Tutorial de PCB de doble capa

Las placas de circuito impreso de doble cara son el estándar para la mayoría de la electrónica moderna, ofreciendo un equilibrio entre complejidad y costo. Este tutorial de PCB de doble capa cubre todo el ciclo de vida, desde la definición inicial hasta la validación final de fabricación. A diferencia de las placas más simples, los diseños de doble capa requieren una alineación precisa entre las capas de cobre superior e inferior utilizando orificios pasantes metalizados (vías). APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB) se especializa en la fabricación de estas placas con alta precisión para asegurar que su diseño funcione exactamente como se pretende.

Puntos Clave

Definición: Una PCB de doble capa tiene cobre conductor en ambos lados del sustrato, conectado por vías.
Conectividad: Las vías son el componente crítico que distingue estas placas de las opciones de una sola capa.
Flujo de Diseño: El proceso va desde la captura esquemática hasta el diseño, el enrutamiento y la generación de archivos.
Validación: Las Verificaciones de Reglas de Diseño (DRC) y el Diseño para Fabricación (DFM) son obligatorios antes de la producción.
Factor de Costo: Son ligeramente más caras que las placas de una sola capa, pero significativamente más baratas que las pilas multicapa.
Error Común: Descuidar la relación de aspecto de las vías puede llevar a fallas de fabricación.
Salida: El paso final es generar los archivos Gerber y los datos de perforación para el fabricante.

Qué significa realmente un tutorial de PCB de doble capa (alcance y límites)

Comprender la definición central es el primer paso antes de sumergirse en métricas complejas. Una PCB de doble capa consiste en un sustrato no conductor (generalmente FR4) intercalado entre dos capas de cobre. Mientras que los conceptos básicos de las PCB de una sola capa se centran en enrutar todo en una superficie sin cruzar pistas, los diseños de doble capa permiten que las pistas se crucen entre sí saltando al lado opuesto a través de vías.

El alcance de este tutorial incluye la estructura física y el proceso de diseño digital. Cubre cómo gestionar la capa superior (lado de los componentes) y la capa inferior (lado de la soldadura). También aborda el papel crítico del "apilamiento" (stackup), que define el grosor del material del núcleo y el peso del cobre. Dominar este tutorial permite a los ingenieros diseñar circuitos más densos que caben en carcasas más pequeñas.

Métricas importantes (cómo evaluar la calidad)

Una vez definido el alcance, debe cuantificar la calidad y la capacidad de fabricación de la placa. Las siguientes métricas determinan si un diseño es viable para los procesos de producción estándar.

Métrica	Por qué es importante	Rango típico o factores influyentes	Cómo medir
Ancho / Espaciado de Pistas	Previene cortocircuitos y asegura la capacidad de corriente.	4mil a 6mil para estándar; más ancho para potencia.	Verificación de Reglas de Diseño (DRC) de CAD.
Relación de Aspecto de Vía	Asegura que la solución de chapado pueda fluir a través del orificio durante la fabricación.	1:8 a 1:10 (Diámetro del Orificio : Espesor de la Placa).	Divida el espesor de la placa por el diámetro de la broca.
Peso del Cobre	Determina la capacidad de transporte de corriente y la gestión térmica.	1oz (35µm) es estándar; 2oz+ para potencia.	Especificado en la documentación de la pila.
Anillo Anular	Garantiza que la broca golpee el centro de la almohadilla sin romper la conexión.	Mínimo de 4mil a 6mil dependiendo de la clase.	Mida desde el borde del orificio hasta el borde de la almohadilla.
Control de Impedancia	Crítico para señales de alta velocidad para evitar la pérdida de datos.	Tolerancia de ±10% (p. ej., 50Ω o 90Ω).	Simulación TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo).
Alabeo y Torsión	Afecta el ensamblaje, especialmente para componentes de montaje superficial.	< 0.75% para SMT; < 1.5% para orificio pasante.	Coloque sobre una superficie plana y mida la altura del espacio.

Guía de selección por escenario (compromisos)

Las métricas proporcionan los datos, pero el contexto de la aplicación dicta qué números debe elegir. Diferentes escenarios requieren priorizar atributos específicos sobre otros.

1. Prototipado Rápido

Prioridad: Velocidad y bajo costo.
Compromiso: Utilice especificaciones estándar (p. ej., traza de 6mil, vía de 0.3mm) para evitar tarifas de ingeniería personalizadas.
Recomendación: Adhiérase al material estándar FR4 TG130.

2. Unidades de Fuente de Alimentación (PSU)

Prioridad: Manejo de corriente y disipación de calor.
Compromiso: Mayor costo para cobre pesado (2oz o 3oz).
Recomendación: Aumentar significativamente el ancho de la pista y usar vías térmicas.

3. Electrónica de Consumo (IoT)

Prioridad: Tamaño e integridad de la señal.
Compensación: Tolerancias más estrictas aumentan la dificultad de fabricación.
Recomendación: Usar vías más pequeñas y una cuidadosa adaptación de impedancia para las antenas.

4. Controladores Industriales

Prioridad: Durabilidad e inmunidad al ruido.
Compensación: Robustez sobre miniaturización.
Recomendación: Usar un espaciado más amplio para evitar arcos y materiales de alta TG para resistencia a la temperatura.

5. Aplicaciones Automotrices

Prioridad: Fiabilidad bajo vibración y ciclos térmicos.
Compensación: Las pruebas de validación estrictas aumentan el tiempo de entrega.
Recomendación: Requerir la fabricación estándar IPC Clase 3.

6. Alta Frecuencia / RF

Prioridad: Pureza de la señal.
Compensación: Materiales de sustrato caros (como Rogers o Teflón).
Recomendación: Controlar estrictamente la constante dieléctrica; el FR4 estándar puede variar demasiado.

Del diseño a la fabricación (puntos de control de implementación)

Después de seleccionar el escenario correcto, debe ejecutar la fase de diseño metódicamente. Esta sección del tutorial de PCB de doble capa describe los puntos de control específicos para pasar del concepto a una placa física.

1. Captura de Esquemas

Recomendación: Asegurarse de que cada pin esté conectado lógicamente.
Riesgo: Las redes no conectadas resultan en pistas faltantes.
Aceptación: Ejecute una Verificación de Reglas Eléctricas (ERC) en su software CAD.

2. Colocación de Componentes

Recomendación: Agrupe los componentes relacionados para minimizar la longitud de las pistas.
Riesgo: La colocación dispersa aumenta el ruido y la dificultad de enrutamiento.
Aceptación: Inspección visual de las líneas "ratsnest" para un cruce mínimo.

3. Nomenclatura de Capas de la Pila de PCB

Recomendación: Utilice convenciones estándar (Top, Bottom, Silk_Top, Mask_Top).
Riesgo: El fabricante confunde el lado de soldadura con el lado de los componentes.
Aceptación: Verifique que los nombres de las capas coincidan con los requisitos del fabricante.

4. Enrutamiento y Vías

Recomendación: Enrute la alimentación y la tierra primero, luego las señales críticas.
Riesgo: Quedarse sin espacio para los planos de alimentación.
Aceptación: Estado de enrutamiento al 100% en las herramientas CAD.

5. Relleno de Cobre (Plano de Tierra)

Recomendación: Rellene los espacios vacíos en ambas capas con cobre de tierra.
Riesgo: Las "islas" de cobre no conectado pueden actuar como antenas.
Aceptación: Verifique que todos los rellenos estén conectados a la red de tierra.

6. Limpieza de la Serigrafía

Recomendación: Aleje el texto de las almohadillas y las vías.
Riesgo: La tinta en las almohadillas impide la soldadura.
Aceptación: Verificación visual de que ningún texto se superpone a las áreas soldables.

7. Tutorial de Archivo de Perforación (Generación)

Recomendación: Exporte los archivos de perforación NC en formato Excellon.
Riesgo: Coordenadas no coincidentes entre los orificios de perforación y las almohadillas de cobre.
Aceptación: Cargar los archivos de perforación y Gerbers en un visor para verificar la alineación.

8. Verificación de Reglas de Diseño (DRC)

Recomendación: Establecer reglas basadas en las capacidades de su fabricante (por ejemplo, reglas estándar de APTPCB).
Riesgo: Falla de fabricación debido a que las pistas están demasiado cerca.
Aceptación: Cero errores en el informe final de DRC.

9. Exportación Gerber

Recomendación: Exportar en formato RS-274X que incluye definiciones de apertura.
Riesgo: Capas faltantes o formas indefinidas.
Aceptación: Usar un Visor Gerber para inspeccionar cada capa.

10. Revisión DFM

Recomendación: Enviar archivos para una verificación previa a la producción.
Riesgo: Problemas ocultos como trampas de ácido o astillas.
Aceptación: Informe de aprobación del ingeniero CAM.

Errores comunes (y el enfoque correcto)

Incluso con una lista de verificación, los diseñadores a menudo caen en trampas específicas durante la fase de implementación. Evitar estos errores ahorra tiempo y reduce el desperdicio.

Reflejar Componentes Incorrectamente:
- Error: Colocar componentes en la capa inferior sin reflejar la huella.
- Corrección: Siempre use el comando "Voltear" o "Reflejar" en CAD al mover piezas a la parte inferior.
Ignorar las Trampas de Ácido:
- Error: Enrutar pistas en ángulos agudos (menos de 90 grados).
- Corrección: Usar ángulos de 45 grados para evitar que el ácido se acumule durante el grabado.
Espacio Insuficiente en el Borde:

Error: Colocar el cobre demasiado cerca del borde de la placa.
- Corrección: Mantener el cobre al menos a 0.3mm (12mil) del borde para evitar daños por corte.

Faltan presas de máscara de soldadura:
- Error: Colocar las almohadillas tan cerca que la máscara entre ellas sea demasiado delgada para imprimir.
- Corrección: Asegurar suficiente espacio para una "presa" que evite el puenteo de soldadura.
Símbolos de perforación ambiguos:
- Error: Usar el mismo símbolo para diferentes tamaños de orificio en la documentación.
- Corrección: Generar una tabla de perforación clara con símbolos únicos para cada tamaño de herramienta.
Excesiva dependencia de los autorrutadores:
- Error: Confiar en el software para enrutar rutas críticas de energía o señal.
- Corrección: Enrutar manualmente las líneas sensibles; usar autorrutadores solo para conexiones no críticas.
Descuidar los alivios térmicos:
- Error: Conectar las almohadillas directamente a grandes planos de cobre.
- Corrección: Usar radios de alivio térmico para facilitar la soldadura.
Escalado de archivo incorrecto:
- Error: Exportar Gerbers a una escala diferente de 1:1.
- Corrección: Siempre verificar que la configuración de exportación esté en escala 1:1.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Cuál es el grosor estándar para una PCB de doble capa? R: El estándar de la industria es 1.6mm (0.062 pulgadas), pero los grosores que van de 0.4mm a 3.2mm son comunes dependiendo de la aplicación.

P: ¿Puedo usar una PCB de doble capa para señales de alta velocidad? A: Sí, siempre que mantenga un plano de tierra continuo en un lado para controlar la impedancia y proporcionar una ruta de retorno.

Q: ¿Cómo se compara el costo con las placas de una sola capa? A: Las placas de doble capa son ligeramente más caras debido al proceso de chapado para las vías, pero la diferencia es insignificante para volúmenes pequeños a medianos.

Q: ¿Qué archivos necesito enviar para la fabricación? A: Normalmente necesita archivos Gerber para todas las capas de cobre, máscara y serigrafía, además de un archivo de perforación NC y una lista de red IPC.

Q: ¿Cuál es el tamaño mínimo de vía que APTPCB puede fabricar? A: Las brocas mecánicas estándar bajan a 0.2mm o 0.15mm. Las brocas láser (para HDI) pueden ser más pequeñas pero cuestan más.

Q: ¿Necesito una máscara de soldadura en ambos lados? A: Sí, para las placas de doble capa, la máscara de soldadura se aplica generalmente en ambos lados para proteger las pistas y evitar puentes.

Q: ¿Cómo manejo la alta corriente en una placa de doble capa? A: Use pistas más anchas, cobre más pesado (2oz o 3oz), y deje la máscara de soldadura fuera de las pistas de alta corriente para agregar soldadura durante el ensamblaje.

Q: ¿Cuál es la diferencia entre orificios chapados y no chapados? A: Los orificios chapados (PTH) tienen cobre en el interior para conectar las capas; los orificios no chapados (NPTH) son para tornillos de montaje y no conducen electricidad.

Q: ¿Puedo reparar una pista rota en una placa de doble capa? A: Sí, generalmente soldando un cable puente (cable magneto) entre los dos puntos conectados.

Q: ¿Por qué mi archivo de perforación no se alinea con mi archivo Gerber? A: Esto a menudo se debe a diferentes formatos de coordenadas (p. ej., 2:4 vs 2:5) o a la configuración de supresión de ceros. Siempre verifique en un visor.

Páginas y herramientas relacionadas

Para asegurar que su conocimiento del tutorial de PCB de doble capa se traduzca en un producto exitoso, utilice los recursos adecuados.

Servicios de Fabricación de PCB: Explore las capacidades para placas de doble cara estándar y avanzadas.
Directrices DFM: Reglas de diseño detalladas para asegurar que su placa sea fabricable.
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Glosario (términos clave)

Término	Definición
Vía	Un orificio chapado que conecta pistas de cobre en diferentes capas.
Pad	Área de cobre expuesta para soldar los pines de los componentes.
FR4	El sustrato de epoxi de fibra de vidrio ignífugo más común.
Máscara de Soldadura	Recubrimiento protector (generalmente verde) que evita puentes de soldadura.
Serigrafía	Capa de tinta utilizada para etiquetas de componentes y logotipos.
Archivo Gerber	El formato vectorial estándar utilizado para describir imágenes de PCB.
Archivo de Perforación NC	Un archivo que contiene coordenadas y tamaños de herramientas para perforar orificios.
HASL	Nivelación de Soldadura por Aire Caliente; un acabado de superficie común.
ENIG	Níquel Químico Oro de Inmersión; un acabado plano y resistente a la corrosión.
DRC	Verificación de Reglas de Diseño; verificación por software de las restricciones de diseño.
Lista de conexiones	Una lista de todas las conexiones eléctricas en el diseño.
Apilamiento	La disposición de las capas de cobre y aislamiento en la PCB.
Nido de ratas	Líneas visuales en CAD que muestran conexiones sin enrutar.
Separación	La distancia mínima requerida entre dos elementos conductores.

Conclusión (próximos pasos)

Dominar el proceso del tutorial de PCB de doble capa es esencial para cualquier ingeniero electrónico. Al comprender las métricas, seleccionar los parámetros de diseño correctos y validar rigurosamente sus archivos, asegura una transición fluida del prototipo a la producción. Las placas de doble capa ofrecen la versatilidad necesaria para la mayoría de las aplicaciones, desde controladores simples hasta complejos dispositivos IoT.

Cuando esté listo para fabricar, asegúrese de tener listos sus archivos Gerber, datos de perforación y especificaciones de apilamiento. APTPCB está equipado para manejar sus requisitos con precisión y velocidad. Realice siempre una verificación DFM final antes de la presentación para evitar retrasos. Comience su proyecto hoy revisando su diseño según los puntos de control enumerados anteriormente.