Análise de erros comuns e limites do processo no desenho de vias em placas de circuito impresso multicamadas

O fabrico bem-sucedido de placas de circuito impresso (PCB) personalizadas requer não só conceitos de design inovadores, mas também um profundo conhecimento dos vários processos de fabrico de PCB multicamadas por parte do fabricante. O design das vias, enquanto elemento crucial de Conceção de placas de circuito impresso, é fundamental para o desempenho das placas de circuito impresso (PCB) e para a eficiência do processo de fabrico. A seguir, apresentamos a nossa análise dos erros mais comuns no projeto dos orifícios de passagem das placas de circuito impresso e das limitações do processo de fabrico.

Conceitos básicos sobre vias em PCBs multicamadas

No projeto de placas de circuito impresso (PCB), as vias são um elemento crucial. Em termos simples, as vias das PCB são pequenos orifícios metalizados numa PCB multicamadas utilizadas para ligar condutores entre diferentes camadas. Estes orifícios não só proporcionam ligações elétricas, como também servem de orifícios de montagem ou posicionamento para os componentes. Dependendo do processo de fabrico, as vias classificam-se principalmente em três tipos: vias cegas, vias enterradas e orifícios de passagem.

A função das vias em PCBs multicamadas

Ligação elétrica	Nas placas de circuito impresso multicamadas, os circuitos entre as diferentes camadas têm de ser ligados através de vias. Este método de ligação garante uma transmissão estável do sinal e reduz a atenuação do sinal e a interferência.
Fixação e posicionamento de componentes	Para além das ligações elétricas, as vias também são utilizadas para fixar e posicionar os componentes. Ao perfurar orifícios na placa de circuito impresso e inserir os terminais dos componentes, estes podem ser montados de forma firme.

de acordo com as especificações de projeto para placas de circuito impresso multicamadas

Nas placas de circuito impresso (PCB), as vias são frequentemente utilizadas para ligar circuitos em diferentes níveis. Se não se respeitarem as especificações relativas às vias de passagem de camada durante o layout e a conceção da PCB, estas podem tornar-se um ponto de estrangulamento no processo de fabrico. O cumprimento das especificações permite evitar problemas de produção e garantir a qualidade e a fiabilidade da placa.

Evite orifícios cegos	Os furos cegos ligam apenas uma camada. Quando é necessário atravessar várias outras camadas, as peças internas têm de ser perfuradas com broca ou a laser. Devido ao elevado custo de fabrico e à complexidade do processo, os furos cegos devem ser evitados tanto quanto possível.
Defina o mezanino e o ponto de corte corretos	No desenho de placas de circuito impresso (PCB), para evitar curto-circuitos entre diferentes camadas, é necessário definir regras adequadas para os espaços entre camadas e para as vias. As regras relativas às vias definem o espaçamento mínimo entre as mesmas, bem como alguns aspetos a ter em conta no que diz respeito ao traçado em linha, à ligação e ao espaçamento entre camadas.
Selecione o tipo de via correto	Ao escolher as vias, é necessário encontrar um equilíbrio entre o custo e a fiabilidade para o consumidor. Para as placas mais simples, que requerem ligações em ambas as extremidades, as vias de furo passante são adequadas. Para placas com um design denso, podem ser consideradas vias de furo passante, vias cegas e vias embutidas.
Orifício para a braçadeira de ligação à terra	Ao incorporar soluções de ligação à terra, tais como orifícios para grampos de ligação à terra, no layout, é possível melhorar eficazmente a compatibilidade eletromagnética e reduzir a acumulação de eletricidade estática.

PCBs multicamadas pode ser concebido em qualquer tamanho?

Vamos começar por ver como são feitos os orifícios numa placa de circuito impresso (PCB). Em primeiro lugar, na fase de preparação do material, os fabricantes de PCB utilizam máquinas de corte automáticas para cortar grandes laminados revestidos a cobre em substratos de dimensões específicas, de modo a satisfazer as necessidades de produção. Em seguida, as máquinas de perfuração CNC perfuram com precisão orifícios em locais designados nos laminados revestidos a cobre. Como a broca da máquina de perfuração é redonda, só consegue perfurar orifícios redondos e não consegue produzir orifícios quadrados.

Levando Geyuan Electronics A título de exemplo, as brocas utilizadas no processamento de placas de circuito impresso (PCB) são brocas mecânicas, cujas especificações variam em incrementos de 0,05 mm. As suas brocas para orifícios redondos variam entre 0,15 mm e 6,30 mm, a sua broca para ranhuras mais pequena tem 0,65 mm (adequada para ranhuras metalizadas) e a sua fresa para ranhuras mais pequena tem 1,0 mm (adequada para ranhuras não metalizadas). Por conseguinte, as vias não podem ser concebidas com qualquer dimensão durante a conceção de uma placa de circuito impresso.

Conceção de vias e fabrico de núcleos para placas de circuito impresso multicamadas análise dos limites do processo

Perfuração mecânica e perfuração a laser	O diâmetro mínimo de uma broca mecânica é normalmente de 0,3 mm; a perfuração a laser permite atingir diâmetros de 0,15 mm ou até menores, mas isso aumenta significativamente os custos de processamento.
Limite da relação de aspecto (relação entre profundidade e diâmetro)	Quando a relação entre a espessura da placa e o diâmetro do orifício (relação profundidade/diâmetro) é demasiado elevada, quanto menor for o orifício, mais irregular será o revestimento de cobre na parede do orifício. Quando a profundidade do orifício excede 6 vezes o diâmetro do orifício ou a relação profundidade/diâmetro excede 10:1, é muito fácil que não haja cobre na parede do orifício, que a broca se parta ou que ocorra uma falha no revestimento. .
Espaçamento entre furos e distância de segurança	Se dois orifícios estiverem demasiado próximos um do outro, o material ficará demasiado fino durante a perfuração e a broca partir-se-á devido a uma distribuição desigual da tensão. Deve manter-se uma distância de segurança entre a borda do orifício e a cablagem da camada interna ou os orifícios adjacentes (normalmente, a distância entre o laço e a linha deve ser superior a 3 mil a 6 mil).

Erros comuns de design e dicas

Buscar cegamente aberturas extremamente pequenas	Os circuitos que não são de alta velocidade ou as placas multicamadas convencionais não exigem a utilização obrigatória de microvias ou vias cegas enterradas de ordem elevada; caso contrário, isso conduzirá a uma diminuição do rendimento da produção e a um aumento exponencial dos custos.
As vias e os pads podem ser utilizados de forma intercambiável (as vias podem ser aplicadas diretamente nos pads).	A colocação de vias diretamente sobre as áreas de contacto dos componentes pode fazer com que a pasta de solda escorra ao longo das vias durante a soldadura por refluxo, levando a uma quantidade insuficiente de solda ou mesmo a provocar o fenómeno de “tombstone” nos componentes.
Anel anular demasiado pequeno	Se a largura do anel de cobre em torno da área de soldadura for insuficiente, isso pode facilmente provocar a ruptura do orifício (o cobre no orifício parte-se) ou a queda da área de soldadura, caso a perfuração esteja ligeiramente desalinhada.
Desvio no alinhamento de orifícios cegos em camadas múltiplas	Se a precisão de posicionamento for insuficiente ou se a expansão e contração térmicas forem desuniformes durante a laminação e a perfuração de placas com um elevado número de camadas, isso pode provocar o desalinhamento dos centros dos vias empilhados, alterações bruscas na impedância ou a interrupção do sinal.

Considerações sobre a conceção de orifícios pequenos no desenho de vias de placas de circuito impresso

Que tamanho de orifício é considerado um orifício pequeno? Geralmente, utiliza-se 0,3 mm como limite; os orifícios com menos de 0,3 mm são considerados pequenos. Quanto menor for o via, maior será a dificuldade de usinagem, especialmente quando o tamanho do via se aproxima do limite do processo. Isto envolve o conceito industrial de “rácio de aspecto”. O que é a relação de aspecto? Em termos simples, é a relação entre a espessura da placa e o diâmetro do via. Quanto maior for a relação de aspecto, maior será a dificuldade de usinagem. Por outras palavras, quanto menor for o via, mais difícil será usiná-lo.

Difícil de galvanizar	À medida que as vias se tornam mais pequenas, a abertura reduzida dificulta a deposição uniforme da camada de cobre durante a galvanoplastia, o que conduz facilmente a problemas como a ausência de cobre na via ou vias com defeito. Em suma, quanto mais pequena for a via, menor será a taxa de passagem do revestimento de cobre.
Baixa eficiência de processamento	Quanto menor for o comprimento efetivo de uma broca para orifícios minúsculos, menor será o número de placas que podem ser perfuradas no mesmo lote, o que tem um impacto direto na eficiência da produção. Para evitar a quebra da broca, é necessário reduzir a velocidade de avanço e aumentar a velocidade do fuso ao perfurar orifícios minúsculos. Este processo não só aumenta o tempo de processamento, como também acelera o desgaste da broca. Por conseguinte, na conceção de PCB, o tamanho dos orifícios de passagem deve, idealmente, ser superior a 0,3 mm para garantir a eficiência do processamento e reduzir os custos. Os orifícios minúsculos só devem ser considerados quando o espaço é limitado.
problema com o diâmetro exterior	Ao projetar vias ou orifícios de soldadura, é necessário ter em conta os requisitos dimensionais relativos aos diâmetros interior e exterior. Estes parâmetros afetam diretamente o Processo de fabrico de placas de circuito impresso. Tomando como exemplo a Geyuan Electronics, os parâmetros mínimos de processamento para placas de dupla face e multicamadas são um diâmetro interior de 0,15 mm e um diâmetro exterior de 0,25 mm.
Problema de o anel de soldadura é demasiado pequeno	Se o anel de solda for demasiado pequeno, durante o fabrico, a placa de circuito impresso (PCB) poderá sofrer um desalinhamento entre o orifício perfurado e o centro da pastilha de solda na película, devido a desvios do equipamento de perfuração e às tolerâncias de alinhamento, resultando em orifícios descentrados. Este desalinhamento reduz a área efetiva das pastilhas de soldadura, aumenta o risco de defeitos de fabrico e pode até conduzir a falhas na ligação elétrica. Por conseguinte, conceber adequadamente o tamanho do anel de soldadura e ter em conta as tolerâncias de fabrico é crucial para garantir a qualidade e a fiabilidade da placa de circuito impresso.

Multicamadas Técnicas de conceção de vias em placas de circuito impresso

Seguem-se algumas dicas sobre o desenho de vias para placas de circuito impresso multicamadas, resumidas pela equipa de engenharia da Geyuan Electronics. .

• Ao criar orifícios passantes padrão com uma broca mecânica, é importante ter em conta que o tamanho mínimo aceitável da broca depende da espessura da placa de circuito impresso. Por exemplo, os fabricantes de PCB exigem normalmente que a relação de aspecto dos seus orifícios não exceda 10:1. Isto significa que, para uma placa de circuito com 62 mil de espessura, o tamanho mínimo da broca mecânica que se deve utilizar é de 6 mil ou 0,006 polegadas. Se forem necessários orifícios mais pequenos do que estes, deve considerar-se a utilização de microvias com uma relação de aspecto de 1:1.

• Embora as vias sejam curtas, representam, ainda assim, um comprimento condutor mensurável, o que pode causar problemas quando os requisitos de integridade do sinal são rigorosos. Por exemplo, uma via que ligue as duas camadas superiores de uma placa de circuito impresso de dez camadas teria oito camadas de metal desnecessário que poderiam introduzir interferências.

• O tamanho das áreas de contacto das vias é importante; é necessário garantir que fica um anel anular suficientemente grande após a perfuração. As brocas mecânicas oscilam ligeiramente durante a perfuração e, sem um anel anular suficiente, a via pode ficar danificada devido à quebra da broca.

• Em áreas densamente preenchidas de uma placa de circuito impresso (PCB), os projetistas devem ter cuidado para não bloquear os percursos de roteamento ou os percursos de retorno do plano de terra com vias. É por isso que a utilização de vias cegas e microvias é crucial ao planear percursos de escape para BGAs, garantindo que cada pino possa ser roteado sem obstruir percursos de roteamento importantes e planos por baixo do componente. Opte por vias escalonadas em vez de vias empilhadas, uma vez que estas últimas requerem preenchimento e planarização, um processo demorado e dispendioso.

• Aplicar profundidades controladas aos furos cegos e aos furos enterrados.

• Manter a relação de aspecto das vias de alta velocidade ao mínimo evita a reflexão do sinal. Isto proporciona um melhor desempenho elétrico e integridade do sinal, menor ruído e diafonia, e reduz a EMI/RFI.

• Utilize vias mais pequenas, especialmente em placas HDI, para minimizar a capacitância e a indutância parasíticas.

• As vias nas áreas de contacto devem ser preenchidas, a menos que se encontrem dentro das áreas térmicas.

• As almofadas de montagem do BGA podem ser dispostas utilizando vias cegas e orifícios de passagem, desde que essas vias sejam preenchidas e niveladas. Se não forem niveladas, as juntas de solda podem ser afetadas.

• São adicionados orifícios de passagem à almofada térmica situada por baixo do QFN para facilitar o fluxo da solda até ao plano condutor. Estes orifícios de passagem proporcionam uma ligação soldada segura para as almofadas térmicas, evitando assim que a solda se espalhe pela embalagem durante a montagem. Isto pode afetar a qualidade da ligação soldada dos contactos do QFN.

• As oficinas de montagem podem compensar a ausência de orifícios passantes nas almofadas térmicas adicionando uma abertura em forma de janela ao estêncil de pasta de solda por cima das almofadas, o que reduz a acumulação de solda e a formação de bolhas.

• Verifique a distância mínima entre as pistas e as vias e as bordas do circuito impresso.

• No caso de um pacote BGA, verifique a localização das vias.

• Cada via é separada da sua área de contacto através de um traço curto predefinido. Verifique se existe uma abertura na máscara para as vias situadas por baixo do BGA.

Controlo de qualidade das vias em PCBs multicamadas

Para garantir a qualidade das vias dos PCB, é necessário controlar os seguintes aspetos:

Seleção de materiais	São selecionados materiais de alta qualidade, como chapas e folhas de cobre, para garantir a condutividade e a resistência mecânica das vias.
Tecnologia de processamento	São utilizados processos avançados de perfuração e revestimento com cobre para melhorar a precisão e a fiabilidade das vias.
Detecção e testes	Após o processamento, as vias são submetidas a uma inspeção e a ensaios rigorosos, incluindo ensaios de desempenho elétrico e de resistência mecânica, para garantir que cumprem os requisitos de conceção e as necessidades de utilização.

Geyuan Electronics é um fabricante profissional de placas de circuito impresso multicamadas.

A Geyuan Electronics pode agora produzir placas de circuito impresso (PCB) com um elevado número de camadas, que variam entre 6 e 32 camadas. Aproveitando a nossa tecnologia de camadas ultra-altas desenvolvida internamente e a tecnologia de vias no pad, as nossas placas de circuito impresso podem ter até 32 camadas, com um diâmetro mínimo de furo de 0,15 mm e uma largura e espaçamento mínimos das pistas de 0,0762 mm, suportando centenas de estruturas de laminação. Em particular, a nossa tecnologia de vias no pad utiliza o enchimento com resina + revestimento por galvanoplastia em todas as placas de circuito impresso de múltiplas camadas com 6 ou mais camadas, permitindo que as vias sejam colocadas diretamente nos pads, o que resulta numa superfície mais lisa dos pads e em mais espaço para o traçado. Para garantir a qualidade das placas de circuito impresso, utilizamos um teste de baixa resistência de quatro fios para inspecionar o revestimento de cobre nas paredes das vias. Em comparação com os métodos de teste tradicionais, o teste de baixa resistência de quatro fios oferece maior precisão e consegue detetar melhor as vias defeituosas, garantindo assim a fiabilidade e a qualidade do produto. Se necessitar de um fabricante profissional de PCB multicamadas para produção em massa e personalização, contacte-nos para obter os nossos serviços.

Resumir

Este artigo não só resume as especificações de conceção de vias para placas de circuito impresso multicamadas, como também analisa erros comuns e limites do processo na conceção de vias para placas de circuito impresso multicamadas. A conceção correta das vias não é apenas um pré-requisito para o fabrico de placas de circuito impresso multicamadas de alta qualidade, mas também é crucial para garantir a fiabilidade das placas de circuito impresso. Para reduzir os custos de produção e evitar problemas durante o fabrico das placas de circuito impresso, é necessário estabelecer especificações de conceção de vias e processos de produção corretos. A escolha do método de via adequado permite uma melhor adaptação a diferentes layouts e conceções, garantindo o desempenho e a qualidade das placas de circuito impresso. Se necessitar de produção em série de placas de circuito impresso multicamadas, Por favor, contacte a Geyuan Electronics para obter ajuda.