Directrices para el diseño del stackup de una PCB de 6 capas

En cuanto veas que las PCB de 4 capas se te empiezan a quedar pequeñas, habrá llegado el momento de dar el salto a las placas de 6 capas. Las capas adicionales pueden darte espacio para más señales, para un par de planos adicionales o para una variedad de conductores. La forma en que utilices estas capas adicionales es menos importante que la manera en que las coloques en el stackup o apilado de la placa, así como el enrutamiento que vayas a emplear en esta PCB de 6 capas. Si nunca has utilizado una placa de circuito impreso de 6 capas antes, o has tenido problemas de EMI con este stackup que te han resultado difíciles de resolver, en este artículo encontrarás algunas pautas y prácticas recomendadas para el diseño de PCB de 6 capas.

¿Por qué usar 6 capas en la PCB?

Antes de empezar a diseñar una placa de circuito impreso, creo que es importante considerar las razones por las que podrías querer utilizar una PCB de 6 capas. Existen varias razones más allá del simple hecho de poder agregar más rutas para las señales. La versión más básica de un stackup de 6 capas adoptará el mismo enfoque que uno de tipo SIG/PWR/GND/SIG en una placa de 4 capas y se limitará a poner la señal en las dos capas adicionales en el centro del stackup. En realidad, un SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG es el peor stackup de para una PCB 6 capas desde una perspectiva de EMC y probablemente solo sea apropiado para una placa que funcione a CC.

Algunas de las razones por las que podrías optar por una placa de 6 capas en lugar de por una placa de 4 capas son:

1. Estabas utilizando un stackup SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR de 4 capas y necesitas más espacio para los componentes en la capa de superficie. Al colocar PWR y SIG en las capas interiores se consigue un mayor desacoplamiento con un par de planos PWR/GND.
2. En lo que respecta a las placas de señal mixta, te permite tener una capa de superficie entera dedicada a las interfaces analógicas y dispondrás de una capa interna adicional para un enrutamiento digital más lento.
3. Estás usando una placa de alta velocidad con un alto número de E/S y buscas una buena manera de separar las señales en diferentes capas de la placa. Puedes implementar la misma estrategia que en el primer punto.

En todas estas configuraciones, solo estás añadiendo una capa de señales adicional, no dos. La otra capa está dedicada a un plano GND, a los rieles de alimentación o un plano de alimentación completo. El apilado será el principal factor determinante de EMC y de la integridad de la señal de la placa, así como de tu estrategia de diseño y enrutamiento.

• En este artículo encontrarás más consejos sobre el stackup de PCB de 6 capas y sus características de EMC

Cómo enrutar las señales en una PCB de 6 capas

Antes de empezar a enrutar, veamos el stackup típico de PCB que podrías emplear en una PCB de 6 capas:

En este apilado, las capas superior e inferior están sobre dieléctricos delgados, por lo que estas capas deben utilizarse para señales de impedancia controlada. 10 mils es probablemente el dieléctrico más grueso que deberías utilizar, ya que requerirá un enrutamiento de microstrips con un ancho de 15 a 20 mils, en función de la constante dieléctrica. Si vas a enrutar una interfaz digital con pares diferenciales, el espaciado también permitirá un ancho de pista reducido, lo que hará que puedas enrutar a componentes con pasos más finos. A modo de ejemplo, hemos utilizado una versión del stackup anterior para muchos de nuestros productos de red de pequeño formato compatibles con varios canales Ethernet multigigabit.

Si necesitas utilizar pistas mucho más estrechas en las capas exteriores, solo tienes que disminuir el grosor del dieléctrico exterior (tal vez hasta 4-5 mils) y, luego, añadir algo de grosor al dieléctrico L3-L4 para alcanzar el objetivo de espesor de la placa. El siguiente punto a considerar es cómo enrutar la alimentación en una PCB de 6 placas.

Cómo enrutar la energía en una PCB de 6 capas

En el ejemplo anterior de un stackup de PCB de 6 capas, hay una capa entera dedicada a PWR. Por lo general, esta es una buena idea en una placa de circuito impreso de 6 capas, ya que libera espacio en las superficies para los componentes, y será más fácil llevar la alimentación a esos componentes a través de las vías.

Si quieres un ejemplo, echa un vistazo a la BGA que se muestra a continuación. Esta BGA en particular es la típica de un controlador de interfaz de alta velocidad que requiere mucha corriente a múltiples tensiones, por lo que muchas de las bolas deberán conectarse a la alimentación y a tierra. En sistemas como, por ejemplo, las FPGA, es posible que encuentres varios pines para alimentación y tierra en todo el footprint. Dedicar una sola capa a la alimentación te permite dividir el plano en rieles para que se puedan utilizar varias tensiones a alta corriente si fuera necesario. De esta forma, no tendrás que superponer dichos rieles a tensiones diferentes, lo que te evitará un problema adicional de EMI.

Ten en cuenta que el mero hecho de que hayas puesto la alimentación en una capa interna no significa que no puedas ponerla en otro lugar. Aún puedes enrutar la energía en tus otras capas de señal, a modo de rieles, usando vertido de cobre o como pistas más gruesas.

Si necesitas que la placa circuito impreso de 6 capas funcione con corrientes elevadas, posiblemente a varias tensiones, te recomendaría que utilizaras una capa de alimentación adicional en lugar de añadir una capa de señales. En otras palabras, tendrás dos capas eléctricas intercaladas con el suelo en las capas internas dentro del stackup. Incluso podrías ir un paso más allá y poner un plano de potencia en la capa inferior para tener aún más capacidad de manejo de la corriente. Esto te daría suficiente espacio para enrutar la potencia sobre una superficie más grande, posiblemente con cobre más pesado, para garantizar una baja resistencia a CC y una baja pérdida de energía.

Además de estos puntos, las demás estrategias de enrutamiento principales utilizadas en las placas de 4 u 8 capas para garantizar la compatibilidad electromagnética también son válidas para las PCB de 6 capas. Si utilizas un stackup de PCB 6 capas similar al del ejemplo anterior, te resultará mucho más fácil enrutar y garantizar la integridad de la señal y la alimentación. Las mismas consideraciones de DFM en una placa de 4 u 8 capas también se aplicarán a una placa de 6 capas. Haz que una empresa de fabricación le dé el visto bueno a tu stackup antes de empezar a diseñar, dimensionar las pistas y enrutar.

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Recuerda seguir estas pautas de diseño de PCB de 6 capas antes de crear el stackup o apilado de capas y empezar a enrutar. Cuando estés preparado para construir tu placa de circuitos impresos de 6 capas, utiliza el mejor conjunto de herramientas de diseño de PCB de Altium Designer®. Tendrás a tu disposición un paquete completo de herramientas para la disposición, el enrutamiento y la preparación de la placa para la producción. Una vez creados los footprints de PCB, tu equipo y tú podréis trabajar conjuntamente y compartirlos con vuestros colaboradores a través de la plataforma Altium 365™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se encuentra en un único paquete de software.

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