lo que reduce los costos de producción.
  • Uso reducido de materiales: Los PCB de doble capa utilizan menos materiales que los PCB de múltiples capas, lo que puede reducir significativamente el costo, especialmente en la producción de gran volumen.

Retos y soluciones de diseño

Si bien los PCB de doble capa ofrecen numerosas ventajas, también presentan desafíos de diseño únicos que requieren una cuidadosa consideración y planificación estratégica para superarlos.

Comprender estos desafíos e implementar las mejores prácticas puede mejorar significativamente el rendimiento y la confiabilidad de estos PCB.

Gestión de la conectividad entre capas

Uno de los principales desafíos de los PCB de doble capa es garantizar una conectividad sólida entre capas. Esto es crucial para mantener la integridad de las señales eléctricas entre las capas superior e inferior.

  • Desafío: El uso de vías, orificios conductores perforados a través de la PCB para conectar diferentes capas, puede presentar problemas si no se implementa correctamente. Un diseño inadecuado puede provocar conexiones más fuertes, mayor impedancia o problemas de integridad de la señal.
  • Solución: Para garantizar una conectividad sólida entre capas, utilice técnicas de perforación de alta calidad y recubra cuidadosamente las vías con cobre. Es esencial dimensionar las vías correctamente y colocarlas estratégicamente para minimizar el camino de las señales críticas y reducir posibles interferencias.

Evitar interferencias

Debido a su diseño compacto, las PCB de doble capa son más susceptibles a interferencias electromagnéticas (EMI) y diafonía entre circuitos de diferentes capas.

  • Desafío: A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños y la densidad de los circuitos aumenta, también aumenta el potencial de EMI y diafonía. Esto puede degradar el rendimiento del dispositivo o provocar un comportamiento inesperado.
  • Solución: Para mitigar la EMI y la diafonía, planifique cuidadosamente el diseño para separar los componentes de alta frecuencia de las áreas sensibles. Utilice técnicas de protección siempre que sea posible y considere la posibilidad de utilizar planos de tierra para ayudar a absorber y redirigir señales no deseadas.

Mejores prácticas para optimizar el diseño de PCB de doble capa

La implementación de mejores prácticas en el diseño de PCB de doble capa puede ayudar a maximizar el rendimiento y minimizar los problemas asociados con su complejidad.

  • Revisión exhaustiva del diseño: Utilice software avanzado de diseño de PCB para simular y analizar el comportamiento del circuito antes de finalizar el diseño. Esto ayuda a identificar problemas potenciales en las primeras etapas del proceso de diseño.
  • Uso efectivo del espacio: Organice los componentes cuidadosamente para equilibrar la carga en ambos lados de la PCB. Esto ayuda a la distribución del calor y reduce el riesgo de tensión mecánica en el tablero.
  • Control de calidad: Implemente pruebas rigurosas y medidas de control de calidad durante toda la fabricación para garantizar que cada PCB cumpla con las especificaciones y estándares de rendimiento requeridos.

Conclusión

Los PCB de doble capa son una piedra angular en la evolución de las tecnologías electrónicas. Ofrecen una solución práctica que cierra la brecha entre la simplicidad de los PCB de una sola capa y la complejidad de las alternativas multicapa. Su desarrollo marca un paso importante hacia la creación de dispositivos electrónicos más compactos, eficientes y rentables.

¿Estás listo para aprovechar el potencial de los PCB de doble capa en tus proyectos de electrónica? Ya sea que esté actualizando diseños existentes o emprendiendo nuevos desarrollos, los PCB de doble capa podrían ser la solución para mejorar el rendimiento manteniendo la eficiencia.

Si tiene curiosidad acerca de cómo los PCB de doble capa pueden encajar en su proyecto o necesita asesoramiento de expertos para optimizar sus diseños de PCB, no dude en contactarnos.

Póngase en contacto con nosotros hoy para obtener más información sobre nuestras soluciones de PCB de doble capa y cómo podemos ayudarlo a superar los límites de lo que es posible con sus productos electrónicos.

Artículo escrito por Alicia Lee

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