Regras de conceção de vias em placas de circuito impresso (PCB)

No design eletrónico moderno, Conceção de PCB (placa de circuito impresso) é uma parte crucial de todo o processo de desenvolvimento do produto. O desenho das vias, em particular, tem um impacto direto em indicadores-chave de desempenho, tais como a integridade do sinal, a resistência mecânica e a facilidade de fabrico. Uma placa de circuito impresso (PCB) avançada pode conter milhares de traços, pads e vias para conduzir sinais e fornecer alimentação entre os pinos dos dispositivos. A responsabilidade do projetista de PCB é organizar e projetar estes componentes, ligando-os corretamente e evitando o contacto com outras redes de sinal ou de alimentação. Isto requer o traçado de percursos no projeto da PCB e a utilização de vias para fazer a ponte entre as camadas.

Embora a utilização de vias possa parecer uma operação simples, na prática do design podem ser utilizados muitos tipos diferentes de vias. Cada tipo de via pode ter regras de utilização diferentes e, se for um projetista de PCB, a sua responsabilidade é manter as vias organizadas e aplicar as regras corretas a cada tipo de via no seu sistema CAD. A seguir, serão abordados vários aspetos para ajudar os utilizadores a compreender e dominar plenamente os pontos-chave e as regras do projeto de vias em PCB. .

O que são vias em placas de circuito impresso (PCB)?

Uma via numa placa de circuito impresso (PCB) é um orifício que permite a passagem de sinais elétricos e de alimentação entre diferentes camadas. Em projetos complexos de PCB multicamadas, as vias atravessam normalmente várias camadas para estabelecer ligações entre elas, enquanto que em projetos de PCB de camada única, as vias são utilizadas para facilitar o traçado do circuito.

PCB através de tipos

Orifício passante	Os orifícios passantes são os mais comuns e os mais fáceis de fabricar. No entanto, têm limitações quanto ao tamanho mínimo e ocupam muito espaço em projetos de alta densidade.
Furos cegos e furos embutidos	As vias cegas e as vias enterradas podem ter início na camada exterior e atravessar apenas parcialmente a pilha da placa (vias cegas) ou atravessar apenas entre camadas interiores (vias enterradas). Estas vias requerem mais etapas de fabrico em comparação com as vias padrão. No entanto, devido aos requisitos de integridade do sinal e à capacidade de criar percursos de roteamento adicionais acima e/ou abaixo delas, estas vias são mais curtas e mais preferíveis nos projetos.
Microvia	As microvias, também conhecidas como vias perfuradas a laser, abrangem apenas duas camadas; constituem um método de ligação ideal para componentes densos, com passo reduzido e elevado número de pinos.

PCB vias

Estabelecer a ligação do sinal elétrico	Através da utilização de vias para atravessar várias camadas, é possível interligar diferentes sinais elétricos de modo a formar um circuito completo. Isto é especialmente importante para a transmissão de sinais de alta frequência e alta velocidade.
Determinar a localização e o posicionamento da placa de circuito impresso	As vias permitem fixar as placas de circuito impresso (PCB) ao equipamento, possibilitando o posicionamento preciso da placa no interior do dispositivo. Durante o processo de montagem, as vias também facilitam o posicionamento preciso dos circuitos integrados (IC) e de outros componentes. Isto contribui igualmente para acelerar o processo de produção e melhorar a eficiência da produção.
Função de dissipação de calor	Os dispositivos de alta potência requerem vias para a dissipação de calor. Através das vias, o calor pode ser transferido para um dissipador de calor montado na parte inferior da placa de circuito impresso, reduzindo assim a temperatura dos componentes e aumentando a fiabilidade e o desempenho do dispositivo.

PCB de acordo com as regras

Através da configuração do tamanho	As dimensões das vias devem ser determinadas com base na espessura de projeto da placa, no número de camadas e nos sinais elétricos a ligar. Geralmente, os requisitos mínimos de fabrico são fixados em 8 mil de diâmetro e 0,15 mm de largura para as vias. O projeto das vias deve garantir espaço suficiente e o número adequado de vias por camada para suportar todas as ligações necessárias.
Através da definição da posição	As vias devem ser mantidas afastadas de outros componentes críticos, especialmente dos sensores sensíveis. Para obter os melhores resultados, as vias devem ser colocadas no centro dos pads, num local de fácil acesso no projeto.
Confirmação das dimensões	No desenho do layout, as vias devem corresponder às dimensões predefinidas. Isto pode reduzir os custos de fabrico e melhorar a eficiência da produção. No que diz respeito a outras dimensões externas, deve prestar-se atenção à proporção adequada das vias, e o espaçamento entre as mesmas deve ser cuidadosamente considerado durante o corte propriamente dito, a fim de garantir o rendimento da linha de produção.

Locais de aplicação e métodos dos componentes tradicionais com orifícios de passagem Projetos de placas de circuito impresso

Na situação atual Fabrico de placas de circuito impresso De acordo com as normas, os orifícios de passagem revestidos tornaram-se um elemento fundamental do projeto de placas de circuito impresso (PCB). Os orifícios de passagem podem ser perfurados em placas de circuito de qualquer tamanho necessário, permitindo que as pistas ou os traços de cobre se liguem a vias em qualquer camada da placa de circuito. Os orifícios de passagem têm uma variedade de utilizações, incluindo:

Cabo convencional	Os orifícios de passagem são um método padrão para fazer a transição das pistas de sinal de uma camada da placa de circuito para outra.
Cablagem de emergência	Os componentes de montagem em superfície requerem, normalmente, que os pinos sejam ligados imediatamente a vias para o encaminhamento nas camadas internas das placas de circuito impresso multicamadas. Estas vias de escape ou de expansão são normalmente traçadas antes da disposição de outras faixas condutoras. O padrão de colocação das vias de escape deve ser definido de forma a deixar o maior número possível de percursos de encaminhamento nas camadas internas da placa de circuito impresso por baixo delas.
Cablagem de alimentação	As vias também são utilizadas para ligar dispositivos a planos de alimentação/terra ou a traços. A maioria das vias de alimentação é maior do que as vias de ligação normais, para permitir a passagem de correntes mais elevadas.

Utilizações especiais dos orifícios de passagem em placas de circuito impresso no projeto de placas de circuito

Os orifícios passantes também são utilizados para fins específicos ou em situações especiais nas placas de circuito, incluindo os seguintes:

Orifícios de dissipação de calor	No caso de componentes que funcionam a altas temperaturas, as vias são normalmente incorporadas numa grande área de terra central, para facilitar a dissipação eficaz do calor através do plano de terra da placa. Estas vias são essenciais para evitar que a acumulação de calor provoque avarias noutros componentes da placa.
Orifício de sutura	Estas vias proporcionam múltiplas ligações para circuitos de alta corrente, conduzidos por múltiplas faixas de alimentação em diferentes camadas da placa de circuito impresso. As vias de costura também ajudam a dissipar o calor destes circuitos e a reduzir a indutância das ligações.
Orifício de blindagem	A colocação de várias vias de ligação à terra em torno de circuitos sensíveis cria um efeito de gaiola de Faraday. Este método de ligação ajuda a suprimir o impacto de potenciais problemas de interferência eletromagnética (EMI) no circuito.
Orifício de transmissão de ligação à terra	Em projetos de alta velocidade, as vias de transmissão de terra são utilizadas para preservar os percursos de retorno do sinal entre várias camadas do plano de terra quando o encaminhamento do sinal transita entre camadas.
Orifício de transmissão de ligação à terra	Em projetos de alta velocidade, as vias de transmissão de terra são utilizadas para preservar os percursos de retorno do sinal entre várias camadas do plano de terra quando o encaminhamento do sinal transita entre camadas.
Buraco na placa	É possível colocar vias dentro dos pads de componentes de montagem em superfície densos, tais como os pacotes de tipo «ball grid array» (BGA). Isto ajuda a resolver problemas de espaçamento, mas a criação de vias dentro dos pads pode ser um desafio para os fabricantes que utilizam brocas mecânicas em orifícios de passagem padrão. As microvias oferecem uma solução melhor.

Regras de conceção de orifícios de passagem em placas de circuito impresso e precauções a tomar durante a produção.

Os orifícios passantes requerem uma pastilha em cada camada da placa de circuito. A pastilha deve ser suficientemente grande para a perfuração, mas suficientemente pequena para não ocupar demasiado espaço. Devem também ser previstas «anti-pads» padrão nas camadas planas da placa de circuito, com um tamanho adequado ao diâmetro da broca. O anel metálico que rodeia o orifício passante na camada exterior da placa de circuito denomina-se «anel», sendo este um dos principais fatores que determinam a classe de fiabilidade da placa de circuito. As placas de circuito da Classe 1 permitem que o anel seja danificado pela perfuração, enquanto a Classe 2 exige que a broca seja tangente ao anel. As placas de circuito da Classe 3 têm a classe de fiabilidade mais elevada, e a espessura do anel em qualquer ponto à volta da broca não deve ser inferior a 5 mils.

Outra regra fundamental de conceção para orifícios de passagem consiste em selecionar o tamanho da via com base na relação de aspecto entre o orifício perfurado e a espessura da placa. As brocas mecânicas têm uma profundidade de perfuração limitada, e a relação de aspecto determina o limite dessa profundidade. Normalmente, os fabricantes de placas pretendem uma relação de aspecto não superior a 10:1, o que significa que, numa placa com 62 mil de espessura, o tamanho mínimo de via que pode ser perfurado de forma fiável é de 6 mil.

Se forem utilizados orifícios de passagem para ligar sinais de alta velocidade nas duas primeiras camadas de uma placa de circuito impresso de 12 camadas, a maioria das vias não utilizadas pode funcionar como antenas, causando problemas de integridade do sinal. Para resolver esta situação, muitos fabricantes procedem à perfuração reversa das partes das vias não utilizadas. A perfuração reversa requer instruções e dados específicos dos projetistas, indicando quais vias devem ser removidas. No entanto, a perfuração reversa aumenta os custos de fabrico, sendo que, normalmente, a melhor opção consiste em utilizar microvias, vias cegas ou vias enterradas para melhorar o desempenho da placa de circuito impresso.

Por fim, se necessário, os orifícios de passagem podem ser tapados ou preenchidos, mas, tal como no caso da perfuração reversa, esta operação também exige que o projetista da placa de circuito impresso forneça instruções específicas ao fabricante:

Óleo para cobertura de orifícios de passagem	Cobrir as vias com máscara de solda não preenche, na verdade, o orifício de passagem, mas é necessário ter cuidado para evitar a formação de bolhas de ar no invólucro durante o aquecimento da soldadura, o que poderia provocar fugas de gás. Normalmente, é deixado um pequeno orifício no centro da máscara de solda que cobre a via, para permitir a saída do ar quente. A máscara de solda da tampa da via ajuda a aproximar a via do padrão das almofadas de montagem em superfície, sem permitir que a solda flua através do orifício.
Obstrução causada por pasta condutora	Os orifícios de passagem são preenchidos com resina epóxi ligada a materiais metálicos, como ouro, prata ou cobre. Este método de preenchimento dos orifícios de passagem contribui para melhorar a capacidade de corrente e o desempenho na dissipação de calor dos orifícios de passagem, mas é dispendioso.
Tampão de pasta não condutora	Este método de vedação de vias protege as vias sem necessitar de tratamento de superfície, mas não melhora a dissipação de calor nem a capacidade de corrente. Este método utiliza normalmente máscara de solda ou outros materiais semelhantes.

Regras de conceção de vias em placas de circuito impresso (PCB) para vias cegas e enterradas

Para criar mais espaço para o traçado nas placas de circuito, os fabricantes conceberam um método para limitar o número de camadas da placa de circuito que as vias podem atravessar. Estas vias são denominadas «vias cegas» ou «vias enterradas», mas os projetistas devem ter em conta que a sua fabricação é mais dispendiosa do que a dos orifícios de passagem padrão.

O que é um furo cego e quais são as suas regras de conceção?

As vias cegas têm início na camada exterior de uma placa de circuito e penetram apenas numa parte da pilha da placa. Como as vias cegas são perfuradas mecanicamente, as suas limitações em termos de diâmetro de perfuração são as mesmas que as dos orifícios passantes. No entanto, no interior da pilha da placa de circuito, as vias cegas permitem a existência de canais de roteamento adicionais por baixo ou por cima delas. Isto confere às vias cegas uma vantagem significativa em relação aos orifícios passantes perfurados na parte posterior, uma vez que estes, devido à sua forma tubular, não permitem o encaminhamento por baixo ou por cima deles. Além disso, as vias cegas são fabricadas sequencialmente, o que significa que os pares de camadas são perfurados e revestidos antes de serem unidos. Uma vez que as vias cegas requerem etapas adicionais no processo de fabrico, não são economicamente vantajosas, mas a sua utilização pode ser necessária por razões de integridade do sinal ou de desempenho elétrico. Os projetistas de PCB devem utilizar as vias cegas com cautela, recorrendo a elas apenas quando necessário e após confirmarem os detalhes de fabrico com o fabricante da PCB.

O que é um furo subterrâneo e as suas regras de conceção?

As vias enterradas, tal como as vias cegas, são perfuradas mecanicamente, mas os seus pontos inicial e final situam-se nas camadas internas da placa de circuito, e não na superfície. As vias enterradas são muito úteis para placas de circuito impresso com ligações densas, permitindo que os canais de encaminhamento sejam colocados acima e abaixo delas. No entanto, tal como as vias cegas, as vias enterradas também são dispendiosas e a sua relação custo-eficácia não é elevada, a menos que a sua utilização permita reduzir significativamente o número de camadas na placa de circuito impresso. Para além das vias cegas e enterradas perfuradas mecanicamente, uma opção mais vantajosa são as microvias perfuradas com laser.

regras de conceção em PCB por design

As microvias são orifícios com um diâmetro inferior a 6 mils, normalmente perfurados com laser. Devido ao seu tamanho minúsculo, as microvias geralmente penetram apenas numa camada, mas podem ser utilizadas tanto nas camadas externas como nas internas das placas de circuito impresso. Por causa do seu tamanho reduzido, as microvias são adequadas para muitas situações em que os orifícios de passagem não são viáveis, mas o seu custo de fabrico é significativamente mais elevado. Outras regras de conceção de vias em PCB relacionadas com as microvias incluem:

Proporção da imagem	Os microporos são de dimensões reduzidas, o que dificulta o processo de galvanoplastia no seu interior. A melhor prática consiste em fazer com que o seu diâmetro seja maior do que a sua profundidade.
Tamanho da almofada	Devido ao diâmetro mais pequeno das microvias, os projetistas de PCB podem utilizar pads de dimensões mais reduzidas, até 12 mils, deixando assim mais canais de encaminhamento.
orifício do tampão	As microvias são normalmente obturadas e galvanizadas para ficarem ao mesmo nível dos outros componentes metálicos. Este método de obturacão torna as microvias ideais para aplicações com orifícios de passagem.

As microvias são amplamente utilizadas no layout de placas de circuito impresso (PCB) e constituem um elemento fundamental nos projetos de alta densidade. Sem a colocação de microvias nos pequenos pads dos BGAs de alta densidade, seria impossível encaminhar estes processadores e dispositivos de memória com elevado número de pinos. As microvias também podem ser utilizadas em combinação com outros tipos de vias. As microvias podem ser empilhadas não só umas sobre as outras, mas também com vias enterradas ou cegas.

Como utilizar o via num circuito impresso design ?

Considerações durante a fase de conceção	Ao projetar uma placa de circuito impresso (PCB), os engenheiros têm de determinar a localização, o tamanho e o número de vias com base nos requisitos do circuito e na estrutura das camadas da placa. Isto exige que os engenheiros possuam uma vasta experiência e conhecimentos especializados para garantir a racionalidade e a fiabilidade do projeto.
Escolha o tipo de via adequado	Escolha o tipo de via adequado com base no cenário de aplicação específico e nos requisitos. Por exemplo, as vias cegas podem ser escolhidas para ligar traços da superfície e das camadas internas; as vias enterradas podem ser escolhidas para ligações que precisam de ficar completamente ocultas no interior da placa de circuito impresso; e as vias de orifício de passagem devem ser escolhidas para ligações que precisam de atravessar toda a placa de circuito impresso.
Otimizar através de parâmetros	Para melhorar o desempenho elétrico e a resistência mecânica, é necessário otimizar parâmetros como o diâmetro das vias, a relação de abertura e a espessura da folha de cobre. A seleção adequada destes parâmetros pode reduzir eficazmente os efeitos adversos da capacitância e da indutância parasíticas, melhorando assim a qualidade da transmissão do sinal.
Precauções durante o processamento e o fabrico	Durante o processo de fabrico de placas de circuito impresso (PCB), é necessário controlar rigorosamente indicadores-chave, tais como a precisão da perfuração das vias, a rugosidade das paredes dos orifícios e a qualidade do revestimento de cobre. A qualidade destes indicadores afeta diretamente o desempenho das vias e a qualidade global da placa de circuito impresso.

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Resumir

Em resumo, as vias nas placas de circuito impresso (PCB) são um elemento crucial na conceção e no traçado de circuitos. Não só ligam diferentes sinais em série, como também facilitam o posicionamento da placa, a dissipação de calor e outras funções. A colocação das vias é regida por especificações e requisitos específicos. Por conseguinte, um posicionamento eficaz dos vias pode melhorar a eficiência térmica, aumentar a eficiência da produção e melhorar a qualidade global do fabrico, contribuindo assim significativamente para o desenvolvimento da indústria de fabrico de produtos eletrónicos. Se necessitar de produção em grande escala de produtos de PCB personalizados, Por favor, contacte-nos para obter ajuda.