Normas de diseño de vías en placas de circuito impreso

En el diseño electrónico moderno, Diseño de placas de circuito impreso (PCB) Es una parte fundamental de todo el proceso de desarrollo del producto. El diseño de las vías, en particular, influye directamente en indicadores clave de rendimiento como la integridad de la señal, la resistencia mecánica y la facilidad de fabricación. Una placa de circuito impreso (PCB) avanzada puede contener miles de pistas, almohadillas y vías para conducir señales y suministrar energía entre los pines de los dispositivos. La responsabilidad del diseñador de PCB es organizar y diseñar estos componentes, conectándolos correctamente y evitando el contacto con otras redes de señal o de alimentación. Esto requiere trazar las pistas en el diseño de la PCB y utilizar vías para salvar las distancias entre capas.

Aunque el uso de vías puede parecer una operación sencilla, en el diseño real se pueden emplear muchos tipos diferentes de vías. Cada tipo de vía puede tener normas de uso diferentes y, si eres diseñador de PCB, tu responsabilidad es mantener las vías organizadas y aplicar las normas correctas a cada tipo de vía en tu sistema CAD. A continuación se detallan varios aspectos para ayudar a los usuarios a comprender y dominar plenamente los puntos clave y las normas del diseño de vías en PCB. .

¿Qué son las vías de los PCB?

Una vía en una placa de circuito impreso es un orificio que permite el paso de señales eléctricas y de alimentación entre diferentes capas. En los diseños complejos de placas de circuito impreso multicapa, las vías suelen atravesar varias capas para establecer conexiones entre ellas, mientras que en los diseños de placas de circuito impreso de una sola capa, las vías se utilizan para facilitar el trazado de los circuitos.

PCB a través de tipos

Orificio pasante	Los orificios pasantes son los más habituales y los más fáciles de fabricar. Sin embargo, tienen limitaciones en cuanto al tamaño mínimo y ocupan mucho espacio en los diseños de alta densidad.
Agujeros ciegos y agujeros ocultos	Las vías ciegas y las vías enterradas pueden partir de la capa exterior y atravesar solo parcialmente el conjunto de capas de la placa (vías ciegas) o bien discurrir únicamente entre capas internas (vías enterradas). Estas vías requieren más pasos de fabricación que las vías estándar. Sin embargo, debido a los requisitos de integridad de la señal y a la posibilidad de crear rutas de cableado adicionales por encima y/o por debajo de ellas, estas vías son más cortas y resultan más adecuadas para los diseños.
Microvía	Las microvías, también conocidas como vías perforadas con láser, abarcan solo dos capas; constituyen un método de cableado ideal para componentes densos, de paso pequeño y con un elevado número de pines.

PCB vías

Establecer la conexión de la señal eléctrica	Mediante el uso de vías para atravesar varias capas, es posible interconectar diferentes señales eléctricas para formar un circuito completo. Esto resulta especialmente importante para la transmisión de señales de alta frecuencia y alta velocidad.
Determina la ubicación y la orientación de la placa de circuito impreso	Las vías permiten fijar las placas de circuito impreso (PCB) a los equipos, lo que permite un posicionamiento preciso de la PCB dentro del dispositivo. Durante el proceso de montaje, las vías también facilitan el posicionamiento preciso de los circuitos integrados (IC) y otros componentes. Esto contribuye, además, a acelerar el proceso de producción y a mejorar la eficiencia de la misma.
Función de disipación del calor	Los dispositivos de alta potencia requieren vías para la disipación del calor. A través de estas vías, el calor puede transferirse a un disipador térmico montado en la parte inferior de la placa de circuito impreso, lo que reduce la temperatura de los componentes y aumenta la fiabilidad y el rendimiento del dispositivo.

PCB según las normas

A través de la configuración del tamaño	Las dimensiones de las vías deben determinarse en función del grosor de diseño de la placa, el número de capas y las señales eléctricas que se vayan a conectar. Por lo general, los requisitos mínimos de fabricación se establecen en un diámetro de vía de 8 mil y un ancho de vía de 0,15 mm. El diseño de las vías debe garantizar que haya espacio suficiente y que el número de vías dentro de cada capa sea el necesario para permitir todas las conexiones requeridas.
A través de la configuración de la posición	Las vías deben mantenerse alejadas de otros componentes críticos, especialmente de los sensores sensibles. Para obtener resultados óptimos, las vías deben colocarse en el centro de las almohadillas, en una ubicación de fácil acceso en el diseño.
Confirmación de las dimensiones	En el diseño del esquema, las vías deben ajustarse a las dimensiones preestablecidas. Esto puede reducir los costes de fabricación y mejorar la eficiencia de la producción. En cuanto a otras dimensiones externas, hay que prestar atención a la relación de aspecto adecuada de las vías, y la separación entre ellas debe estudiarse detenidamente durante el corte para garantizar el rendimiento de la línea de producción.

Aplicaciones y métodos de los componentes tradicionales de orificio pasante Diseños de placas de circuito impreso

En la actualidad Fabricación de placas de circuito impreso Según las normas, los orificios pasantes chapados estándar se han convertido en un elemento fundamental del diseño de placas de circuito impreso. Los orificios pasantes pueden perforarse en placas de circuito impreso de cualquier tamaño que se requiera, lo que permite que las pistas o las trazas de cobre se conecten a las vías de cualquier capa de la placa. Los orificios pasantes tienen diversos usos, entre los que se incluyen:

Cableado convencional	Los orificios pasantes son un método habitual para hacer pasar las pistas de señal de una capa de la placa de circuito a otra.
Cableado de emergencia	Los componentes de montaje en superficie suelen requerir que las patillas se conecten inmediatamente a vías de escape o de distribución para el trazado en las capas internas de las placas de circuito impreso multicapa. Estas vías de escape o de distribución suelen trazarse antes de trazar el resto de las pistas. La disposición de las vías de escape debe definirse de manera que se dejen el mayor número posible de rutas de trazado en las capas internas de la placa de circuito impreso situadas debajo de ellas.
Cableado eléctrico	Las vías también se utilizan para conectar dispositivos a planos de alimentación o de tierra, o a pistas. La mayoría de las vías de alimentación son más grandes que las vías de cableado normales para poder soportar las corrientes más intensas que pueden pasar por ellas.

Usos especiales de los orificios pasantes en las placas de circuito impreso en el diseño de placas de circuito impreso

Los orificios pasantes también se utilizan para fines específicos o en situaciones especiales en las placas de circuitos impresos, entre las que se incluyen las siguientes:

Orificios de disipación de calor	En el caso de los componentes que funcionan a altas temperaturas, las vías suelen integrarse en una gran placa de tierra central para facilitar una disipación eficaz del calor a través del plano de tierra de la placa. Estas vías son fundamentales para evitar que la acumulación de calor provoque fallos de funcionamiento en otros componentes de la placa.
Orificio de sutura	Estas vías proporcionan múltiples conexiones para circuitos de alta corriente que se conducen a través de múltiples trazas de alimentación en diferentes capas de la placa de circuito impreso. Las vías de unión también ayudan a disipar el calor de estos circuitos y a reducir la inductancia de las conexiones.
Orificio de blindaje	La colocación de varias vías de conexión a tierra alrededor de los circuitos sensibles crea un efecto de jaula de Faraday. Este método de cableado ayuda a mitigar el impacto de posibles problemas de interferencias electromagnéticas (EMI) en el circuito.
Orificio de conexión a tierra de la transmisión	En los diseños de alta velocidad, se utilizan vías de transmisión a tierra para mantener las rutas de retorno de la señal entre varias capas de plano de tierra cuando el trazado de la señal pasa de una capa a otra.
Orificio de conexión a tierra de la transmisión	En los diseños de alta velocidad, se utilizan vías de transmisión a tierra para mantener las rutas de retorno de la señal entre varias capas de plano de tierra cuando el trazado de la señal pasa de una capa a otra.
Agujero en la placa	Las vías pueden colocarse dentro de las almohadillas de componentes de montaje superficial de alta densidad, como los paquetes de matriz de bolas (BGA). Esto ayuda a resolver los problemas de espaciado, pero la creación de vías dentro de las almohadillas puede resultar complicada para los fabricantes que utilizan taladros mecánicos en los orificios pasantes estándar. Las microvías ofrecen una solución mejor.

Normas de diseño de los orificios pasantes en las placas de circuito impreso y precauciones durante la producción.

Los orificios pasantes requieren una almohadilla en cada capa de la placa de circuito impreso. La almohadilla debe ser lo suficientemente grande como para permitir el taladrado, pero lo suficientemente pequeña como para no ocupar demasiado espacio. También deben incluirse «anti-pads» estándar en las capas planas de la placa de circuito impreso, con un tamaño adecuado al diámetro de la broca. El anillo metálico que rodea el orificio pasante en la capa exterior de la placa de circuito impreso se denomina «anillo de protección», y este anillo es uno de los principales factores que determinan la clase de fiabilidad de la placa. Las placas de circuito de clase 1 permiten que el anillo resulte dañado por el taladrado, mientras que la clase 2 exige que la broca sea tangente al anillo. Las placas de circuito de clase 3 tienen la clase de fiabilidad más alta, y el grosor del anillo en cualquier punto alrededor de la broca no debe ser inferior a 5 mils.

Otra regla de diseño clave para los orificios pasantes consiste en seleccionar el tamaño de la vía en función de la relación de aspecto entre el orificio perforado y el grosor de la placa. Las taladradoras mecánicas tienen una profundidad de taladrado limitada, y la relación de aspecto determina el límite de dicha profundidad. Por lo general, los fabricantes de placas prefieren una relación de aspecto que no supere 10:1, lo que significa que, en una placa de 62 milésimas de pulgada de grosor, el tamaño mínimo de vía que se puede taladrar de forma fiable es de 6 milésimas de pulgada.

Si se utilizan orificios pasantes para conectar señales de alta velocidad en las dos primeras capas de una placa de circuito impreso de 12 capas, la mayoría de las vías no utilizadas pueden actuar como antenas, lo que provoca problemas de integridad de la señal. Para solucionar esto, muchos fabricantes realizan taladros traseros en las partes de las vías que no se utilizan. El taladrado inverso requiere instrucciones y datos específicos por parte de los diseñadores, en los que se indique qué vías deben eliminarse. Sin embargo, el taladrado inverso aumenta los costes de fabricación, por lo que suele ser mejor utilizar microvías, vías ciegas o vías enterradas para mejorar el rendimiento de la placa de circuito impreso.

Por último, si es necesario, los orificios pasantes pueden taparse o rellenarse, pero, al igual que en el caso del taladrado trasero, esta operación también requiere que el diseñador de la placa de circuito impreso facilite instrucciones específicas al fabricante:

Aceite para la cubierta de los orificios pasantes	Cubrir las vías con máscara de soldadura no rellena realmente el orificio pasante, pero hay que tener cuidado de evitar que se formen burbujas de aire en la carcasa durante el calentamiento de la soldadura, lo que podría provocar fugas de gas. Normalmente, se deja un pequeño orificio en el centro de la máscara de soldadura que cubre la vía para permitir que escape el aire caliente. La máscara de soldadura de la tapa de la vía ayuda a acercar la vía al patrón de las almohadillas de montaje en superficie sin permitir que la soldadura fluya a través del orificio.
Obstrucción por pasta conductora	Los orificios pasantes se rellenan con resina epoxi mezclada con materiales metálicos como el oro, la plata o el cobre. Este método de relleno de vías contribuye a mejorar la capacidad de conducción de corriente y el rendimiento de disipación térmica de las vías, pero resulta costoso.
Tapón de pasta no conductora	Este método de taponado de vías protege las vías sin necesidad de un tratamiento superficial, pero no mejora la disipación del calor ni la capacidad de corriente. Este método suele utilizar máscara de soldadura u otros materiales similares.

Normas de diseño de vías en placas de circuito impreso (PCB) para vías ciegas y enterradas

Para ganar espacio de trazado en las placas de circuito impreso, los fabricantes han ideado un método para limitar el número de capas de la placa que pueden atravesar las vías. Estas vías se denominan «vías ciegas» o «vías enterradas», pero los diseñadores deben tener en cuenta que su fabricación resulta más costosa que la de los orificios pasantes estándar.

¿Qué es un orificio ciego y cuáles son sus normas de diseño?

Las vías ciegas comienzan en la capa exterior de una placa de circuito impreso y penetran solo en una parte de la pila de capas de la placa. Dado que las vías ciegas se perforan a máquina, sus limitaciones en cuanto al diámetro de perforación son las mismas que las de los orificios pasantes. Sin embargo, dentro de la pila de capas de la placa de circuito impreso, las vías ciegas permiten canales de trazado adicionales por debajo o por encima de ellas. Esto confiere a las vías ciegas una ventaja significativa frente a los orificios pasantes taladrados por la parte posterior, ya que estos últimos, debido a su forma tubular, no permiten el trazado por debajo ni por encima de ellos. Además, las vías ciegas se fabrican de forma secuencial, lo que significa que los pares de capas se taladran y se recubren antes de unirse entre sí. Dado que las vías ciegas requieren pasos adicionales en el proceso de fabricación, no resultan rentables, pero su uso puede ser necesario por motivos de integridad de la señal o de rendimiento eléctrico. Los diseñadores de placas de circuito impreso deben utilizar las vías ciegas con precaución, recurriendo a ellas solo cuando sea necesario y tras confirmar los detalles de fabricación con el fabricante de la placa.

¿Qué es un pozo enterrado ¿y sus normas de diseño?

Las vías enterradas, al igual que las vías ciegas, se perforan mecánicamente, pero sus puntos de inicio y fin se encuentran en las capas internas de la placa de circuito impreso, no en la superficie. Las vías enterradas resultan muy útiles para placas de circuito impreso con un cableado denso, ya que permiten colocar canales de trazado por encima y por debajo de ellas. Sin embargo, al igual que las vías ciegas, las vías enterradas también son caras, y su relación coste-eficacia no es elevada a menos que su uso permita reducir significativamente el número de capas de la placa de circuito impreso. Además de las vías ciegas y enterradas perforadas mecánicamente, una mejor opción son las microvías perforadas con láser.

normas de diseño en PCB a través del diseño

Las microvías son orificios con un diámetro inferior a 6 mils, que suelen perforarse con láser. Debido a su diminuto tamaño, las microvías suelen atravesar solo una capa, aunque pueden utilizarse tanto en las capas externas como en las internas de la placa de circuito impreso. Por su reducido tamaño, las microvías son adecuadas para muchas situaciones en las que no es viable utilizar orificios pasantes, pero su coste de fabricación es considerablemente mayor. Otras reglas de diseño de vías en placas de circuito impreso relacionadas con las microvías incluyen:

Relación de aspecto	Los microporos son de tamaño reducido, lo que dificulta el recubrimiento galvánico en su interior. Lo más recomendable es que su diámetro sea mayor que su profundidad.
Tamaño de la almohadilla	Debido al menor diámetro de las microvías, los diseñadores de placas de circuito impreso pueden utilizar pads de menor tamaño, de hasta 12 mils, lo que deja más canales de trazado.
orificio del tapón	Normalmente, las microvías se tapan y se recubren mediante galvanoplastia para que queden al ras con el resto de componentes metálicos. Este método de taponado hace que las microvías sean ideales para aplicaciones de orificios pasantes.

Las microvías se utilizan ampliamente en el diseño de placas de circuito impreso (PCB) y constituyen un elemento clave en los diseños de alta densidad. Sin colocar microvías dentro de las pequeñas almohadillas de los BGA de alta densidad, sería imposible tender las conexiones de estos procesadores y dispositivos de memoria con un elevado número de pines. Las microvías también pueden utilizarse en combinación con otros tipos de vías. Las microvías pueden apilarse no solo unas encima de otras, sino también con vías enterradas o ciegas.

Cómo utilizar las vías de los PCB diseño ?

Aspectos a tener en cuenta durante la fase de diseño	A la hora de diseñar una placa de circuito impreso (PCB), los ingenieros deben determinar la ubicación, el tamaño y el número de vías en función de los requisitos del circuito y de la estructura de capas de la placa. Para ello, es necesario que los ingenieros cuenten con una amplia experiencia y conocimientos especializados que garanticen la racionalidad y la fiabilidad del diseño.
Elige el tipo de vía adecuado	Elige el tipo de vía adecuado en función del caso de uso específico y de los requisitos. Por ejemplo, las vías ciegas pueden utilizarse para conectar trazas de la superficie y de capas internas; las vías enterradas pueden utilizarse para conexiones que deben quedar completamente ocultas en el interior de la placa de circuito impreso; y las vías pasantes deben utilizarse para conexiones que deban atravesar toda la placa de circuito impreso.
Optimizar mediante parámetros	Para mejorar el rendimiento eléctrico y la resistencia mecánica, es necesario optimizar parámetros como el diámetro de las vías, la relación de apertura y el espesor de la lámina de cobre. Una selección adecuada de estos parámetros puede reducir de forma eficaz los efectos adversos de la capacitancia y la inductancia parásitas, mejorando así la calidad de la transmisión de la señal.
Precauciones durante el procesamiento y la fabricación	Durante el proceso de fabricación de placas de circuito impreso, es necesario controlar estrictamente indicadores clave como la precisión del taladrado de las vías, la rugosidad de las paredes de los orificios y la calidad del recubrimiento de cobre. La calidad de estos indicadores afecta directamente al rendimiento de las vías y a la calidad general de la placa de circuito impreso.

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Resumir

En resumen, las vías de las placas de circuito impreso (PCB) son un elemento crucial en el diseño y el trazado de circuitos. No solo conectan diferentes señales en serie, sino que también facilitan el posicionamiento de la placa, la disipación del calor y otras funciones. La colocación de las vías se rige por especificaciones y requisitos concretos. Por lo tanto, una colocación eficaz de las vías puede mejorar la eficiencia térmica, aumentar la eficiencia de la producción y mejorar la calidad general de la fabricación, contribuyendo así de manera significativa al desarrollo de la industria de la fabricación de productos electrónicos. Si necesita una producción a gran escala de productos de PCB personalizados, Ponte en contacto con nosotros, por favor para recibir ayuda.