Una PCB de seis capas puede ofrecer más espacio para enrutar señales y distribuir la alimentación que una construcción más sencilla, pero el número de capas por sí solo no indica el rendimiento que tendrá la placa. La decisión importante es cómo asignar las capas de cobre, por dónde retornarán las señales críticas y si el fabricante puede construir y verificar la geometría propuesta.

Considere dos configuraciones conceptuales de funciones de capa, desde la capa superior L1 hasta la inferior L6:

S-G-S-S-G-S: cuatro capas designadas para señales y dos designadas para masa.
S-G-S-P-G-S: tres capas designadas para señales, dos designadas para masa y una designada para alimentación.

Ninguna de las dos es una sección transversal de fabricación. Las funciones no especifican el espesor del cobre, la separación dieléctrica, el material ni cuánto cobre queda después del enrutamiento y de aplicar las separaciones. En cualquiera de las dos configuraciones puede haber pistas o vertidos de cobre de alimentación; una capa designada para señales no necesariamente se utiliza solo para señales.

Solo se muestran las funciones de las capas; no es una sección transversal física ni una especificación de fabricación.

Para conocer opciones arquitectónicas más generales, consulte diseño del apilamiento de PCB.

Un diseño hipotético para comparar

Supongamos que está diseñando una placa rígida con:

Rutas críticas en ambas capas externas.
Al menos una ruta crítica que debe utilizar una capa interna.
Múltiples raíles de alimentación que deben llegar a componentes distribuidos por toda la placa.

Todavía no ha seleccionado dimensiones ni materiales. Su tarea inmediata es elegir una configuración inicial de capas e identificar qué debe comprobarse antes de la entrega al fabricante.

Opción 1: S-G-S-S-G-S

Capa	Función conceptual
L1	Señal
L2	Masa
L3	Señal
L4	Señal
L5	Masa
L6	Señal

Esta configuración proporciona al diseño hipotético dos capas internas designadas para señales. L3 está junto a la capa de masa L2, mientras que L4 está junto a la capa de masa L5. Esta opción adicional de enrutamiento interno puede resultar útil cuando las rutas críticas externas y otras conexiones compiten por el espacio.

Las capas de señal centrales también están contiguas entre sí. Que las rutas de L3 y L4 se acoplen de forma significativa depende de la geometría y el enrutamiento reales, por lo que debe comprobarse su interacción en lugar de suponer que las capas de masa las aíslan.

En esta configuración no hay una capa dedicada designada para alimentación. Los múltiples raíles siguen necesitando distribuirse mediante cobre adecuado, como pistas o vertidos, en función del espacio disponible para el enrutamiento y de los requisitos eléctricos. Estas formas de cobre también pueden afectar a la cobertura de referencia disponible para las señales cercanas.

Opción 2: S-G-S-P-G-S

Capa	Función conceptual
L1	Señal
L2	Masa
L3	Señal
L4	Alimentación
L5	Masa
L6	Señal

Esta configuración proporciona al diseño hipotético una capa designada para alimentación, pero solo una capa interna designada para señales. Puede ser un punto de partida útil cuando la distribución de los múltiples raíles es una preocupación importante y L3 tiene suficiente capacidad de enrutamiento para las señales internas.

L3 se encuentra entre la masa de L2 y la alimentación de L4, por lo que una ruta en L3 puede acoplarse a ambas. No la describa como si tuviera una referencia exclusivamente de masa sin comprobar el cobre y las separaciones reales. Si parte de la corriente de retorno utiliza el cobre de alimentación como referencia, el diseño también necesita un camino de retorno de CA adecuado hacia masa. La distribución de alimentación y la disposición del desacoplamiento deben considerarse como parte de ese camino.

Una capa designada para alimentación tampoco implica que exista un único plano ininterrumpido. Varios raíles pueden requerir regiones de cobre separadas y distancias de aislamiento. Compruebe cómo afectan esos límites a las rutas de L3 y a sus caminos de retorno.

Cómo elegir para el ejemplo

Comience asignando las rutas críticas conocidas, en lugar de declarar que una configuración es mejor:

Sitúe las rutas externas. En ambas opciones, L1 está junto a la masa de L2 y L6 está junto a la masa de L5. Compruebe que realmente haya cobre de masa debajo de cada ruta crítica, incluso en torno a las separaciones y otras interrupciones.
Sitúe la ruta interna. En la primera opción, considere L3 con la masa de L2 como referencia o L4 con la masa de L5 como referencia, comprobando también la capa interna de señal contigua. En la segunda, sitúe la ruta en L3 y evalúe tanto el cobre de masa de L2 como el de alimentación de L4 a su alrededor.
Trace la distribución de los raíles de alimentación. Compare el enrutamiento y la superficie de cobre que requieren en ambas opciones. En la segunda opción, examine los límites propuestos para los raíles en L4; en la primera, examine cómo las pistas o vertidos de alimentación compiten con el enrutamiento de señales y el cobre de referencia.
Inspeccione las transiciones entre capas. Una ruta que cambia de capa también cambia el entorno de su corriente de retorno. Compruebe el camino completo alrededor de cada transición, no solo la vía de señal.

Por ejemplo, si una ruta crítica pasa de L1 a L6, su capa contigua designada para masa cambia de L2 a L5. Una conexión de masa propuesta cerca de la transición puede ayudar a proporcionar un camino de retorno, pero su idoneidad depende del cobre real, la ubicación de las vías y la geometría. Del mismo modo, una transición que implique una referencia de alimentación requiere un camino de CA adecuado entre ese cobre de alimentación y masa.

Para una transición de masa a masa, esquematice conjuntamente las conexiones de señal y de masa:

                 signal via    ground via
L1  signal  ---------+             |
                     |             |
L2  ground  ---------|-------------+
                     |             |
L3  inner copper     |             |
                     |             |
L4  inner copper     |             |
                     |             |
L5  ground  ---------|-------------+
                     |             |
L6  signal           +---------    |

La conexión vertical de masa representa una vía metalizada cercana que une el cobre de L2 y L5 perteneciente a la misma red de masa. El dibujo no muestra las separaciones, las demás capas atravesadas por las vías ni el camino completo de la corriente. Compruebe la conectividad real de los planos, la ubicación de las vías, las áreas de aislamiento alrededor de ellas y la geometría de las redes críticas. La presencia de la vía por sí sola no garantiza un camino de retorno adecuado.

La mejor opción es la que permite acomodar las rutas y los raíles del ejemplo después de estas comprobaciones, con una geometría confirmada por el fabricante. El orden conceptual de las capas por sí solo no permite determinarlo.

Para más información sobre la planificación del cobre de masa y alimentación, consulte diseño de masa y alimentación en PCB. La guía de diseño de PCB de alta velocidad trata las consideraciones de enrutamiento y caminos de retorno para señales críticas.

Lista de comprobación para cada red crítica

Utilice esta lista para cada red crítica, incluida cada sección situada en una capa diferente:

Capa de señal: ¿Qué capa lleva la ruta y dónde cambia de capa?
Referencia contigua: ¿A qué cobre de masa o alimentación contiguo puede acoplarse la ruta? Para L3 en S-G-S-P-G-S, considere ambas capas contiguas.
Cobertura real: ¿Está presente el cobre correspondiente a lo largo de la ruta, en lugar de simplemente haberse asignado una función de masa o alimentación a la capa?
Huecos y límites: ¿Las separaciones, los huecos en el cobre o los límites entre raíles interrumpen o modifican la referencia disponible?
Camino de retorno en la transición: ¿Cómo puede circular la corriente de retorno cuando la señal cambia de capa o de cobre de referencia? Si interviene la alimentación, ¿qué proporciona el camino de CA hacia masa?
Geometría confirmada por el fabricante: ¿Se han confirmado el cobre, las separaciones, los materiales y las tolerancias de fabricación reales para la construcción propuesta?
Verificación: ¿Qué análisis, comprobaciones o mediciones se han acordado para la red y la construcción, y quién revisará los resultados?

Un diagrama de capas por sí solo no responde a estas preguntas.

Confirme la construcción antes de fijar las dimensiones

Envíe la configuración preferida al fabricante como propuesta inicial. Solicite un apilamiento fabricable con materiales, espesor de placa, cobre, separaciones y tolerancias específicos para el proyecto; después, compare la construcción propuesta por el fabricante con las hipótesis relativas a las redes críticas.

Compruebe que los espesores sumen el total previsto

Este ejemplo aritmético utiliza seis capas de cobre de 0.035 mm nominales. Ilustra una comprobación de espesor para la primera configuración de funciones de capa; no es una construcción estándar de APTPCB, una garantía del espesor de la placa terminada ni un diseño de impedancia.

De arriba abajo	Espesor nominal (mm)
Cobre de señal de L1	0.035
Dieléctrico L1–L2	0.100
Cobre de masa de L2	0.035
Dieléctrico L2–L3	0.200
Cobre de señal de L3	0.035
Dieléctrico L3–L4	0.500
Cobre de señal de L4	0.035
Dieléctrico L4–L5	0.200
Cobre de masa de L5	0.035
Dieléctrico L5–L6	0.100
Cobre de señal de L6	0.035
Total nominal	1.310

El cálculo es 6 × 0.035 mm de cobre más 1.100 mm de dieléctrico. Excluye la máscara de soldadura, el acabado superficial y las variaciones debidas a la metalización y la fabricación. La distribución real del cobre, la construcción dieléctrica, la reducción de espesor durante el prensado y las tolerancias requieren la revisión del fabricante. Esta tabla por sí sola no proporciona ni una anchura de pista ni un valor de impedancia.

Trate también la simetría de la construcción real. Es una consideración de fabricación que conviene revisar, pero un esquema de capas nominalmente simétrico no garantiza que no se produzca alabeo.

Si la impedancia forma parte del proyecto, acuerde con el fabricante el valor objetivo, la tolerancia y el método de verificación. Un cupón de prueba puede servir para una comprobación de impedancia acordada para la construcción; no verifica todas las rutas de la placa terminada. Consulte cómo leer un informe TDR de un cupón de impedancia para interpretar estos resultados.

Documente las funciones finales de las capas y las hipótesis que afectan a las rutas críticas junto con la construcción confirmada. La guía de documentación del apilamiento aborda la entrega al fabricante con más detalle.

Para tratar una construcción propuesta, solicite un presupuesto o póngase en contacto con APTPCB y proporcione la configuración de capas, los requisitos de las redes críticas y las cuestiones que aún requieran confirmación del fabricante.

Referencias técnicas

Los documentos de Texas Instruments SCAA082A y SPRU889 son referencias primarias pertinentes para la disposición de PCB de alta velocidad y las consideraciones sobre interfaces. Aplique sus recomendaciones al circuito real y a la construcción confirmada, en lugar de tratar cualquiera de las configuraciones conceptuales anteriores como una especificación definitiva.