Ventajas y Aplicaciones de las Placas de Circuito Impreso Multicapa

LA PCB MULTICAPA ES UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO QUE TIENE MÁS DE DOS CAPAS.

A diferencia de una placa de circuito impreso de doble cara que sólo tiene dos capas de material conductor, todas las placas de circuito impreso multicapa deben tener al menos tres capas de material conductor que están enterradas en el centro del material.

Las placas de circuito impreso (PCB) son el núcleo de la mayor parte de la electrónica actual, y determinan las funciones básicas mediante combinaciones de componentes y mecanismos de cableado. La mayoría de las placas de circuito impreso del pasado eran relativamente sencillas y estaban limitadas por las técnicas de fabricación, mientras que las actuales son mucho más complejas. Desde opciones flexibles avanzadas hasta variedades con formas extrañas, las placas de circuito impreso son mucho más variadas en el mundo de la electrónica actual. Sin embargo, son especialmente populares las placas de circuito impreso multicapa.

Mientras que las placas de circuito impreso para aparatos electrónicos sencillos con funciones limitadas suelen estar compuestas por una sola capa, los aparatos electrónicos más sofisticados, como las placas base de los ordenadores, constan de varias capas. Esto es lo que se denomina placas de circuito impreso multicapa. Con la creciente complejidad de la electrónica moderna, estas placas de circuito impreso multicapa se han extendido más que nunca, al tiempo que las técnicas de fabricación han permitido reducir su tamaño de forma significativa.

Siga leyendo para saber más sobre las placas de circuito impreso multicapa, sus usos y ventajas en el mundo de la electrónica moderna.

¿Qué es una placa de circuito impreso multicapa?

La definición de placa de circuito impreso multicapa es una placa de circuito impreso que se fabrica con tres o más capas de lámina de cobre conductoras. Se trata de varias capas de circuitos impresos de doble cara, laminadas y pegadas entre sí con capas de aislamiento protector del calor entre ellas. Toda la construcción está dispuesta de manera que dos capas se colocan en los lados de la superficie de la placa de circuito impreso para conectarse con el entorno. Todas las conexiones eléctricas entre las capas se consiguen con vías, como agujeros pasantes, vías ciegas y enterradas. La aplicación de este método permite generar placas de circuito impreso muy complejas y de distintos tamaños.

La placa de circuito impreso multicapa surgió debido a la evolución de la industria electrónica. Las funciones de la electrónica se han vuelto progresivamente más sofisticadas con el paso del tiempo, lo que ha hecho necesario crear placas de circuito impreso más complejas. Por desgracia, las placas de circuito impreso estaban limitadas por problemas como el ruido, la capacitancia parásita y la diafonía, por lo que debían seguir ciertas restricciones de diseño. Estas consideraciones de diseño hacían difícil obtener un nivel de rendimiento satisfactorio de una placa de circuito impreso de una o incluso de dos caras, y así nació la placa de circuito impreso multicapa.

Al reunir la potencia de una placa de circuito impreso de doble capa en un formato que supone una fracción del tamaño, las placas de circuito impreso multicapa son cada vez más populares en la electrónica. Vienen en una amplia gama de tamaños y grosores para adaptarse a las necesidades de sus aplicaciones en expansión, con variantes que van desde cuatro a doce capas. Las capas suelen venir en número par, ya que las impares pueden causar problemas en el circuito, como deformaciones, y su producción no es más rentable. La mayoría de las aplicaciones requieren entre cuatro y ocho capas, aunque las aplicaciones como los dispositivos móviles y los teléfonos inteligentes tienden a utilizar alrededor de doce capas, y algunos fabricantes profesionales de placas de circuito impreso se jactan de poder producir placas de circuito impreso multicapa con casi 100 capas. Sin embargo, es raro ver placas de circuito impreso multicapa con ese número de capas, ya que son muy poco rentables.

Aunque su producción suele ser más cara y requiere más mano de obra, las placas de circuito impreso multicapa se están convirtiendo en una parte esencial de la tecnología moderna. Esto se debe principalmente a la gran cantidad de ventajas que ofrecen, sobre todo en comparación con las variedades de una y dos capas.

Ventajas de las placas de circuito impreso multicapa

Desde un punto de vista técnico, las placas de circuito impreso multicapa presentan varias ventajas en el diseño. Estas ventajas que presentan las placas de circuito impreso multicapa son

• Tamaño reducido: Una de las ventajas más destacadas y alabadas del uso de las placas de circuito impreso multicapa reside en su tamaño. Debido a su diseño en capas, las placas de circuito impreso multicapa son intrínsecamente más pequeñas que otras placas de circuito impreso con una funcionalidad similar. Esto supone una gran ventaja para la electrónica moderna, ya que la tendencia actual es trabajar hacia aparatos más pequeños y compactos, pero más potentes, como los smartphones, los ordenadores portátiles, las tabletas y los wearables.
• Construcción ligera: Unas placas de circuito impreso más pequeñas conllevan un menor peso, sobre todo porque se eliminan los múltiples conectores necesarios para interconectar placas de circuito impreso separadas de una o dos capas en favor de un diseño multicapa. Esto, de nuevo, es beneficioso para la electrónica moderna, que se orienta más hacia la movilidad.
• Alta calidad: Debido a la cantidad de trabajo y planificación que hay que realizar en la creación de las placas de circuito impreso multicapa, este tipo de placas tienden a ser de mejor calidad que las de una o dos capas. También tienden a ser más fiables como resultado.
• Mayor durabilidad: Las placas de circuito impreso multicapa tienden a ser duraderas por su naturaleza. Estas placas de circuito impreso multicapa no sólo tienen que soportar su propio peso, sino que también deben ser capaces de soportar el calor y la presión que se emplean para unirlas. Además de estos factores, las placas de circuito impreso multicapa utilizan múltiples capas de aislamiento entre las capas del circuito, uniéndolo todo con un agente de unión preimpregnado y materiales de protección.
• Mayor flexibilidad: Aunque esto no se aplica a todos los conjuntos de PCB multicapa, algunos utilizan técnicas de construcción flexibles, lo que da lugar a una PCB multicapa flexible. Esto puede ser un rasgo muy deseable para aplicaciones en las que pueden producirse leves dobleces y flexiones de forma semirregular. De nuevo, esto no se aplica a todas las placas de circuito impreso multicapa, y cuantas más capas se incorporen a una placa de circuito impreso flexible, menos flexible será ésta.
• Más potente: Las placas de circuito impreso multicapa son conjuntos de altísima densidad que incorporan múltiples capas en una sola placa. Esta proximidad permite que las placas sean más conectivas, y sus propiedades eléctricas innatas les permiten alcanzar una mayor capacidad y velocidad a pesar de su menor tamaño.
• Un solo punto de conexión: Las placas de circuito impreso multicapa están diseñadas para funcionar como una unidad singular, en lugar de en tándem con otros componentes de la placa. Como resultado, tienen un único punto de conexión, en lugar de los múltiples puntos de conexión que requiere el uso de varias placas de circuito impreso de una sola capa. Esto resulta ser una ventaja también en el diseño de productos electrónicos, ya que sólo necesitan incluir un único punto de conexión en el producto final. Esto es especialmente beneficioso para los aparatos electrónicos pequeños y los aparatos diseñados para minimizar el tamaño y el peso.

Estas ventajas hacen que las placas de circuito impreso multicapa sean muy útiles en una gran variedad de aplicaciones, sobre todo en los dispositivos móviles y la electrónica de alto rendimiento. A su vez, con tantas industrias que recurren a soluciones móviles, las placas de circuito impreso multicapa están encontrando un lugar en un número cada vez mayor de aplicaciones específicas de la industria.

Desventajas de las placas de circuito impreso multicapa

Las ventajas de las placas de circuito impreso multicapa son numerosas, lo que las hace aplicables a una gran variedad de tecnologías avanzadas. Sin embargo, este tipo de placas de circuito impreso no son adecuadas para todas las aplicaciones. De hecho, hay varios inconvenientes que pueden superar las ventajas de las placas de circuito impreso multicapa, especialmente en el caso de la electrónica de menor coste y complejidad. Entre estos inconvenientes se encuentran los siguientes

• Mayor coste: Las placas de circuito impreso multicapa son significativamente más caras que las de una o dos capas en todas las fases del proceso de fabricación. Son difíciles de diseñar, por lo que se necesita una gran cantidad de tiempo para resolver cualquier problema potencial. También requieren un proceso de fabricación muy complejo para producirlas, lo que supone una gran cantidad de tiempo y trabajo por parte del personal de montaje. Además, debido a la naturaleza de estas placas de circuito impreso, cualquier error en el proceso de fabricación o montaje es prohibitivamente difícil de reelaborar, lo que se traduce en costes adicionales de mano de obra o gastos de material de desecho. Por si fuera poco, el equipo utilizado para producir placas de circuito impreso multicapa es bastante caro porque todavía es una tecnología relativamente nueva. Por todas estas razones, a menos que el tamaño pequeño sea una necesidad absoluta para la aplicación, las alternativas más baratas pueden ser una mejor opción en general.
• Producción complicada: Las placas de circuito impreso multicapa son más difíciles de producir y requieren mucho más tiempo de diseño y técnicas de fabricación cuidadosas que otros tipos de placas. Esto se debe a que incluso pequeños fallos en el diseño o la fabricación de la placa de circuito impreso podrían inutilizarla.
• Disponibilidad limitada: Uno de los mayores problemas de las placas de circuito impreso multicapa son los gastos de la maquinaria necesaria para producirlas. No todos los fabricantes de PCB tienen los fondos o la necesidad de esta maquinaria, por lo que no todos los fabricantes de PCB la tienen. Esto limita el número de fabricantes de PCB disponibles para producir PCB multicapa para los clientes. Por lo tanto, es mejor informarse cuidadosamente de la capacidad de un fabricante de PCB en términos de PCB multicapa antes de decidirlo como su fabricante por contrato.
• Se requiere un diseñador cualificado: Como se ha comentado anteriormente, las placas de circuito impreso multicapa requieren un diseño exhaustivo de antemano. Sin experiencia previa, esto puede ser problemático. Las placas multicapa requieren interconexión entre capas, pero deben mitigar simultáneamente los problemas de diafonía e impedancia. Un solo problema en el diseño puede dar lugar a una placa que no funcione.
• Tiempo de producción: Con el aumento de la complejidad vienen más requisitos de fabricación. Esto juega a favor de la tasa de rotación de las placas de circuito impreso multicapa: cada placa requiere una cantidad de tiempo considerable para su producción, lo que se traduce en más costes de mano de obra. Además, posiblemente conlleve periodos más largos entre el momento en que se realiza un pedido y la recepción del producto, lo que puede ser un problema en algunas circunstancias.

Sin embargo, estos problemas no disminuyen la utilidad de las placas de circuito impreso multicapa. Aunque tienden a costar más que una placa de circuito impreso de una sola capa, una placa de circuito impreso multicapa presenta muchas ventajas sobre este tipo de placa.

Ventajas de las placas de circuito impreso multicapa sobre las alternativas de una sola capa

Si se comparan con las alternativas de una sola capa, las ventajas de las placas de circuito impreso multicapa son aún más pronunciadas. Algunas de las principales mejoras que ofrecen las placas de circuito impreso multicapa son las siguientes

• Mayor densidad de montaje: Mientras que la densidad de las placas de circuito impreso de una sola capa está limitada por su superficie, las placas de circuito impreso multicapa multiplican su densidad mediante la estratificación. Esta mayor densidad permite una mayor funcionalidad, mejorando la capacidad y la velocidad a pesar del menor tamaño de la PCB.
• Menor tamaño: En general, las placas de circuito impreso multicapa tienen un tamaño menor que las de una sola capa. Mientras que las placas de circuito impreso de una sola capa deben aumentar la superficie del circuito aumentando su tamaño, las placas de circuito impreso multicapa aumentan la superficie mediante la adición de capas, disminuyendo el tamaño total. Esto permite utilizar las placas de circuito impreso multicapa de mayor capacidad en dispositivos más pequeños, mientras que las placas de circuito impreso monocapa de gran capacidad deben instalarse en productos más grandes.
• Mayor ligereza: La integración de los componentes en una placa de circuito impreso multicapa implica una menor necesidad de conectores y otros componentes, lo que se traduce en una solución ligera para aplicaciones eléctricas complejas. Las placas de circuito impreso multicapa pueden realizar la misma cantidad de trabajo que varias placas de circuito impreso de una sola capa, pero lo hacen con un tamaño menor y con menos componentes de conexión, lo que reduce el peso. Esta es una consideración esencial para los aparatos electrónicos más pequeños en los que el peso es una preocupación.
• Funcionalidad de diseño mejorada: En general, las placas de circuito impreso multicapa son capaces de ser más que la media de las placas de circuito impreso de una sola capa. Con una mayor incorporación de características de impedancia controlada, un mayor apantallamiento contra la EMI y una calidad de diseño mejorada en general, las placas de circuito impreso multicapa pueden lograr más a pesar de su menor tamaño y peso.

Entonces, ¿qué significan estos factores a la hora de decidir entre una construcción multicapa y una monocapa? Esencialmente, si lo que busca es producir un dispositivo pequeño, ligero y complejo en el que la calidad es esencial, una PCB multicapa es probablemente su mejor opción. Sin embargo, si el tamaño y el peso no son factores primordiales en el diseño de su producto, entonces un diseño de PCB de una o dos capas puede ser más rentable.

Aplicaciones de las placas de circuito impreso multicapa

Las ventajas y comparaciones comentadas anteriormente suscitan la pregunta: ¿qué uso tienen las placas de circuito impreso multicapa en el mundo real? La respuesta es casi cualquier uso.

Para numerosas industrias, las placas de circuito impreso multicapa se han convertido en la opción preferida para una gran variedad de aplicaciones. Gran parte de esta preferencia se debe al continuo impulso de toda la tecnología hacia la movilidad y la funcionalidad. Las placas de circuito impreso multicapa son el paso lógico en esta progresión, ya que consiguen una mayor funcionalidad a la vez que reducen el tamaño. Como tales, se han convertido en algo bastante omnipresente, utilizándose en muchas tecnologías, entre ellas

• Electrónica de consumo: La electrónica de consumo es un término amplio que se utiliza para cubrir una amplia gama de productos utilizados por el público en general. Suele incluir productos que se utilizan a diario, como los teléfonos inteligentes y los microondas. Cada uno de estos productos electrónicos de consumo contiene una placa de circuito impreso, pero una proporción cada vez mayor de ellos utiliza placas de circuito impreso multicapa en lugar de las capas simples estándar. ¿Por qué? La mayor parte de la razón radica en las tendencias de los consumidores. La gente del mundo moderno tiende a preferir los aparatos multifunción y los dispositivos inteligentes que se integran con el resto de su vida. Desde los mandos a distancia universales hasta los smartwatches, este tipo de dispositivos son bastante comunes en el mundo moderno. También tienden a utilizar placas de circuito impreso multicapa por su mayor funcionalidad y menor tamaño.
• Electrónica informática: Todo, desde los servidores hasta las placas base, utiliza placas de circuito impreso multicapa, principalmente por sus atributos de ahorro de espacio y alta funcionalidad. En estas aplicaciones, el rendimiento es una de las características más esenciales de una placa de circuito impreso, mientras que el coste ocupa un lugar relativamente bajo en la lista de prioridades. Por ello, las placas de circuito impreso multicapa son una solución ideal para muchas tecnologías de esta industria.
• Telecomunicaciones: Los dispositivos de telecomunicaciones suelen utilizar las placas de circuito impreso multicapa en numerosas aplicaciones generales, como la transmisión de señales, el GPS y las aplicaciones por satélite. La razón de ello radica principalmente en su durabilidad y funcionalidad. Las placas de circuito impreso para aplicaciones de telecomunicaciones suelen utilizarse en dispositivos móviles o en torres al aire libre. En estas aplicaciones, la durabilidad es esencial sin dejar de mantener un alto nivel de funcionalidad.
• Industrial: Las placas de circuito impreso multicapa resultan ser más duraderas que otras opciones del mercado, lo que las convierte en una buena opción para aplicaciones en las que la manipulación brusca puede ser algo cotidiano. Por ello, las placas de circuito impreso multicapa se han hecho populares en varias aplicaciones industriales, entre las que destacan los controles industriales. Desde los ordenadores industriales hasta los sistemas de control, las placas de circuito impreso multicapa se utilizan en todas las aplicaciones industriales y de fabricación para hacer funcionar la maquinaria, favorecidas por su durabilidad, así como por su pequeño tamaño y funcionalidad.
• Dispositivos médicos: La electrónica se está convirtiendo en una parte cada vez más esencial de la industria sanitaria, funcionando en todos los rincones del sector, desde el tratamiento hasta el diagnóstico. Las placas de circuito impreso multicapa se ven especialmente favorecidas en la industria médica por su pequeño tamaño, su ligereza y su impresionante funcionalidad en comparación con las alternativas de una sola capa. Estas ventajas han hecho que las placas de circuito impreso multicapa se utilicen en modernos equipos de rayos X, monitores cardíacos, equipos de tomografía computarizada y dispositivos de pruebas médicas, etc.
• Militar y de defensa: Favorecidas por su durabilidad, funcionalidad y bajo peso, las placas de circuito impreso multicapa son útiles en circuitos de alta velocidad, lo que se está convirtiendo en una prioridad creciente para las aplicaciones militares. También se ven favorecidos por el creciente movimiento de la industria de la defensa hacia diseños de ingeniería muy compactos, ya que el pequeño tamaño de las placas de circuito impreso multicapa deja más espacio para que otros componentes desarrollen las funciones existentes.
• Automoción: Los coches dependen cada vez más de los componentes electrónicos en la era moderna, especialmente con el auge de los coches eléctricos. Con todo, desde los GPS y los ordenadores de a bordo hasta los interruptores de los faros y los sensores del motor controlados por la electrónica, el uso de los tipos de componentes adecuados es cada vez más esencial en el diseño de automóviles. Por eso, muchos fabricantes de automóviles empiezan a favorecer las placas de circuito impreso multicapa frente a otras alternativas. Además de ser pequeñas y duraderas, las placas de circuito impreso multicapa son también muy funcionales y relativamente resistentes al calor, lo que las hace idóneas para el entorno interno de un automóvil.
• El sector aeroespacial: Al igual que los coches, los jets y los cohetes dependen en gran medida de la electrónica en la era moderna, que debe ser extremadamente precisa. Desde los ordenadores que se utilizan en tierra hasta los que se emplean en la cabina, las aplicaciones de PCB en el sector aeroespacial deben ser fiables, capaces de soportar las tensiones de los viajes atmosféricos y, al mismo tiempo, dejar espacio suficiente para el resto de los equipos circundantes. Las placas de circuito impreso multicapa presentan una solución ideal en este caso, con muchas capas de protección para evitar que el calor y las tensiones externas dañen las conexiones, así como la capacidad de estar fabricadas con materiales flexibles. Su mayor calidad y funcionalidad también contribuye a esta utilidad en la industria aeroespacial, ya que las empresas del sector prefieren utilizar los mejores materiales posibles para mantener la seguridad de su personal y sus equipos.
• ¡Y mucho más! Las placas de circuito impreso multicapa se utilizan en una gran variedad de otras industrias, como la de la ciencia y la investigación e incluso la de los electrodomésticos y la seguridad. Todo, desde los sistemas de alarma y los sensores de fibra óptica hasta los aceleradores atómicos y los equipos de análisis meteorológico, utilizan placas de circuito impreso multicapa, aprovechando el ahorro de espacio y peso que ofrece este formato de placa de circuito impreso, así como su mayor funcionalidad.

¿Por qué se utilizan tanto las placas de circuito impreso multicapa?

Las aplicaciones específicas enumeradas anteriormente representan sólo una fracción de las placas de circuito impreso multicapa que se aplican en toda la industria. Pero, ¿por qué se utilizan tan ampliamente?

Gran parte del favoritismo hacia las placas de circuito impreso multicapa radica en las tendencias de la industria. Con la electrónica progresando cada vez más hacia la miniaturización y a la vez hacia las opciones multifuncionales, los componentes internos de esa electrónica deben seguir la misma tendencia. Mientras que las placas de circuito impreso de una o dos caras han demostrado ser limitadas en su capacidad para equilibrar el tamaño y la funcionalidad, las placas de circuito impreso multicapa ofrecen una solución integral.

Aunque el uso de placas de circuito impreso multicapa presenta varios inconvenientes respecto a las opciones de una o dos capas, como el aumento de los costes, los tiempos de diseño y los insumos de producción, estos costes son cada vez más aceptados en el mundo actual. La funcionalidad se ve favorecida en gran medida por el coste, y la gente está dispuesta a pagar más por la electrónica de alta capacidad. Además, a medida que la tecnología se generaliza, las técnicas de producción y la maquinaria acabarán siendo menos costosas, especialmente a medida que lleguen nuevas técnicas a la industria.

Con estas tendencias irreversibles y el continuo progreso de la tecnología, muchos esperan ver que las placas de circuito impreso multicapa serán aún más abundantes en el futuro.

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