PAUTAS PARA EL DISEÑO DE PCB CON NÚCLEOS METÁLICOS EN ALTIUM DESIGNER

La mayoría de las placas de circuito impreso utilizan una capa de núcleo gruesa de material FR4 para proporcionar estabilidad estructural y capas interiores de cobre en un diseño multicapa. Para atender a cuestiones como la disipación térmica e, incluso, una mayor integridad estructural para una aplicación en particular, podría considerarse un diseño de PCB con núcleo metálico. Estas placas de circuito deben seguir una serie de pautas de diseño específicas en cuanto respecta a la selección de componentes, la colocación y el enrutamiento multicapa. Con Altium Designer, puede satisfacer importantes requisitos de diseño de PCB con núcleos metálicos para cualquier aplicación.

La mayoría de las PCB que se utilizan en la electrónica de consumo, e incluso en aplicaciones más exigentes, como la industria automotriz y la aeroespacial, se fabrican con resina epoxi. Los circuitos impresos en resina epoxi contienen un núcleo de material FR4 recubierto con una lámina de cobre en cada lado. Los apilados multicapa se construyen grabando la capa de cobre sobre el núcleo, seguido de la colocación de una capa de resina de baja conductividad térmica como preimpregnado entre la siguiente capa de la pila. Esta pila se une a continuación por medio de calor y presión. Después de una serie de pasos sucesivos, tenemos una PCB multicapa.

Las PCB con núcleo metálico tienen una estructura similar para las capas alrededor del núcleo metálico. Los tres materiales más comunes que se utilizan en las PCB con núcleo metálico son el cobre, el hierro y el aluminio. Las capas externas tienen propiedades similares a las de una PCB de FR4 típica, mientras que el núcleo metálico proporciona algunas ventajas específicas para diferentes aplicaciones, como valores de conductividad térmica diferentes.

Ventajas de las PCB con núcleo metálico

Cualquier placa que contenga componentes activos que disipen una cantidad importante de energía en forma de calor puede beneficiarse de un diseño de PCB con núcleo metálico. En una PCB normal, las capas interiores de FR4 son conductores térmicos relativamente ineficaces, y el calor normalmente se disipa de los componentes activos por medio de vías y terminales térmicos. Un núcleo de metal tiene una conductividad térmica más alta, lo que le permite disipar fácilmente el calor de los componentes activos. De esta forma, el calor se distribuye de manera más uniforme alrededor de la placa, evitando la formación de puntos calientes que pueden aparecer en las placas PCB con núcleo de FR4 estándar. Los laminados que se utilizan en las placas PCB con núcleo metálico utilizan conductividad térmica para disipar el calor más rápido que el FR4, lo que contribuye también a mantener los componentes activos más fríos y permite aumentar el rendimiento y la vida útil. Como aplicación de ejemplo, los sistemas de iluminación que utilizan LED de alta potencia generan una gran cantidad de calor. El uso de una PCB con núcleo metálico proporciona una reflectividad natural para cualquier luz que viaje hacia el sustrato, aumentando el brillo de estos dispositivos. El núcleo de metal permite, asimismo, que el calor se aleje rápidamente de los LED, evitando que se quemen.

APLICACIONES DE PCB CON NÚCLEO METÁLICO PARA LA INDUSTRIA MILITAR Y AEROESPACIAL

Las industrias militar y aeroespacial son dos áreas donde las placas de circuito impreso deben soportar ciclos térmicos repetidos, temperatura y humedad extremas y frecuentes choques mecánicos. Las PCB con núcleo metálico ayudan a satisfacer estas necesidades operativas, ya que proporcionan una mayor integridad estructural y una mayor conductividad térmica, lo que les permite resistir choques más fuertes que una placa de circuito impreso de FR4. La mayor conductividad térmica de estas placas contribuye a garantizar una distribución de temperatura uniforme durante el ciclo térmico, lo que evita que se formen puntos calientes cerca de los componentes activos.

• Los núcleos metálicos y de FR4 no son las únicas opciones como materiales de sustrato para PCB. Más información sobre la selección de materiales de sustrato alternativos, como el aluminio.
• Los núcleos metálicos son solo una opción para mejorar la gestión térmica en una PCB. Hay otras técnicas pasivas que son útiles para mantener las placas refrigeradas.

  Más información sobre los pads térmicos o la pasta térmica.

• Si está creando un nuevo modelo de placa de circuito con núcleo metálico, eventualmente necesitará sacar el dispositivo del tablero de pruebas y construir un prototipo. Más información sobre la creación de prototipos de PCB de núcleo metálico.

Gestor de apilado de capas en Altium Designer en el diseño de PCB con núcleos metálicos

Componentes de PCB con núcleo metálico

Desde el punto de vista del diseño electrónico, los componentes de las placas de circuito impreso con núcleo metálico, como las de aluminio, no son particularmente distintos de los que se utilizan en cualquier otra PCB. En una PCB con núcleo metálico, tendrá que utilizar componentes de montaje superficial, en lugar de componentes de orificio pasante. El uso de componentes de orificio pasante en vías chapadas conectará los pines del componente al núcleo metálico interno, provocando un cortocircuito alrededor del componente.

ABASTECIMIENTO DE COMPONENTES DE PLACA DE CIRCUITO PARA FABRICACIÓN CON NÚCLEO METÁLICO

Tanto si está planeando fabricar una PCB con FR4, una PCB rígida-flexible o una PCB con núcleo metálico de alta conductividad térmica, necesitará herramientas en su software de diseño que le faciliten el abastecimiento de los componentes. No hay ninguna razón por la que tenga que ponerse a buscar por los sitios web de los distribuidores y copiar manualmente la información en un procesador de textos para crear la lista de materiales. Con Altium Designer, tendrá las herramientas que necesita para el abastecimiento de los componentes y para generar los archivos de fabricación para el fabricante de su PCB.

• La fabricación de cualquier placa de circuito conlleva una serie de pasos. Unas decisiones de diseño acertadas pueden acelerar el proceso y ayudarle a evitar rectificaciones innecesarias.

  Más información acerca del diseño para fabricación de PCB

• El fabricante necesitará un paquete de documentación completo, en el que se muestren todos los aspectos y componentes asociados a su PCB de núcleo metálico.

  Más información acerca de cómo generar un paquete de documentación completo para el fabricante.

• El abastecimiento de componentes para cualquier placa de circuito impreso puede resultar complicado. Disponer de acceso a las herramientas idóneas de gestión de la cadena de suministro en el software de diseño de PCB puede facilitar el proceso y acortar los plazos de fabricación. Descubra más sobre el abastecimiento de componentes con Chris Calvi.

Abastecimiento de componentes SMT para el diseño de una PCB con núcleo metálico

Diseño de PCB con núcleo metálico en un entorno unificado

Diseñar una PCB multicapa con núcleo metálico puede ser un proceso difícil si no tiene acceso a las herramientas de diseño adecuadas. Necesitará herramientas de diseño que le permitan colocar componentes con precisión, enrutar pistas, definir vías, verificar las cargas de calor y de conductividad térmica, además de muchos otros aspectos que intervienen en el diseño de cualquier PCB. En el caso de las PCB con núcleo metálico, necesitará una biblioteca completa de materiales de apilado y un gestor de apilado de capas que le permita personalizar la estructura de la placa para una aplicación en particular.

ALTIUM DESIGNER: EL ÚNICO ENTORNO DE DISEÑO DE PCB INTEGRADO

Con Altium Designer, tendrá acceso a un conjunto completo de herramientas de diseño de PCB que simplifican el proceso de diseño de cualquier placa de circuito. De esta forma, podrá personalizar su apilado de capas con un núcleo metálico y definir las propiedades del material de sustrato. Otras plataformas de diseño separan características importantes en diferentes programas, mientras que Altium Designer les proporciona acceso a importantes herramientas de diseño y análisis dentro de un mismo programa.

• El motor de diseño controlado por reglas de Altium Designer permite integrar todas sus herramientas de diseño en un único programa. Ninguna otra plataforma de diseño de PCB ofrece este nivel de accesibilidad.

  Más información sobre el entorno de diseño basado en reglas de Altium Designer.

• Para trabajar con cualquier PCB de núcleo metálico, es necesario acceder a una biblioteca completa de materiales estándar. Altium Designer incluye una extensa biblioteca de apilado para PCB multicapa, incluidas PCB con núcleo metálico. Más información acerca de la biblioteca de materiales de apilado de Altium Designer.
• Cuando llegue el momento de fabricar un prototipo de PCB con núcleo metálico o pasar a la producción a gran escala, necesitará herramientas de documentación y visibilidad de la cadena de suministro que faciliten la transición. Más información sobre las herramientas de lista de materiales de Altium Designer.

Otras empresas de software de diseño de PCB le dejan para que se las arregle solo a la hora de encontrar los recursos que necesita para completar sus diseños. En lugar de abandonarle a su suerte, Altium le ofrece acceso al foro AltiumLive, tutoriales de diseño de expertos del sector, webinars y podcasts, y una amplia base de conocimientos. Ninguna otra empresa de software de diseño de PCB le ofrece tantos recursos para trabajar de una manera eficaz.

Otras plataformas de diseño de PCB le obligan a navegar por un entresijo de programas diferentes, con interfaces, formatos de datos y flujos de trabajo incoherentes, que le hacen propenso a cometer errores de diseño y merman su productividad. En vez de trabajar con procesos de diseño anticuados, es hora de cambiar a la única plataforma que unifica todas sus herramientas de diseño esenciales bajo un mismo techo: es hora de probar Altium Designer.