Os fabricantes de PCB estão se concentrando cada vez mais em projetar placas de circuito impresso menores. Tecnologia Moko não fica de fora; integramos menos componentes passantes ao mesmo tempo que incorporamos mais tecnologia de montagem em superfície (SMT). Para furos passantes revestidos de grandes dimensões, estamos alocando menos espaço na placa. Em vez de furos passantes revestidos, estamos usando cada vez mais componentes SMT. Todas as nossas PCBs são projetadas para usar vias.
Uma via refere-se a um furo passante encontrado em PCBs, usado para traçar um traço da camada superficial da placa para o interior e outras camadas. As vias de PCB podem ser revestidas para formar conexões elétricas e podem ser perfuradas mecanicamente.
Embora as vias sejam essenciais em placas de circuito impresso multicamadas, projetá-las e produzi-las é um desafio. Elas criam caminhos para a corrente térmica e o fluxo elétrico entre as diferentes camadas da placa. Essencialmente, as vias são canais que diferem em tipo e magnitude.
Tipos de PCB via
Existem 5 tipos de vias de PCB. São eles:
1. Via cega – Uma via cega é um laser que transita apenas de uma camada para a próxima.
2. Via enterrada – Este tipo de via fica entre camadas internas e é necessária quando existem projetos de laminação sequencial ou multilaminada.
3. Via de passagem – Uma via de passagem conecta as duas camadas externas perfurando de cima para baixo.
4. Microvia – A microvia é perfurada usando um laser em vez de perfuração mecânica, permitindo menos de 0.006 polegadas.
5. Via-in-pad – Esta via é posicionada dentro do pad do componente de montagem em superfície.
Via Cega vs. Via Enterrada
As vias enterrada e cega são usadas para conectar diferentes camadas de uma PCB. A via enterrada oferece interconexão entre as camadas internas, já que a placa fica totalmente oculta do entorno externo da PCB. Ao mesmo tempo, as vias cegas fornecem uma interconexão entre as camadas externas e uma ou mais camadas internas da PCB. Essas duas vias são benéficas em PCBs HDI, pois sua densidade ideal é reduzida ao aumentar o tamanho da placa ou o número de camadas da PCB.
Micro-via PCB
Microvias podem ser perfuradas com laser, pois seu diâmetro é menor que o diâmetro das vias passantes. Como é difícil revestir cobre dentro das microvias, elas têm uma profundidade de menos de duas camadas. Portanto, quando o diâmetro de uma via é pequeno, a capacidade de projeção do banho de revestimento aumenta, criando assim um revestimento de cobre autocatalítico.
De acordo com seu local nas camadas da placa, as microvias são categorizadas como empilhadas ou escalonadas.
• Vias empilhadas – Elas podem ser criadas empilhando-as umas sobre as outras em camadas diferentes.
• Vias escalonadas – Essas vias podem ser espalhadas em várias camadas, embora sejam caras.
• Vias ignoradas podem ser passadas através de uma camada, garantindo que a camada não tenha contato elétrico. Portanto, uma camada ignorada não pode formar um link elétrico com uma via.
PCB Via-in-pad
O método Via-in-pad foi inventado devido à alta velocidade do sinal e à espessura e densidade dos componentes do PCB. Estruturas via padrão e VIPPO podem melhorar a capacidade de roteamento e a integridade de um sinal.
O sinal das vias padrão é rastreado do pad até a via pelos fabricantes para evitar vazamento de solda nas vias. Uma via no pad via-in é colocada no pad do componente de montagem externa.
Isso é feito preenchendo-se a via com epóxi não condutor, de acordo com os requisitos do fabricante da placa de circuito impresso. Em seguida, a via é revestida e o revestimento é revestido para recuperar o espaço livre. Isso expande o caminho do sinal, eliminando assim o efeito de indutância e capacitância oportunistas.
Mais importante ainda, o via-in-pad reduz o tamanho da placa PCB e acomoda o tamanho de um pequeno aterramento. Este método é mais adequado para componentes de um BGA pegada. É essencial implementar o processo de perfuração reversa usando um via-in-pad para obter ótimos resultados. Os ecos de sinal encontrados nas partes restantes de uma via são removidos pela perfuração reversa.
Componentes de um PCB via
a) Barril- É um tubo condutor utilizado para preenchimento do furo infiltrado.
b) Almofada - Conecta todas as extremidades do cano aos seus rastros.
c) Antipad - É um furo de folga usado para separar a camada não conectiva e o cano.
Usos comuns de vias em projetos de PCB
• Roteamento de sinal – Um grande número de placas de circuito impresso utiliza a via de passagem para roteamento de sinal. No entanto, placas mais espessas utilizam vias enterradas ou cegas, enquanto placas leves utilizam apenas microvias.
• Roteamento de energia – As vias na maioria das placas PCB são restritas usando vias largas e passantes para roteamento de redes de energia e aterramento, embora vias cegas também possam ser usadas.
• Roteamento de escape – Componentes de montagem em superfície (SMT) maiores usam principalmente vias passantes para roteamento de escape. Microvias ou vias cegas são as mais comumente usadas para roteamento de escape, mas um via-in-pad pode ser usado em encapsulamentos sólidos, como BGAs com alta contagem de pinos.
• Costura – Vias passantes ou cegas podem ser usadas para oferecer inúmeras conexões a um plano. Por exemplo, uma tira de metal com vias costuradas circunda a área sensível do circuito para conectá-la a um plano de aterramento para proteção EMI.
• Condução térmica – Vias podem ser usadas para condução térmica de um componente através da camada plana interna conectada. Normalmente, as vias térmicas exigem uma via cega densa ou uma via passante, onde essas vias devem estar nas almofadas desses dispositivos.
Importância das vias ao projetar uma PCB
Quando você tem uma placa de circuito simples, as vias não são necessárias. No entanto, elas só são necessárias quando se trata de uma placa multicamadas. Ao projetar placas de circuito impresso (PCB), as vias são essenciais, pois:
• Ajuda a criar uma densidade excepcional dos componentes em placas multicamadas.
• Aumenta a densidade de traços em placas multicamadas, pois elas podem ser executadas acima e abaixo umas das outras em várias direções. Vias permitem que diferentes traços se conectem, atuando assim como fatores de conexão vertical.
• Quando uma via não está integrada ao processo de roteamento de um PCB multicamadas, os componentes acabam sendo colocados de forma compacta.
• Facilitar a transmissão de energia e sinal entre as camadas. Os componentes da placa de circuito impresso devem ser roteados em um único plano sempre que você não quiser usar uma via. Mais importante ainda, os componentes montados na superfície em uma placa de circuito impresso multicamadas dificultam o roteamento das peças em um único plano.
Dicas de design de PCB para vias
Ao utilizar vias em uma PCB, é essencial considerar as dicas abaixo;
• Ao projetar PCBs, é necessário empregar estruturas de via máxima.
• Ao empilhar entre vias escalonadas e empilhadas, considere escalonar as vias, pois as vias empilhadas devem ser preenchidas.
• Reduza a proporção da tela o máximo possível para obter uma eficiência de sinal e desempenho elétrico excepcionais. Além disso, minimize a EMI, o ruído e a diafonia.
É aconselhável usar vias menores, pois elas;
• Permite que você construa uma placa HDI de qualidade reduzindo a indutância e a capacitância de uma fonte dispersa.
• Encha os absorventes sempre que necessário, exceto quando estiverem dentro de absorventes térmicos.
• Lembre-se sempre de que a matriz do pad onde o BGA é fixado pode conter vias cegas ou passantes. Sabendo disso, certifique-se de aplainar e preencher as vias para evitar o comprometimento das juntas de solda.
• Ao projetar PCBs, é essencial saber que as vias auxiliam na fixação das juntas de solda da barra e no bloqueio térmico do conjunto, o que dificulta a formação de excelentes juntas de solda dentro das juntas QFN.
• Ao lidar com almofadas térmicas, utilize uma oficina de montagem em vez de um furo passante. Isso só pode ser alcançado introduzindo aberturas com um desenho de janela dentro do estêncil de revestimento de solda acima da almofada. Isso elimina o efeito de desgaseificação e fusão da solda durante o processo de projeto.
• Use a localização do pacote BGA para sempre procurar uma passagem livre e o menor vestígio nos componentes roteados.
• Sempre preencha o conjunto do seu via-in-pad.
• Use um traço curto pré-determinado para separar uma via de sua almofada ao montar um osso de cachorro.
• A documentação de um PCB requer um modelo de perfuração que tenha pontos XY para cada furo e código de recurso.
Via Tratamento
Os fabricantes de PCB adicionam tratamento extra às vias para ajudar a aumentar o desempenho térmico da PCB. Esses tratamentos adicionais também ajudam a eliminar diversos problemas de montagem, como preenchimento, cobertura, obstrução e preenchimento condutivo. Tratamentos adequados nas vias são essenciais, pois ajudam a eliminar trabalhos dispendiosos de solução de problemas.
A) Cobertura - É um processo típico usado por fabricantes para aplicar película seca em máscaras de solda. A película seca tem uma espessura de 4 mm, suficiente para cobrir até mesmo furos grandes com eficácia.
B) Preenchimento – Os fabricantes usam a pasta epóxi não condutora para preencher uma via regular ou uma via com ranhuras. Essas vias preenchidas têm alguns milímetros que impedem que a máscara de solda alcance a almofada. É uma excelente técnica para uso em PCBs de média densidade, pois a máscara de solda minimiza as chances de formação de pontes de solda entre a almofada e a via.
C) Obturação – Este tratamento envolve a obstrução das extremidades das vias com uma pasta epóxi não condutora para evitar a infiltração ou o fluxo de solda durante o processo de soldagem. Para que o epóxi perfure o furo com eficácia, o diâmetro da via deve ser inferior a 20 mm. Os fabricantes usam uma máscara de solda para cobrir a via obstruída.
D) Preenchimento condutivo – Os fabricantes de PCB utilizam cobre puro ou resina epóxi com cobre para preencher microvias com uma pasta condutora, aumentando a condutividade da PCB. A técnica de preenchimento condutivo pode ser usada para todos os tipos de vias.
Condutivo vs. não condutivo via preenchimento
Os fabricantes de PCB utilizam um método de fabricação exclusivo chamado Via Fill para fechar furos de passagem completamente com epóxi. Alguns dos principais benefícios do Via Fill são:
• Aumenta os rendimentos da montagem
• Torna as montagens de superfície mais confiáveis
• Melhora a consistência minimizando as chances de ar ou líquidos presos.
O preenchimento de via não condutora conduz energia e calor usando vias revestidas de cobre. Um epóxi especial de baixa contração é usado para preencher a via. Por outro lado, o preenchimento de via condutora fornece condutividade elétrica e térmica adicional usando partículas de prata ou cobre dispersas por todo o epóxi.
A condutividade térmica de um enchimento não condutor é de 0.25 W/mK, enquanto a de um enchimento condutor varia de 3.5 a 15 W/mK. Em contraste, a condutividade térmica do cobre galvanizado é superior a 250 W/mK.
Embora um preenchimento de via condutiva frequentemente forneça a condutividade necessária em algumas aplicações, ainda é possível adicionar vias extras usando a pasta não condutiva. Uma excelente condutividade térmica e elétrica oferece um menor impacto financeiro.
Diferença entre tipo de via e diâmetro da via
A diferença no diâmetro da via em diferentes tipos de via é discutida na tabela abaixo. Ela também discute claramente a almofada da via, o diâmetro mínimo da via e o anel anular de uma via exata. Design PCB Layout usando uma via baseada em sua aplicação. Além disso, a tabela mostra detalhes das diferentes dimensões essenciais para implementação na PCB. A proporção de cada tipo de via também é mencionada.
Fatores a considerar ao escolher a via certa
É essencial escolher uma via apropriada para qualquer projeto de PCB, entendendo o projeto de fabricabilidade. Sempre considere os fatores abaixo ao pensar em realizar qualquer projeto de PCB.
1) Tipo de via – Determine o melhor tipo de via para o seu projeto. Quando há apenas uma laminação disponível sem preenchimento ou tecnologia de via, é possível que haja alguns furos grandes.
2) Tamanho da via – 10 mm é o tamanho padrão da via de PCB ou 7 mm após o revestimento da via de PCB, onde a espessura da placa determina o tamanho da via. Tanto as microvias perfuradas mecanicamente quanto as perfuradas a laser têm furos de 4 mm.
3) Tolerância da via – É essencial declarar a tolerância do tamanho do furo da via, embora a maioria dos fornecedores de PCB forneça todas as diretrizes internas.
4) Suporte à tecnologia mais adequada – Quando você precisar de vias ocultas ou cegas, sempre peça aos fornecedores de PCB para criar um empilhamento que suporte esse tipo de tecnologia.
5) Diretrizes do IPC – É essencial seguir rigorosamente as diretrizes do IPC para a tecnologia aliada, como a distância entre as vias, conforme orientação do fabricante do PCB. Como as diretrizes de montagem do IPC para militares, Classe 2, Classe 3 e Classe 3DS diferem ligeiramente, é essencial considerá-las.
6) Anel anular – Como o tamanho da pastilha de passagem é muito importante, é crucial garantir que a via tenha um anel anular grande o suficiente após a perfuração. Como as brocas mecânicas oscilam um pouco durante a perfuração, a broca de desagregação pode comprometer a via sem anel anular suficiente.
