Cuando un ingeniero de PCB diseña un producto, implica mucho más que la simple colocación y el enrutamiento de los componentes. El diseño de los planos de alimentación y tierra en las capas internas es igualmente crucial. La gestión de las capas internas requiere considerar la integridad de la alimentación, la integridad de la señal, la compatibilidad electromagnética y el diseño para la fabricación.
Diferencia entre capas internas y capas externas
Las capas externas se utilizan para enrutar y soldar componentes, mientras que las internas se dedican a los planos de alimentación y tierra. Estas capas solo están presentes en placas multicapa, donde proporcionan vías para la alimentación y la tierra. Los diseños comunes, como las placas de doble, cuádruple y sexta capa, se refieren al número de capas de señal y capas internas de alimentación y tierra.
Diseño de la capa interna
1. Capa de tierra bajo señales críticas
Para señales de alta velocidad, reloj y alta frecuencia, colocar una capa de tierra directamente debajo de estas señales minimiza la longitud de la trayectoria del bucle y reduce la radiación.
2. Área del plano de potencia y del plano de tierra
En el diseño de circuitos de alta velocidad, la radiación del plano de potencia y la interferencia del sistema deben minimizarse. Normalmente, el área del plano de potencia debe ser menor que la del plano de tierra para que este lo proteja. Una regla común es contraer el plano de potencia hacia adentro mediante el doble del espesor dieléctrico en comparación con el plano de tierra.
3. Plan de apilamiento de capas
Los planos de potencia deben estar adyacentes a sus correspondientes planos de tierra para formar la capacitancia de acoplamiento. Esto, combinado con los condensadores de desacoplamiento, reduce la impedancia del plano de potencia y proporciona un filtrado eficaz.
4. Selección del plano de referencia
La elección de un plano de referencia es crucial. Si bien tanto los planos de alimentación como los de tierra pueden actuar como referencia, el plano de tierra generalmente ofrece un blindaje superior, ya que suele estar conectado a tierra. Se prefieren los planos de tierra como planos de referencia.
5. Evite el enrutamiento entre áreas
Las señales críticas en capas adyacentes no deben intersegmentar áreas. La intersegmentación puede generar grandes bucles de señal, lo que resulta en una radiación y un acoplamiento significativos.
6. Enrutamiento de energía y tierra
Mantenga la integridad del plano de tierra. Evite pasar las líneas de señal a través de él. Si la densidad de señal es alta, considere pasar las líneas por los bordes del plano de potencia.
Fabricación de la capa interna
El proceso de fabricación de las capas internas es solo una parte del complejo flujo de trabajo de fabricación de PCB. La producción de las capas internas debe considerar otros pasos del proceso, como las tolerancias de laminación y perforación, que pueden afectar la calidad y el rendimiento. Las PCB multicapa, en particular, requieren procesos más complejos en comparación con las placas de una o dos capas. Los diseñadores deben considerar estas complejidades durante la fase de diseño.
1. Retire las almohadillas no funcionales (NFP)
Las almohadillas no funcionales (NFP) son almohadillas en las capas internas que no están conectadas a ninguna red. Durante la fabricación de PCB, las NFP se eliminan porque no afectan la funcionalidad del producto, pero pueden afectar la calidad y la eficiencia de la producción.
(Capa interna PIC-PCB-4)
2. Manejar vías densas en áreas BGA
Los dispositivos BGA suelen tener un tamaño reducido y una densidad de pines muy alta, lo que genera una gran cantidad de salidas de vías. Durante la fabricación, las vías deben mantener una distancia segura de las pistas y las zonas de cobre para evitar cortocircuitos durante la laminación y el taladrado. Si no se puede retener el cobre entre las vías, se pueden producir circuitos abiertos en la red. Los ingenieros de CAM deben solucionar este problema añadiendo puentes de cobre entre las vías para garantizar la conectividad de la red.
3. Abordar las anomalías del diseño de la capa interna
En diseños de capa interna con películas negativas, si todas las vías están completamente aisladas del cobre, no se logra una conexión funcional. Estos diseños hacen que la capa interna sea ineficaz. Los fabricantes confirmarán con los diseñadores si el diseño es intencional o si el cobre no se ha asignado a una red.
4. Cuellos de botella en las capas internas de la película negativa
Durante la división de los planos de potencia y tierra en capas internas, las vías densas pueden crear cuellos de botella en la conductividad de la red. Si el puente de cobre que conecta las redes de potencia es demasiado estrecho, no puede transportar suficiente corriente, lo que puede provocar fallos en la placa. En casos graves, los cuellos de botella pueden causar circuitos abiertos, lo que resulta en fallos de diseño.
Al abordar estas consideraciones, los ingenieros de PCB pueden mejorar la capacidad de fabricación y la confiabilidad de las capas internas y, al mismo tiempo, evitar errores de diseño durante la fabricación.
