Análisis de los errores habituales y los límites del proceso en el diseño de vías de placas de circuito impreso multicapa

La fabricación satisfactoria de placas de circuito impreso (PCB) a medida requiere no solo conceptos de diseño innovadores, sino también un profundo conocimiento por parte del fabricante de los distintos procesos de fabricación de PCB multicapa. El diseño de las vías, como elemento crucial de Diseño de placas de circuito impreso, es fundamental para el rendimiento de las placas de circuito impreso y la eficiencia en la fabricación. A continuación, presentamos nuestro análisis de los errores más comunes en el diseño de las vías de las placas de circuito impreso y las limitaciones del proceso de fabricación.

Conceptos básicos sobre las vías en circuitos impresos multicapa

En el diseño de placas de circuito impreso (PCB), las vías son un elemento fundamental. En pocas palabras, las vías de las PCB son pequeños orificios metalizados en una PCB multicapa Se utilizan para conectar conductores entre diferentes capas. Estos orificios no solo proporcionan conexiones eléctricas, sino que también sirven como orificios de montaje o posicionamiento para los componentes. Dependiendo del proceso de fabricación, las vías se clasifican principalmente en tres tipos: vías ciegas, vías enterradas y vías pasantes.

La función de las vías en circuitos impresos multicapa

Conexión eléctrica	En las placas de circuito impreso multicapa, los circuitos de las distintas capas deben conectarse mediante vías. Este método de conexión garantiza una transmisión estable de la señal y reduce la atenuación de la señal y las interferencias.
Fijación y posicionamiento de componentes	Además de las conexiones eléctricas, las vías también se utilizan para fijar y colocar los componentes. Al perforar agujeros en la placa de circuito impreso e insertar en ellos los terminales de los componentes, estos pueden montarse de forma firme.

según las especificaciones de diseño para placas de circuito impreso multicapa

En las placas de circuito impreso (PCB), las vías se utilizan habitualmente para conectar circuitos situados en diferentes niveles. Si no se respetan las especificaciones relativas a las vías pasantes durante el diseño y la disposición de la PCB, estas pueden convertirse en un cuello de botella en el proceso de fabricación. El cumplimiento de las especificaciones permite evitar problemas de producción y garantizar la calidad y la fiabilidad de la placa.

Evita los agujeros ciegos	Los agujeros ciegos conectan únicamente una capa. Cuando es necesario atravesar varias capas más, es preciso taladrar o perforar con láser las partes internas. Debido al elevado coste de fabricación y a la complejidad del proceso, se deben evitar los agujeros ciegos en la medida de lo posible.
Configura correctamente el mezzanine y el crossover	En el diseño de placas de circuito impreso, para evitar cortocircuitos entre las distintas capas, es necesario establecer unas normas adecuadas para los espacios entre capas y las vías. Las normas relativas a las vías definen la distancia mínima entre ellas, así como algunos aspectos que hay que tener en cuenta en relación con el trazado de las filas, el cableado y el espaciado entre capas.
Selecciona el tipo de vía adecuado	A la hora de elegir las vías, es necesario encontrar un equilibrio entre el coste y la fiabilidad para el consumidor. Para las placas más sencillas que requieren conexiones en ambos extremos, las vías pasantes son adecuadas. En el caso de las placas con un diseño denso, se pueden considerar las vías pasantes, las vías ciegas y las vías integradas.
Orificio para la abrazadera de puesta a tierra	Al incorporar soluciones de puesta a tierra, como orificios para abrazaderas de puesta a tierra, en el diseño, se puede mejorar de forma eficaz la compatibilidad electromagnética y reducir la acumulación de electricidad estática.

circuitos impresos multicapa ¿Se puede diseñar en cualquier tamaño?

Veamos primero cómo se realizan los orificios en una placa de circuito impreso. En primer lugar, en la fase de preparación del material, los fabricantes de placas de circuito impreso utilizan máquinas de corte automáticas para cortar grandes laminados revestidos de cobre en sustratos de tamaños específicos que se ajusten a las necesidades de producción. A continuación, las taladradoras CNC perforan con precisión orificios en las ubicaciones designadas de los laminados revestidos de cobre. Dado que la broca de la taladradora es redonda, solo puede perforar orificios redondos y no puede realizar orificios cuadrados.

Tomando Geyuan Electronics A modo de ejemplo, las brocas utilizadas para el procesamiento de placas de circuito impreso son brocas mecánicas, cuyas especificaciones aumentan o disminuyen en incrementos de 0,05 mm. Sus brocas para agujeros redondos van desde los 0,15 mm hasta los 6,30 mm; su broca para ranuras más pequeña mide 0,65 mm (adecuada para ranuras metalizadas) y su fresa para ranuras más pequeña mide 1,0 mm (adecuada para ranuras no metalizadas). Por lo tanto, al diseñar un PCB no es posible diseñar vías de cualquier tamaño.

Diseño de vías y fabricación de núcleos para placas de circuito impreso multicapa análisis de los límites del proceso

Perforación mecánica y perforación con láser	El diámetro mínimo de una broca mecánica suele ser de 0,3 mm; el taladrado por láser puede alcanzar diámetros de 0,15 mm o incluso menores, pero esto aumenta considerablemente los costes de procesamiento.
Límite de la relación de aspecto (relación entre profundidad y diámetro)	Cuando la relación entre el grosor de la placa y el diámetro del orificio (relación profundidad-diámetro) es demasiado elevada, cuanto más pequeño es el orificio, más irregular resulta el recubrimiento de cobre en la pared del mismo. Cuando la profundidad del orificio supera 6 veces su diámetro o la relación profundidad-diámetro supera 10:1, es muy fácil que no haya cobre en la pared del orificio, que se rompa la broca o que se produzca un fallo en el recubrimiento. .
Distancia entre orificios y distancia de seguridad	Si dos orificios están demasiado próximos entre sí, el material quedará demasiado fino durante el taladrado y la broca se romperá debido a una distribución desigual de la tensión. Debe mantenerse una distancia de seguridad entre el borde del orificio y el cableado de la capa interior o los orificios adyacentes (por lo general, la distancia entre el bucle y la línea debe ser de más de 3 mil a 6 mil).

Errores habituales en el diseño y consejos

Buscar a ciegas aperturas extremadamente pequeñas	Los circuitos que no son de alta velocidad o las placas multicapa convencionales no requieren el uso obligatorio de microvías o vías ciegas enterradas de orden superior; de lo contrario, se produciría una disminución del rendimiento de la producción y un aumento exponencial de los costes.
Las vías y las almohadillas se pueden utilizar indistintamente (las vías se pueden aplicar directamente sobre las almohadillas).	Colocar vías directamente sobre las almohadillas de los componentes puede hacer que la pasta de soldadura se desplace a lo largo de las vías durante la soldadura por reflujo, lo que puede provocar una soldadura insuficiente o incluso el fenómeno de “tombstone” en los componentes.
El anillo es demasiado pequeño	Si la anchura del anillo de cobre que rodea la pasta de soldadura es insuficiente, puede provocar fácilmente que el orificio se rompa (el cobre del orificio se rompe) o que la pasta de soldadura se desprenda cuando el taladrado no sea del todo preciso.
Desviación en la alineación de agujeros ciegos multicapa	Si la precisión de posicionamiento es insuficiente o la expansión y contracción térmicas son desiguales durante el laminado y el taladrado de placas de gran número de capas, esto puede provocar una desalineación de los centros de las vías apiladas, cambios bruscos de impedancia o la desconexión de la señal.

Aspectos a tener en cuenta en el diseño de orificios pequeños en el diseño de vías de placas de circuito impreso

¿Qué tamaño de orificio se considera pequeño? Por lo general, se utiliza 0,3 mm como límite; los orificios de menos de 0,3 mm se consideran pequeños. Cuanto más pequeña es la vía, más difícil resulta su mecanizado, especialmente cuando su tamaño se acerca al límite del proceso. Esto tiene que ver con el concepto industrial de “relación de aspecto”. ¿Qué es la relación de aspecto? En pocas palabras, es la relación entre el grosor de la placa y el diámetro de la vía. Cuanto mayor sea la relación de aspecto, mayor será la dificultad de mecanizado. En otras palabras, cuanto más pequeña sea la vía, más difícil resultará mecanizarla.

Difícil de galvanizar	A medida que las vías se hacen más pequeñas, la reducción de la abertura dificulta que la capa de cobre se deposite de manera uniforme durante la galvanoplastia, lo que puede provocar fácilmente problemas como la ausencia de cobre en la vía o vías defectuosas. En resumen, cuanto más pequeña es la vía, menor es la tasa de penetración del recubrimiento de cobre.
Baja eficiencia de procesamiento	Cuanto menor sea la longitud efectiva de una broca para orificios minúsculos, menos placas se podrán perforar en el mismo lote, lo que repercute directamente en la eficiencia de la producción. Para evitar la rotura de la broca, es necesario reducir la velocidad de avance y aumentar la velocidad del husillo al perforar orificios minúsculos. Este proceso no solo aumenta el tiempo de procesamiento, sino que también acelera el desgaste de la broca. Por lo tanto, en el diseño de placas de circuito impreso, lo ideal es que el tamaño de los orificios de paso sea superior a 0,3 mm para garantizar la eficiencia del procesamiento y reducir los costes. Los orificios minúsculos solo deben considerarse cuando el espacio es limitado.
problema con el diámetro exterior	A la hora de diseñar vías o orificios de soldadura, hay que tener en cuenta los requisitos dimensionales de los diámetros interior y exterior. Estos parámetros influyen directamente en el Proceso de fabricación de placas de circuito impreso. Tomando como ejemplo a Geyuan Electronics, los parámetros mínimos de procesamiento para las placas de doble cara y multicapa son un diámetro interior de 0,15 mm y un diámetro exterior de 0,25 mm.
Problema de el anillo de soldadura es demasiado pequeño	Si el anillo de soldadura es demasiado pequeño, durante la fabricación, la placa de circuito impreso (PCB) puede sufrir una desalineación entre el orificio perforado y el centro de la almohadilla de soldadura de la película, debido a las desviaciones del equipo de perforación y a las tolerancias de alineación, lo que da lugar a orificios descentrados. Esta desalineación reduce el área efectiva de las almohadillas de soldadura, aumenta el riesgo de defectos de fabricación e incluso puede provocar fallos en las conexiones eléctricas. Por lo tanto, diseñar adecuadamente el tamaño del anillo de soldadura y tener en cuenta las tolerancias de fabricación es fundamental para garantizar la calidad y la fiabilidad de la PCB.

Multicapa Técnicas de diseño de vías en placas de circuito impreso

A continuación se ofrecen una serie de consejos sobre el diseño de vías para placas de circuito impreso multicapa, resumidos por el equipo de ingeniería de Geyuan Electronics. .

• A la hora de crear orificios pasantes estándar con un taladro mecánico, es importante recordar que el tamaño mínimo aceptable de la broca depende del grosor de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, los fabricantes de PCB suelen exigir que la relación de aspecto de sus orificios no supere 10:1. Esto significa que, para una placa de circuito impreso de 62 mil de espesor, el tamaño mínimo de broca mecánica que se debe utilizar es de 6 mil o 0,006 pulgadas. Si se necesitan orificios más pequeños que este, se debe considerar el uso de microvías con una relación de aspecto de 1:1.

• Aunque las vías son cortas, siguen representando una longitud de conductor apreciable, lo que puede causar problemas cuando los requisitos de integridad de la señal son estrictos. Por ejemplo, una vía que conecte las dos capas superiores de una placa de circuito impreso de diez capas tendría ocho capas de metal innecesarias que podrían provocar interferencias.

• El tamaño de las almohadillas de las vías es importante; hay que asegurarse de que quede un anillo anular lo suficientemente grande tras el taladrado. Las taladradoras mecánicas se desvían ligeramente durante el taladrado y, si el anillo anular no es lo suficientemente grande, la vía podría resultar dañada por la rotura de la broca.

• En las zonas más densas de una placa de circuito impreso, los diseñadores deben tener cuidado de no bloquear las rutas de trazado ni las rutas de retorno del plano de tierra con vías. Por eso es fundamental utilizar vías ciegas y microvías a la hora de planificar las rutas de escape de los BGA, garantizando que cada pin pueda trazarse sin obstruir rutas de trazado importantes ni planos situados debajo del componente. Es preferible optar por vías escalonadas en lugar de vías apiladas, ya que estas últimas requieren relleno y planarización, un proceso que lleva mucho tiempo y resulta costoso.

• Establecer profundidades controladas para los agujeros ciegos y los agujeros empotrados.

• Mantener la relación de aspecto de las vías de alta velocidad al mínimo evita la reflexión de la señal. Esto proporciona un mejor rendimiento eléctrico e integridad de la señal, menor ruido y diafonía, y reduce las interferencias electromagnéticas (EMI) y de radiofrecuencia (RFI).

• Utiliza vías más pequeñas, sobre todo en placas HDI, para minimizar la capacitancia y la inductancia parásitas.

• Las vías de las almohadillas deben rellenarse, salvo que se encuentren dentro de las almohadillas térmicas.

• Las almohadillas de montaje de los BGA pueden disponderse utilizando vías ciegas y orificios pasantes, siempre que dichas vías se rellenen y se planaricen. Si no se planarizan, las uniones de soldadura podrían verse afectadas.

• Se añaden orificios pasantes a la almohadilla térmica situada debajo del QFN para facilitar el flujo de la soldadura hacia el plano conductor. Estos orificios pasantes proporcionan una unión soldada segura para las almohadillas térmicas, lo que evita que la soldadura se desplace por el encapsulado durante el montaje. Esto puede afectar a la calidad de la unión soldada de los contactos del QFN.

• Las plantas de montaje pueden compensar la falta de orificios pasantes en las almohadillas térmicas añadiendo una abertura en forma de ventana a la plantilla de pasta de soldadura situada sobre las almohadillas, lo que reduce la acumulación de soldadura y la salida de gases.

• Comprueba la distancia mínima entre las pistas y las vías y los bordes del cableado o del trazado.

• En el caso de un encapsulado BGA, comprueba la ubicación de las vías.

• Cada vía está separada de su pad mediante una traza corta predefinida. Comprueba si se ha previsto un espacio en la máscara para las vías situadas debajo del BGA.

Control de calidad de las vías en circuitos impresos multicapa

Para garantizar la calidad de las vías de los circuitos impresos, es necesario controlar los siguientes aspectos:

Selección de materiales	Se seleccionan materiales de alta calidad, como chapas y láminas de cobre, para garantizar la conductividad y la resistencia mecánica de las vías.
Tecnología de procesamiento	Se utilizan procesos avanzados de perforación y recubrimiento de cobre para mejorar la precisión y la fiabilidad de las vías.
Detección y análisis	Tras su procesamiento, las vías se someten a rigurosas inspecciones y ensayos, entre los que se incluyen pruebas de rendimiento eléctrico y de resistencia mecánica, con el fin de garantizar que cumplen los requisitos de diseño y las necesidades de uso.

Geyuan Electronics es un fabricante profesional de placas de circuito impreso multicapa.

Geyuan Electronics ya puede fabricar placas de circuito impreso (PCB) de múltiples capas, con un número de capas que oscila entre 6 y 32. Gracias a nuestra tecnología de capas ultraaltas y a la tecnología de vías en pad, ambas desarrolladas por nosotros mismos, nuestros PCB pueden tener hasta 32 capas, con un diámetro mínimo de orificio de 0,15 mm y un ancho y espaciado mínimos de las pistas de 0,0762 mm, lo que permite cientos de estructuras de laminación. En concreto, nuestra tecnología de vías en los pads utiliza un taponado con resina y un recubrimiento por galvanoplastia para todas las placas de circuito impreso de gran número de capas con 6 o más capas, lo que permite colocar las vías directamente sobre los pads, lo que da como resultado una superficie de los pads más lisa y más espacio para el trazado. Para garantizar la calidad de las PCB, utilizamos una prueba de baja resistencia de cuatro hilos para inspeccionar el recubrimiento de cobre en las paredes de las vías. En comparación con los métodos de prueba tradicionales, la prueba de baja resistencia de cuatro hilos ofrece una mayor precisión y permite detectar mejor las vías defectuosas, lo que garantiza la fiabilidad y la calidad del producto. Si necesita un fabricante profesional de placas de circuito impreso multicapa para la producción en serie y la personalización, póngase en contacto con nosotros para conocer nuestros servicios.

Resumir

Este artículo no solo resume las especificaciones de diseño de las vías para placas de circuito impreso multicapa, sino que también analiza los errores habituales y los límites del proceso en el diseño de vías de placas multicapa. Un diseño correcto de las vías no solo es un requisito previo para la fabricación de placas de circuito impreso multicapa de alta calidad, sino que también es fundamental para garantizar la fiabilidad de las mismas. Para reducir los costes de producción y evitar problemas durante la fabricación de placas de circuito impreso, es necesario establecer unas especificaciones de diseño de vías y unos procesos de producción adecuados. Elegir el método de vía adecuado permite adaptarse mejor a los diferentes diseños y disposiciones, garantizando así el rendimiento y la calidad de la placa de circuito impreso. Si necesita una producción en serie de placas de circuito impreso multicapa, Ponte en contacto con Geyuan Electronics para recibir ayuda.