Normalmente se utiliza una placa de circuito impreso de 6 capas cuando un diseño de 4 capas ya no ofrece suficiente espacio para el trazado, la distribución de energía o los planos de referencia de señal.
Se encuentra a menudo en:
- Controladores industriales
- Equipos de red
- Electrónica del automóvil
- Sistemas informáticos integrados
- Equipos de comunicación
- Aparatos electrónicos de consumo más complejos
Añadir dos capas sí que aumenta el coste de fabricación, pero la diferencia no viene determinada únicamente por el número de capas.
Una placa de circuito impreso de 6 capas con FR-4 estándar, orificios pasantes convencionales y reglas de diseño moderadas puede resultar relativamente sencilla de fabricar.
Una placa con las mismas dimensiones puede resultar considerablemente más cara si además requiere material de alta Tg, cobre de gran espesor, impedancia controlada, vías ciegas o tolerancias estrictas.
Por lo tanto, la pregunta relevante no es simplemente “How much does a 6 layer PCB cost?”, pero “What does this particular 6 layer construction require?”
Índice
¿Por qué un Placa de circuito impreso de 6 capas ¿Cuesta más que una placa de circuito impreso de 4 capas?
La diferencia más evidente son las capas internas adicionales de cobre.
Sin embargo, los costes de fabricación aumentan porque la estructura de producción en su conjunto se vuelve más compleja.
Una placa de circuito impreso de 6 capas suele requerir lo siguiente:
- Imágenes de capas internas
- Materiales preimpregnados y de núcleo
- Laminación
- Control de inscripciones
- Inspección
- Operaciones de taladrado y galvanizado
Por lo tanto, la placa consume más material y requiere más procesamiento que una PCB convencional de cuatro capas.
Esto no significa que el precio sea simplemente un 50 % más alto.
Los costes de fabricación incluyen tanto componentes fijos como variables, por lo que la diferencia real depende en gran medida del tamaño de la placa, la cantidad, los materiales y los requisitos de fabricación.
La combinación de materiales tiene una gran influencia en el coste
No todas las placas de circuito impreso de 6 capas tienen la misma estructura.
Un diseño típico podría utilizar:
- Capa 1: Señal
- Nivel 2: Planta baja
- Capa 3: Señal
- Capa 4: Alimentación
- Nivel 5: Planta baja
- Capa 6: Señal
Otro diseño puede utilizar una disposición diferente en función de:
- Interfaces de alta velocidad
- Requisitos de alimentación eléctrica
- Valores objetivo de impedancia
- Consideraciones sobre las interferencias electromagnéticas
- Colocación de componentes
La configuración determina el tipo y el grosor de los materiales del núcleo y del preimpregnado necesarios.
También influye en la impedancia, las rutas de retorno de la señal y las tolerancias de fabricación.
A la hora de evaluar un presupuesto de 6 capas, la estructura de capas debe considerarse parte de las especificaciones técnicas y no solo un detalle de la compra. Véase Diseño de la estructura de los circuitos impresos para conocer los aspectos de diseño que subyacen a la construcción multicapa.
El tamaño de la tabla sigue siendo importante
Una placa de circuito impreso de 6 capas, al ser más grande, consume más laminado y cobre.
Sin embargo, la utilización de los paneles puede hacer que esta relación resulte menos evidente.
Por ejemplo, modificar el contorno de la placa en unos pocos milímetros puede permitir que quepa una placa de circuito impreso más en el panel de producción.
Esto puede reducir el desperdicio de material y mejorar la rentabilidad unitaria del pedido.
Por lo tanto, en el caso de los diseños de producción, conviene revisar el contorno de la placa junto con el panel de fabricación, en lugar de optimizar ambos por separado.
Selección de materiales
El FR-4 estándar es adecuado para numerosas aplicaciones de 6 capas.
Los diseños más complejos pueden requerir:
- FR-4 de alta Tg
- Materiales de bajas pérdidas
- Laminados de alta frecuencia
- Materiales con bajo coeficiente de expansión térmica (CTE)
El material influye en algo más que el presupuesto inicial.
También influye en:
- Estabilidad térmica
- Ampliación del eje Z
- Rendimiento de la señal
- Comportamiento de laminación
- Fiabilidad
Para un controlador industrial convencional, el FR-4 estándar puede ser suficiente.
En el caso de una placa de comunicación de alta velocidad, la elección de los materiales cobra mucha más importancia.
Requisitos de peso y potencia del cobre
Muchas placas de circuito impreso de 6 capas utilizan cobre de 1 oz, aunque esto depende de la aplicación.
Puede ser necesario un mayor contenido de cobre en los siguientes casos:
- Circuitos de alimentación de alta intensidad
- Conversión de energía
- Gestión térmica
- Conductores de baja resistencia
El impacto en los costes se debe tanto al consumo de cobre como al procesamiento adicional que requiere el cobre de mayor densidad.
Un error habitual es especificar cobre de gran espesor en todas las capas, cuando en realidad solo lo requieren determinadas capas de alimentación.
Un diseño más eficiente puede utilizar diferentes espesores de cobre cuando el proceso de fabricación lo permita.
A través de Structure
Una placa de circuito impreso convencional de 6 capas suele fabricarse utilizando vías de orificio pasante.
Esto hace que la fabricación resulte relativamente sencilla.
El coste puede aumentar cuando el diseño requiera:
- Vías ciegas
- Vías enterradas
- Microvías
- Taladrado inverso
- Orificios mecánicos muy pequeños
Por ejemplo, una placa de seis capas con orificios pasantes estándar es fundamentalmente diferente de una estructura HDI de seis capas, aunque las dimensiones externas sean idénticas.
Esto último requiere fases de fabricación adicionales y un control más estricto del proceso.
Por eso Fabricación de PCB de IDH debería considerarse una categoría de costes independiente, en lugar de simplemente otra opción de número de capas.
Ancho y separación mínimos de las pistas
Una placa de circuito impreso de 6 capas ofrece a los diseñadores más espacio para el trazado, lo que en ocasiones permite utilizar una geometría de pistas más convencional.
Este es un punto importante.
Añadir capas no siempre supone un aumento de los costes en todos los ámbitos.
Un diseño que pasa de 4 a 6 capas puede llegar a ser más fácil de fabricar si el espacio adicional para el trazado de las pistas lo permite:
- Trazos más anchos
- Distancias mayores
- Menos vías
- Rutas menos congestionadas
Así pues, aunque las capas adicionales suponen un coste adicional, pueden eliminar otras características de diseño costosas.
Esta es una de las razones por las que optimizar únicamente para conseguir el menor número posible de capas puede dar lugar a un resultado erróneo.
Impedancia controlada
En el caso de las placas de 6 capas de alta velocidad, los requisitos de impedancia pueden influir en la estructura de capas y en la selección de materiales.
Es posible que el fabricante tenga que controlar:
- Espesor dieléctrico
- Ancho de la línea
- Espesor del cobre
- Posición del plano de referencia
- Material Dk
Las tolerancias de impedancia más exigentes requieren un control más estricto del proceso.
Por lo tanto, si el diseño cuenta con interfaces de alta velocidad, se debe tener en cuenta la impedancia durante el desarrollo de la estructura de capas, en lugar de añadirla una vez que ya se haya trazado la placa de circuito impreso.
Acabado superficial
El acabado de la superficie suele influir menos en el coste total que el número de capas o el material, pero aun así afecta al presupuesto.
Entre las opciones más habituales se encuentran:
- HASL
- HASL sin plomo
- ENIG
- OSP
- Plata de inmersión
Para un diseño convencional con orificios pasantes o con pads más grandes en SMT, el HASL puede ser suficiente.
En el caso de componentes de paso fino o aplicaciones que requieran una superficie más plana, el ENIG puede resultar más adecuado.
La elección correcta depende de los requisitos de montaje.
La cantidad modifica el precio unitario
El precio unitario de un prototipo de 6 capas puede variar considerablemente con respecto al de un pedido de producción.
Las cantidades pequeñas deben absorber los costes fijos, tales como:
- Preparación de la CAM
- Herramientas
- Configuración de la producción
- Preparación del material
Cuando se trata de cantidades mayores, estos costes se reparten entre un mayor número de placas.
Sin embargo, una mayor cantidad no significa automáticamente que sea mejor.
En el caso de un producto nuevo, el diseño puede seguir cambiando después de:
- Pruebas funcionales
- Pruebas de compatibilidad electromagnética
- Pruebas térmicas
- Validación mecánica
Fabricar una gran cantidad antes de que se hayan completado esas fases puede generar existencias obsoletas.
Plazo de entrega y producción urgente
Una placa estándar de 6 capas requiere un procesamiento mayor que una simple placa de circuito impreso de 2 capas.
Si un proyecto requiere un plazo de entrega inusualmente corto, la planificación de la producción puede resultar más complicada.
Antes de elegir una opción urgente, comprueba lo siguiente:
- Disponibilidad de materiales
- Calendario de laminación obligatorio
- Requisitos especiales del proceso
- Requisitos de prueba
A menudo es preferible contar con un plazo de entrega estándar realista que apresurar la producción de una placa compleja.
¿Cuándo merece la pena el gasto que supone pasar de 4 capas a 6?
Esta es una de las decisiones de ingeniería más importantes.
Añadir dos capas puede ser una buena idea cuando resulta complicado trazar un diseño de cuatro capas.
Por ejemplo, una estructura de seis capas puede ofrecer:
- Planos de tierra específicos
- Mejor distribución de la energía
- Más canales de enrutamiento
- Mejor referencia de señal
- Reducción debida a la congestión
Además, puede contribuir a reducir la necesidad de utilizar pistas extremadamente estrechas.
En algunos casos, el coste adicional de fabricación de la placa de circuito impreso se compensa con un diseño más sencillo y menos concesiones en cuanto al diseño.
Un ejemplo sencillo
Imagina un producto diseñado inicialmente como una placa de circuito impreso de cuatro capas.
Durante el trazado de la ruta, el equipo de ingeniería descubre que:
- Varias interfaces de alta velocidad compiten por el mismo espacio de enrutamiento
- Las vías de retorno a tierra están interrumpidas
- El tendido de la alimentación ocupa un valioso espacio de señal
- Se necesitan vías adicionales
Una opción es mantener cuatro capas y hacer que el enrutamiento sea cada vez más complicado.
Otra opción es pasar a seis capas.
La placa de seis capas tiene un coste de fabricación más elevado, pero puede ofrecer:
- Enrutamiento más claro de la señal
- Mejores planos de referencia
- Menos vías
- Control de la compatibilidad electromagnética más sencillo
- Mayor estabilidad del diseño a largo plazo
En esta situación, el coste adicional de la placa de circuito impreso podría estar justificado.
Guía práctica: Cómo reducir el coste de una placa de circuito impreso de 6 capas
Paso 1: Empieza por los requisitos eléctricos
Antes de reducir los costes, identifica qué capas son realmente necesarias para:
- Enrutamiento de señales
- Potencia
- Suelo
- Control de impedancia
No retires ninguna capa que cumpla una función eléctrica importante.
Paso 2: Utiliza una combinación práctica
Evita el uso de materiales poco habituales.
Si el FR-4 estándar ofrece un rendimiento adecuado, puede que sea la opción más económica.
Paso 3: Mantén las vías sencillas
Utiliza vías de orificio pasante estándar siempre que el diseño lo permita.
No introduzcas estructuras HDI a menos que resuelvan un problema real de trazado o mecánico.
Paso 4: Revisar los requisitos relativos al cobre
Utiliza cobre de mayor sección cuando los requisitos térmicos o de corriente lo justifiquen, en lugar de aplicar la misma especificación de cobre de mayor sección en todas partes.
Paso 5: Comprobar la utilización del panel
Revisa el contorno de la placa de circuito impreso antes de la producción.
Un pequeño ajuste mecánico podría aumentar el número de placas por panel.
Paso 6: Comparar los presupuestos completos
Compara:
- Material
- Apilamiento
- Peso del cobre
- Acabado superficial
- Cantidad
- Pruebas
- Plazo de entrega
Un presupuesto más barato que se base en materiales o supuestos de ensayo diferentes no tiene por qué resultar más económico en términos equivalentes.
Coste de una placa de circuito impreso de 6 capas en comparación con otros números de capas
| Tipo de PCB | Complejidad relativa | Motivo habitual de uso |
|---|---|---|
| 2 capas | Low | Electrónica básica |
| 4 capas | Moderado | Diseños generales multicapa |
| 6 capas | Moderate–high | Más rutas y una mejor gestión de los aviones |
| 8 capas | Alta | Diseños compactos y de alta velocidad |
| Más de 10 capas | Muy alto | Informática avanzada, redes y sistemas industriales |
Se trata de comparaciones relativas, más que de multiplicadores de precios fijos.
Una placa de circuito impreso pequeña de 8 capas puede costar a veces menos que una placa grande o con unas especificaciones poco habituales de 6 capas.
Por eso, los presupuestos definitivos deben basarse en el proyecto completo.
FAQ
R: Normalmente es más caro debido al material adicional y a los pasos de fabricación extra, pero la diferencia real depende del tamaño de la placa, la cantidad, el material, el peso del cobre y la estructura de las vías.
R: Las capas adicionales pueden proporcionar más espacio para el trazado, planos de alimentación y de tierra dedicados, una mejor referencia de señal y menos limitaciones a la hora de trazar las pistas.
R: Sí. Muchas placas de 6 capas utilizan FR-4 estándar cuando sus requisitos eléctricos y térmicos lo permiten.
R: No. Muchas placas de seis capas pueden fabricarse íntegramente con vías de orificio pasante convencionales. Las vías ciegas o enterradas deben utilizarse cuando exista una razón específica de diseño.
R: Empieza por revisar la disposición de capas, el material, el grosor del cobre, la estructura de las vías, las dimensiones de la placa y la cantidad de producción. Evita los procesos especiales que no aporten un beneficio técnico real.
Conclusión
Una placa de circuito impreso de 6 capas cuesta más que una placa básica de 4 capas, ya que requiere materiales y pasos de fabricación adicionales. Sin embargo, el coste adicional puede merecer la pena cuando las capas extra resuelven problemas de trazado, distribución de energía, integridad de la señal o compatibilidad electromagnética.
La mejor forma de controlar los costes no es limitar a la menor cantidad posible de capas todos y cada uno de los diseños.
En su lugar, busca una estructura equilibrada:
número adecuado de capas + disposición práctica de las capas + material adecuado + estructura sencilla de vías + panelización eficiente
En el caso de un nuevo diseño de 6 capas, esta evaluación debería realizarse antes de que se entreguen los archivos Gerber. Una revisión temprana del apilamiento y de la fabricabilidad (DFM) puede evitar
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