Especificaciones de diseño del diámetro de las vías de las 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 los orificios, en particular, influye directamente en indicadores clave de rendimiento como la integridad de la señal, la resistencia mecánica y la facilidad de fabricación. A continuación se explicarán con detalle varios aspectos para ayudar a los usuarios a comprender y dominar plenamente los elementos fundamentales del diseño de orificios en placas de circuito impreso.

Breve introducción a las vías de los PCB

Las placas de circuito impreso (PCB) son componentes cruciales o unidades básicas en la construcción de circuitos, a las que se conectan diversos elementos del circuito. Sin embargo, el factor más crítico en el diseño de las PCB y el montaje de los componentes es la fabricación de los distintos orificios. Estos orificios se fabrican mediante diferentes técnicas y procesos. Cada tipo de orificio tiene su propio proceso de fabricación y características de rendimiento. Las funciones principales de los orificios son facilitar el montaje de los componentes en la placa, proporcionar conexiones eléctricas robustas y fiables, y mejorar la resistencia estructural de la PCB.

Definición de «via» en una placa de circuito impreso

En las placas de doble cara y multicapa, una vía es un orificio común perforado en la intersección de los conductores impresos que deben conectarse entre capas para establecer la conexión entre dichos conductores. En cuanto a Proceso de fabricación de placas de circuito impreso, se deposita químicamente una capa de metal sobre la superficie cilíndrica de la pared de la vía para conectar las láminas de cobre de las capas intermedias, mientras que las superficies superior e inferior de la vía se convierten en almohadillas de soldadura circulares. Los principales parámetros de una vía incluyen el diámetro exterior del orificio, el anillo de soldadura y el tamaño del orificio taladrado.

Ventajas e inconvenientes de las vías en las placas de circuito impreso

ventaja

La conexión de señales sustituye al anterior proceso de conexión mediante puentes, lo que simplifica el proceso y mejora la eficiencia de la producción.

deficiencia

Las vías presentan tanto capacitancia parásita como inductancia parásita. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, los efectos perjudiciales de la inductancia parásita de las vías suelen superar a los de la capacitancia parásita. En las líneas de transmisión, esto se manifiesta en forma de discontinuidades de impedancia y retrasos en las señales de alta velocidad. En los sistemas de alimentación eléctrica, la inductancia en serie parásita debilita la contribución de los condensadores de derivación, reduciendo así el efecto de filtrado global del sistema de alimentación eléctrica.

Tipos de PCB vías

Orificio pasante (PTH)	Los orificios metalizados que atraviesan toda la placa suelen tener un diámetro ≥ 0,2 mm.
Vía ciega	En el caso de las vías locales que se extienden desde la superficie hasta la capa interior, se recomienda que la relación entre la profundidad y el diámetro sea ≤1:1.
Enterrado en Via	Las vías entre capas requieren un proceso de laminación multicapa.

Normas de diseño de vías en placas de circuito impreso : Límites de tamaño, requisitos de espaciado y especificaciones de fabricación

Independientemente del tipo de PCB, existen especificaciones y requisitos correspondientes para su diseño. A continuación se presenta un resumen de las normas y especificaciones pertinentes para el diseño de vías en placas de circuito impreso.

Las especificaciones básicas de diseño exigen

Relación entre la abertura y el espesor de la placa (relación entre la profundidad y el diámetro)	En el caso de los orificios pasantes normales, se recomienda que la relación entre la profundidad y el diámetro se mantenga entre 1:10 y 1:12 para evitar que el recubrimiento galvánico resulte deficiente.
Relación entre la almohadilla y la abertura	El ancho del anillo exterior suele ser ≥ 5 mil, y el del anillo interior, ≥ 8 mil, para garantizar la resistencia mecánica y la conexión eléctrica.
Requisitos relativos a la separación entre agujeros	Se recomienda que la distancia entre centros o entre bordes sea ≥ 0,5 mm. Si es inferior a 0,3 mm, es fácil que se produzcan puentes de soldadura o roturas durante el procesamiento.
Sugerencias para la optimización de procesos	En el caso de las vías con un diámetro ≤ 0,5 mm, se recomienda aplicar un tratamiento de taponamiento y sellado con aceite para evitar que la soldadura fluya hacia el interior de la vía.

Tamaños y especificaciones habituales

Orificio pasante estándar	Diámetro interior habitual ≥ 0,2 mm, diámetro exterior ≥ 0,4 mm (en casos extremos, el diámetro exterior puede ser de tan solo 0,35 mm).
Microagujeros/Agujeros ciegos	El diámetro interior de un agujero ciego de primer orden suele ser de 0,1 mm, y el diámetro exterior, de 0,25 mm.
Vías de alimentación/tierra	Se recomienda utilizar un tamaño ligeramente mayor (diámetro exterior de 0,55 mm a 0,7 mm o más) para poder transportar una corriente mayor. .
Señal a través de	Los diámetros más habituales son de 0,4 mm a 0,55 mm.

Normas de espaciado y maquetación

Distancia entre orificios	Lo ideal es una distancia entre centros de ≥ 0,5 mm; una distancia inferior a 0,3 mm se considera una infracción.
Pads y vías	Evita colocar vías directamente sobre almohadillas muy pequeñas (como las almohadillas RC ≤ 0402). Se recomienda mantener una separación de entre 4 y 8 mil para evitar el efecto «tombstone» o fugas de soldadura durante el proceso de soldadura.
Requisitos de conexión	Las vías con un diámetro ≤ 0,5 mm suelen requerir el taponado y la encapsulación. Las vías situadas debajo de los BGA deben estar centradas en la almohadilla y taponadas.

Parámetros clave de diseño

Especificaciones de la apertura	Límites de perforación mecánica: 0,15-6,5 mm (estándar) / 0,1-0,15 mm (alta precisión)
	Perforación con láser: permite crear microagujeros de entre 0,05 y 0,1 mm.
	Limitación de la relación de aspecto: ≤10:1 (diseño estándar), recomendado ≤8:1
Requisitos relativos a la separación entre agujeros	La distancia entre el borde del orificio y el cable es ≥ 0,15 mm.
	La distancia entre las vías de una misma red es ≥ 0,1 mm.
	La distancia entre las vías en los distintos tipos de red es ≥0,2 mm.
Diseño de la almohadilla	Diámetro estándar de la arandela = diámetro del orificio + 0,2 mm (0,1 mm de ancho del anillo a cada lado)
	El ancho del anillo de la placa HDI se puede reducir a 0,075 mm.
	Se recomienda utilizar almohadillas NSMD en las zonas con BGA.

Requisitos de integridad de la señal

Mediante el control de la impedancia	Aumenta el tamaño de la almohadilla antisoldadura (≥2 veces el tamaño de la abertura).
	Se utiliza la tecnología de perforación inversa (longitud residual del pilote ≤ 0,15 mm).
	Vías de señal de alta velocidad: ≤ 2 por ruta de transmisión
Diseño de disipación del calor	Alimentación/tierra mediante una separación entre los elementos de 2-3 mm
	El diámetro de los orificios de disipación de calor es ≥0,3 mm.
	Tratamiento con tinta oscura (aumento de la emisividad de 30%)

Especificaciones del proceso de fabricación

Requisitos de resistencia a la soldadura	Profundidad del tapón ≤ 0,8 veces el diámetro del poro
	Espesor de la tinta: 8-15 μm
	El diámetro de la abertura de la ventana en uno de los lados debe ser ≥0,05 mm.
Indemnización por perforación	Compensación mecánica de perforación = Diámetro del orificio × 3% + 0,05 mm
	Compensación de perforación con láser: ±0,01 mm
Normas de ensayo	El espesor del cobre de la pared del orificio es ≥18 μm (1 oz de cobre base).
	Precisión en la posición de los orificios: ±0,05 mm (proceso LDI)
	Ductilidad del cobre en los orificios pasantes ≥15% (cumple con la norma IPC6012B)

Requisitos especiales de diseño

Diseño de orificio escalonado	Diferencia de altura entre escalones ≤ 0,3 mm
	Ángulo de transición ≥ 120°
	Distancia entre capas adyacentes ≥ 3 × el espesor de la placa
Tratamiento de taponamiento de agujeros	Tapones adhesivos conductores para orificios: aptos para diámetros ≤ 0,3 mm
	Relleno con resina: permite la planarización.
	Relación máxima del diámetro del tapón: 1:1,5
Se recomienda tener en cuenta el proceso de diseño específico.	Compruébalo mediante la impedancia utilizando una herramienta de cálculo de impedancia (como el Polar SI9000).
	Realizar un análisis de DFM (utilizando herramientas como Valor y NPI).

Proporción óptima de vías en placas de circuito impreso

Cuando el espacio lo permite, se suele considerar que el tamaño óptimo de una vía es de entre 0,3 mm y 0,5 mm. La relación óptima consiste en que el diámetro exterior de la vía sea 12 mil mayor que su diámetro interior; por ejemplo, si el diámetro de la vía es de 12 mil, el diámetro exterior sería de 24 mil, lo que daría lugar a la relación óptima. El tamaño del diámetro exterior influye en cierta medida en la dificultad de alineación durante la producción y en la fiabilidad del producto. Cada proceso de producción tiene sus propias tolerancias. Si el diámetro exterior es demasiado pequeño y los procesos de perforación y alineación se desvían significativamente, la placa de circuito impreso (PCB) final puede correr el riesgo de que se rompan los orificios (lo que los fabricantes de PCB denominan “pads rotos”). Las almohadillas rotas también pueden provocar una capacidad de conducción de corriente insuficiente en el producto.

Consideraciones sobre el diseño de vías en placas de circuito impreso

1. A la hora de seleccionar un tamaño adecuado para las vías, hay que tener en cuenta tanto el coste como la calidad de la señal. Por ejemplo, para diseños de placas de circuito impreso de módulos de memoria de 6 a 10 capas, se recomienda una especificación de 10/20 mil (agujero/placa de contacto); en el caso de placas de circuito pequeñas de alta densidad, también se puede probar un diámetro de vía de 8/18 mil. En las condiciones tecnológicas actuales, resulta difícil utilizar vías de tamaño más pequeño. En el caso de las vías de alimentación o de tierra, se puede considerar el uso de tamaños mayores para reducir la impedancia.

2. El uso de una placa de circuito impreso más delgada ayuda a reducir dos parámetros parásitos de las vías.

3. Evita en la medida de lo posible modificar la capa de las pistas de señal de la placa de circuito impreso; es decir, reduce al mínimo el uso de vías innecesarias.

4. Los pines de alimentación y tierra deben perforarse muy próximos entre sí, y la longitud del cable entre la vía y el pin debe ser lo más corta posible, ya que esto aumentará la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

5. Colocar vías de tierra cerca de las vías de la capa de señal proporciona el bucle de tierra más cercano para la señal. Incluso se puede colocar un gran número de vías de tierra redundantes en la placa de circuito impreso, siempre que el diseño sea flexible. El modelo de vía mencionado anteriormente se aplica a situaciones en las que hay pads en todas las capas. En ocasiones, los pads de algunas capas pueden reducirse o incluso eliminarse, especialmente cuando la densidad de vías es extremadamente alta, ya que esto puede provocar que las zanjas se rompan, formando bucles interrumpidos en la capa de cobre. Para resolver este problema, además de ajustar las posiciones de las vías, también se puede considerar la posibilidad de colocarlas directamente sobre la capa de cobre.

Modelo equivalente de las vías de las placas de circuito impreso en circuitos de alta velocidad

Las vías introducen inevitablemente capacitancia e inductancia parásitas. Aunque esto puede pasar desapercibido en líneas de transmisión de baja velocidad o alta frecuencia, puede provocar retrasos o distorsiones en la forma de onda en líneas de alta velocidad, lo que puede llegar a ser significativo y afectar potencialmente al éxito o al fracaso del diseño del sistema. Las vías en las líneas de transmisión actúan como discontinuidades en la impedancia, provocando la reflexión de la señal. Por lo general, la impedancia equivalente de una vía es aproximadamente 12% menor que la de la línea de transmisión. Por ejemplo, una línea de transmisión de 50 ohmios verá reducida su impedancia en 6 ohmios al pasar por una vía (la reducción exacta depende del tamaño de la vía y del grosor de la placa, y no es absoluta). Sin embargo, la reflexión causada por la discontinuidad de impedancia de una vía es insignificante, con un coeficiente de reflexión de solo (44-50)/(44+50) = 0,06. Los problemas causados por las vías se deben principalmente a los efectos de la capacitancia y la inductancia parásitas.

Elige Geyuan Electronics como tu socio para la fabricación de placas de circuito impreso (PCB) a gran escala

Geyuan Electronics es una plataforma integral de infraestructura inteligente basada en inteligencia artificial para productos electrónicos. Mediante la integración de software industrial y ecosistemas de ingenieros, fabricante de equipos originales (OEM) ecosistemas de la cadena de suministro y ecosistemas de fabricación flexible, hemos creado un ecosistema de ciclo cerrado en el ámbito de la cadena de suministro electrónica, con el compromiso de simplificar la innovación en hardware. Desde nuestros inicios, hemos desarrollado la “Solución Geyuan”, que cuenta con capacidades superiores de diseño de soluciones de IoT; agentes de IA y herramientas de automatización del diseño electrónico; herramientas internas de análisis de diseño de fabricabilidad; servicios integrales de adquisición de componentes electrónicos; un sistema de I+D y fabricación inteligente de placas de circuito impreso (PCB) multicapa de alta fiabilidad; montaje SMT; PCBA; y servicios integrales de fabricación de productos electrónicos. Ofrecemos a los clientes una solución inteligente integral que integra el diseño, la producción, el aprovisionamiento y la entrega, transformando el modelo tradicional fragmentado y caracterizado por la asimetría de la información en la fabricación de productos electrónicos, mejorando la eficiencia de toda la cadena, desde el diseño hasta la producción en serie, y creando valor a partir de las ideas creativas de los usuarios.

Resumir

Los orificios de las placas de circuito impreso (PCB) son un componente fundamental en el diseño de las mismas y para el correcto funcionamiento de los dispositivos y proyectos electrónicos. Estos orificios son esenciales para establecer conexiones eléctricas entre las diferentes capas de la placa de circuito y para proporcionar resistencia mecánica. Por lo tanto, al diseñar una PCB, es fundamental respetar las normas y especificaciones de diseño para evitar diversos problemas de calidad durante la producción en serie, que podrían retrasar el calendario del proyecto.

Este artículo resume las normas y requisitos para el diseño de vías en placas de circuito impreso (PCB), recopilados por el equipo de ingeniería de Geyuan Electronics. Estos requisitos de diseño deben adaptarse en función del ámbito de aplicación específico (electrónica de consumo, industrial, automoción, etc.) y de la frecuencia de la señal (digital o RF de alta frecuencia). Por ejemplo, las placas electrónicas para el sector de la automoción requieren un margen de seguridad adicional de 20% o más, mientras que las placas de circuito impreso de alta frecuencia pueden requerir tolerancias de impedancia más estrictas (±5%). Si necesita producir grandes volúmenes de placas de circuito impreso, póngase en contacto con nosotros para que le ayudemos.