Tipos de Vias: Guia Completo para Interconexões de PCB

Em dispositivos eletrônicos e de computação, a circuitaria é conduzida por uma pequena placa verde que transfere vários sinais dos prompts de controle e para a tela. Em cada smartphone, por exemplo, uma placa de circuito impresso (PCB) pode ser encontrada dentro com vários chips e componentes que conduzem os sinais para milhares de diferentes recursos e comandos. Cada vez que você pressiona um dos prompts na tela sensível ao toque, você está ativando um dos sinais na placa interna. A maioria destes sinais é conduzida através de vias de PCB.

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O que é uma Via?

Em uma placa de circuito impresso, vias são furos que passam através das camadas da placa para o propósito de condutividade. Cada furo funciona como um caminho condutivo através do qual sinais elétricos são passados entre camadas de circuito. Vias viajam através de níveis variados em uma placa de circuito impresso. Dependendo do design do PCB, a placa pode requerer um furo que passa por todas as camadas de cima para baixo. Alternativamente, algumas vias penetram apenas a camada superior ou inferior, e algumas são colocadas através de uma camada interna. Existem várias opções quando se trata de vias em uma placa de circuito impresso.

Vias estão entre as características mais cruciais em uma placa de circuito impresso. Consequentemente, elas respondem por uma parcela considerável do custo envolvido com fabricação de placas.

Apesar do fato de que estes diferentes tipos de vias servem o mesmo propósito básico, um tipo particular de via será mais adequado que outros em certos designs de PCB. Este artigo cobre os diferentes tipos de vias em design de PCB e como cada um pode facilitar uma conexão elétrica em uma placa de circuito impresso.

 

Principais Tipos de Vias

Existem duas categorias primárias de vias, dependendo de onde estão nas camadas do PCB — o furo cego e o furo enterrado.

Em um furo cego, o furo penetra a camada superior ou inferior da placa mas para antes de qualquer uma das camadas internas. Furos cegos são nomeados como tal porque você não pode ver através deles quando segura uma placa contra a luz. O processo envolvido com criação de furo cego pode ser difícil porque você deve saber quando parar de perfurar na placa. Como tal, muitos fabricantes de PCB evitam galvanização de furo deste tipo.

Outro tipo de via é o furo enterrado, que pode aparecer através de uma ou mais camadas internas. Como o furo enterrado está sanduíche entre camadas, não pode ser visto a olho nu. Para uma placa multicamada ter uma camada cega, a galvanização do furo na camada interna deve ser completada no início durante a montagem do PCB, antes que as camadas superior e inferior sejam aplicadas à placa.

Onde quer que a via seja colocada, é provável que seja um de três tipos principais:

• Through-hole (furo passante)
• Via-in-pad (via no pad)
• Microvia.

1. Through-Hole (Furo Passante)

O tipo mais óbvio de via é a galvanização through-hole, que penetra todas as camadas em uma placa multicamada. Through-holes são tipicamente maiores que furos cegos e furos enterrados e também são muito mais fáceis de identificar a olho nu. Quando você segura uma placa antes da luz, a luz atravessará direto através de um furo passante galvanizado. Through-holes também são mais fáceis de fazer porque você pode simplesmente perfurar direto através de todas as camadas, diferente de furos cegos, onde você tem que ter cuidado com quão profundo faz o furo.

Tecnologia through-hole existe desde meados do século 20 quando substituiu construção ponto a ponto. Through-holes foram mais comuns entre os anos 1950 e 1980 quando quase todas as características encontradas em uma placa de circuito impresso eram anexadas a um through-hole.

Nos primeiros dias da tecnologia through-hole, PCBs tinham suas trilhas impressas apenas no lado superior. À medida que a tecnologia avançou, a impressão apareceu em ambos os lados. Eventualmente, placas multicamadas entraram em uso. Neste ponto, through-holes foram atualizados para through-holes galvanizados para permitir contatos entre camadas condutivas. Hoje, through-holes galvanizados são usados para conectar as diferentes camadas em um PCB. Through-holes são geralmente usados para facilitar componentes com terminais de fio. Componentes de terminal axial são colocados através destes furos e usados para conectar através de espaços curtos.

Through-holes podem frequentemente ser vistos nas grandes motherboards que eram usadas em torres de computador durante os anos 1990 e 2000. PCBs com componentes through-hole também podiam ser vistos nos velhos cartões de interconexão de componentes periféricos (PCI) que eram conectados nestas motherboards mais antigas. Por exemplo, placas de som que conectavam a slots PCI dentro da torre tipicamente apresentavam componentes que eram anexados à placa em through-holes. Características similares podiam ser encontradas em placas de vídeo em computadores mais antigos que precedem os dispositivos all-in-one de tela plana de hoje.

Com a popularidade crescente de dispositivos de computação móvel pequenos, compactos e gadgets eletrônicos, PCBs estão sendo projetados com poucos, se houver, componentes through-hole. Como tal, existem poucas razões remanescentes para designers de PCB continuarem usando placas que contêm through-holes grandes, pois estes consomem muito espaço em uma placa que poderia ser posto para uso mais eficiente com microvias. De fato, para designers manterem suas placas pequenas, microvias e montagens em superfície devem ser usadas tanto quanto possível. À medida que a tendência continua, through-holes provavelmente serão eliminados inteiramente nos anos vindouros.

 

2. Via-in-Pad (Via no Pad)

Um dos designs mais populares de hoje para placas de circuito impresso envolve a aplicação de vias em pads de matriz de esferas (BGA), alternadamente conhecido como via-in-pad. No design via-in-pad, as vias são colocadas nos pads BGA do PCB. O design tornou-se popular porque torna possível para fabricantes minimizar a quantidade de espaço requerida para vias. Como tal, via-in-pad permite que fabricantes façam placas de circuito impresso menores que requerem menos espaço para rotear sinais. Via-in-pad é uma tecnologia ideal para dispositivos eletrônicos e de computação compactos de hoje, que fabricantes projetaram para caber em bolsos e às vezes ao redor de pulsos.

O design via-in-pad é especialmente conveniente para roteamento porque os furos conectam direto à camada que subjaz o componente, tornando possível rotear sinais sem o risco de ir fora do perímetro da pegada do dispositivo.

Admitidamente, nem todos os fabricantes abraçaram a prática de colocar vias em pads BGA. Um dos principais inconvenientes para alguns fabricantes de PCB é que você tem que preencher o pad com cobre puro ou algum material não condutivo coberto com cobre. Caso contrário, a solda sangrará fora do pad e causará a perda de conectividade do PCB.

Outro fator proibitivo para alguns fabricantes é o fato de que vias requerem uma etapa adicional que pode frequentemente ser custosa e demorada. Alguns designers simplesmente não desejam adicionar ao custo de criação de PCB. Além disso, quando você coloca vias em um pad, isso altera o diâmetro de perfuração requerido.

Apesar destas questões, existem várias vantagens de colocar vias em pads BGA. Custos à parte, você pode fazer placas menores com via-in-pad e finalmente fazer dispositivos menores. Para certos gadgets modernos e dispositivos móveis, o design via-in-pad pode ser sua única opção.

Em um layout de via padrão, máscara de solda pode ser aplicada para parar o fluxo de solda na via. Com o design via-in-pad, você não pode deixar o barril livre de preenchimento porque ar poderia ficar aprisionado, causando out-gassing enquanto o PCB está em produção. Portanto, as vias precisam ser preenchidas quando colocadas em pads BGA. Para o design funcionar, você também deve ter uma superfície planar plana, pois isso tornará possível conectar BGAs de passo fino com poucas, se houver, complicações.

Vias in-pad podem ser preenchidas com epóxi. Isso deve ser feito após as etapas de perfuração e galvanização. Outra opção é preencher as vias com cobre. Isso funcionaria se as vias são laser-abladas. Qualquer método que você escolha, você precisará garantir que o pad é grande o suficiente para o diâmetro do furo e também tenha tolerâncias suficientes. Além disso, o design precisaria atender às normas IPC Classe 2 e 3.

Se você ainda está em dúvida se via-in-pad seria a melhor opção que um layout de via padrão, você deve falar com um fabricante de PCB para ver como a tecnologia mais nova transformou suas placas.

 

3. Microvias

Em design de PCB, vias que são abaixo de 150 mícrons são conhecidas como microvias, que são usadas em muitas placas de interconexão de alta densidade (HDI). Designers preferem microvias devido ao tamanho pequeno do furo, que consome muito menos espaço na placa que os furos que requerem mais perfuração. Em uma microvia, as camadas são conectadas uma à outra com galvanização de cobre.

Microvias são criadas na forma de cones, o que torna fácil para os lados da via serem galvanizados com cobre. Uma microvia pode passar através de duas camadas adjacentes mas não mais além. Se um design de placa requer uma via através de múltiplas camadas, múltiplas microvias precisariam ser empilhadas de acordo.

Do ponto de vista de fabricação, criar microvias empilhadas pode ser um processo custoso e demorado. Em placas que requerem uma microvia sobre outra, o design mais comum apresentará duas microvias. Quanto a empilhamento, o limite máximo é quatro microvias. No entanto, quatro microvias são raramente aplicadas na fabricação de PCB devido aos altos custos.

Uma opção alternativa à microvia empilhada é a microvia escalonada, que é configurada como uma escada onde uma segunda ou terceira microvia é colocada um passo à frente abaixo da de cima. Como com microvias empilhadas, microvias escalonadas podem ser difíceis e custosas para produzir em um PCB multicamadas.

Se uma microvia entra através da camada externa da placa e corta para uma camada interna antes de parar, isso se qualificaria como uma microvia cega. Com uma microvia cega, você pode aumentar a densidade de fiação em uma placa de circuito impresso. Microvias cegas são especialmente vantajosas se um sinal na camada externa deve ser roteado para uma camada subjacente, pois a microvia cega oferecerá a menor distância. Em uma placa HDI, microvias cegas tornam possível otimizar espaço em uma placa multicamadas, como em um PCB com quatro camadas onde a microvia poderia ser colocada tanto nas duas superiores quanto nas duas inferiores.

Em alguns casos, uma microvia penetrará duas camadas inteiras. As vias cegas que se encaixam nesta descrição são conhecidas como skip vias. No entanto, skip vias não são recomendadas por fabricantes porque a natureza do furo pode resultar em complicações com galvanização.

Uma microvia que conecta duas camadas internas em um PCB é conhecida como microvia enterrada. Para uma microvia enterrada ser incluída em um design de PCB, as camadas que contêm os furos devem primeiro ser perfuradas antes que as camadas externas sejam aplicadas. Com uma microvia enterrada, você pode conectar duas camadas internas em uma placa de circuito impresso. A perfuração pode ser realizada com uma ferramenta mecânica ou, alternativamente, com um laser.

Quando você coloca uma microvia em um PCB, é crucial prestar atenção à proporção de aspecto do tamanho do furo, caso contrário, pode ser impossível galvanizar a placa adequadamente.

 

Como Determinar os Requisitos de Via Certos para Seu PCB

O tipo de vias que você escolhe para um design de PCB deve ser baseado no tamanho e propósito da placa. Se a placa é feita para uso em um dispositivo de computação mais antigo e maior, você provavelmente precisará ter um design de PCB que conforme a padrões mais antigos, já que qualquer coisa mais nova provavelmente seria incompatível com o dispositivo em questão. Para alguns destes dispositivos mais antigos, sua única opção provavelmente seria um PCB maior com componentes through-hole.

Se você está projetando um PCB para um dispositivo menor, realmente não há razão para usar componentes through-hole já que você precisará maximizar a pequena quantidade de espaço na placa minúscula que caberia no dispositivo. Por exemplo, se seu design de PCB é meramente uma polegada quadrada em tamanho, você não terá o espaço necessário para um through-hole grande já que haverá muitos sinais para conduzir na pequena quantidade de espaço permitida. Uma placa daquele tamanho seria muito melhor servida com microvias cegas, que poderiam passar sinais poderosos entre curtas distâncias em uma placa do tamanho de um polegar.

Admitidamente, o processo de fazer um PCB menor com microvias provavelmente requererá mais investimento devido ao trabalho que tais placas envolvem. No entanto, as vantagens destas placas menores podem facilmente pagar de volta o investimento, especialmente se você está comercializando um dispositivo novo e inovador que poderia finalmente se tornar um grande vendedor.

 

Produtos e Serviços de PCB da Millennium Circuits

Quando se trata do design de placas de circuito impresso, existe uma gama de vias para escolher, como microvias cegas e enterradas. Nos PCBs menores de hoje, microvias tornam possível equipar um dispositivo com numerosos recursos e também oferecem velocidades e poder de processamento que excedem as capacidades de desempenho dos componentes through-hole volumosos que eram comuns há 20 anos. Para produzir os designs de PCB mais compactos e ideais, é crucial ter uma equipe que possa juntar estas peças. Contate a Millennium Circuits para uma cotação em produtos e serviços de PCB.