Tipos de Vias

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

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O que é uma via?

Em uma placa de circuito impresso, as vias são orifícios que passam pelas camadas da placa para fins de condutividade. Cada orifício funciona como um caminho condutor através do qual os sinais elétricos são passados ​​entre as camadas do circuito. Vias percorrem vários níveis em uma placa de circuito impresso. Dependendo do design do PCB, a placa pode exigir um orifício que passe por todas as camadas de cima para baixo. Alternativamente, algumas vias penetram apenas na 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 os recursos mais importantes em uma placa de circuito impresso. Conseqüentemente, eles representam uma parcela considerável do custo envolvido na fabricação de placas.

Apesar do fato de que esses diferentes tipos de vias servem ao mesmo propósito básico, um tipo específico de via será mais adequado do que outros em certos projetos de PCB. Este artigo aborda os diferentes tipos de vias no projeto de PCB e como cada uma pode facilitar uma conexão elétrica em uma placa de circuito impresso.

Principais tipos de vias

Existem duas categorias principais de vias, dependendo de onde elas estão nas camadas do PCB – o furo cego e o furo enterrado.

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

Outro tipo de via é o buraco enterrado, que pode aparecer através de uma ou mais camadas internas. Como o buraco enterrado está ensanduichado entre camadas, ele não pode ser visto a olho nu. Para que uma placa de várias camadas tenha uma camada cega, o revestimento do orifício na camada interna deve ser concluído antecipadamente durante a montagem da PCB, antes que as camadas superior e inferior sejam aplicadas à placa.

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

• Orifício de passagem
• Através do teclado
• Microvia.

1. Orifício de passagem

O tipo mais óbvio de via é o orifício de passagem de chapeamento, que penetra em todas as camadas em uma placa multicamada. Os orifícios passantes são geralmente maiores do que os orifícios cegos e os orifícios enterrados e também são muito mais fáceis de identificar a olho nu. Quando você segura uma placa diante da luz, a luz atravessa um orifício de chapeamento. Os furos passantes também são mais fáceis de fazer porque você pode simplesmente perfurar todas as camadas, ao contrário dos furos cegos, onde você deve ter cuidado com a profundidade do furo.

A tecnologia de furos passantes existe desde meados do século 20, quando substituiu a construção ponto a ponto. Os orifícios de passagem eram mais comuns entre as décadas de 1950 e 1980, quando quase todos os recursos encontrados em uma placa de circuito impresso eram anexados a um orifício de passagem.

Nos primórdios da tecnologia de furos passantes, os PCBs tinham suas trilhas impressas apenas na parte superior. À medida que a tecnologia avançava, a impressão aparecia em ambos os lados. Eventualmente, as placas multicamadas entraram em uso. Neste ponto, os orifícios de passagem foram atualizados para orifícios de passagem revestidos para permitir contatos entre as camadas condutoras. Hoje, furos de passagem chapeados são usados ​​para conectar as diferentes camadas em um PCB. Os orifícios passantes são geralmente usados ​​para facilitar os componentes com fios condutores. Os componentes axiais são colocados através desses orifícios e usados ​​para conectar em espaços curtos.

Os orifícios de passagem podem ser vistos nas grandes placas-mãe que foram usadas em torres de computador durante os anos 1990 e 2000. PCBs com componentes de passagem também podem ser vistos nas antigas placas de interconexão de componentes periféricos (PCI) que foram conectadas a essas placas-mãe mais antigas. Por exemplo, as placas de som conectadas aos slots PCI dentro da torre normalmente apresentam componentes que são conectados à placa por meio de orifícios. Recursos semelhantes podem ser encontrados em placas gráficas em computadores mais antigos que antecedem os dispositivos de tela plana multifuncionais de hoje.

Com a crescente popularidade de dispositivos de computação móvel pequenos e compactos e dispositivos eletrônicos, os PCBs estão sendo projetados com poucos ou nenhum componente passante. Como tal, existem poucas razões restantes para os projetistas de PCB continuarem usando placas que contêm grandes orifícios de passagem, pois consomem muito espaço em uma placa que poderia ser usada de forma mais eficiente com microvias. De fato, para que os designers mantenham suas pranchas pequenas, microvias e montagens de superfície devem ser usadas o máximo possível. À medida que a tendência continua, os furos de passagem provavelmente serão eliminados completamente nos próximos anos.

2. Via-in-Pad

Um dos projetos mais populares de hoje para placas de circuito impresso envolve a aplicação de vias em pads ball grid array (BGA), alternativamente conhecidos como via-in-pad. No projeto via-in-pad, as vias são colocadas nos pads BGA da PCB. O design tornou-se popular porque permite aos fabricantes minimizar a quantidade de espaço necessária para as vias. Como tal, o via-in-pad permite que os fabricantes façam placas de circuito impresso menores que exigem menos espaço para rotear sinais. O Via-in-pad é uma tecnologia ideal para os dispositivos eletrônicos e de computação compactos de hoje, que os fabricantes projetaram para caber nos bolsos e às vezes nos pulsos.

O design via-in-pad é especialmente conveniente para roteamento porque os orifícios se conectam diretamente à camada subjacente ao componente, possibilitando o roteamento de sinais sem o risco de sair do perímetro da área de cobertura do dispositivo.

É verdade que nem todos os fabricantes adotaram a prática de colocar vias em blocos BGA. Uma das principais desvantagens para alguns fabricantes de PCB é que você precisa preencher o bloco com cobre puro ou algum material não condutor coberto com cobre. Caso contrário, a solda sairá do pad e fará com que o PCB perca sua conectividade.

Outro fator proibitivo para alguns fabricantes é o fato de as vias exigirem uma etapa adicional que muitas vezes pode ser cara e demorada. Alguns designers simplesmente não desejam aumentar o custo de criação do PCB. Além disso, quando você coloca vias em um bloco, altera o diâmetro de perfuração necessário.

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

Em um layout de via padrão, a máscara de solda pode ser aplicada para interromper o fluxo de solda na via. Com o design via-in-pad, você não pode deixar o barril livre de enchimento porque o ar pode ficar preso, causando a saída de gases enquanto a PCB está em produção. Portanto, as vias precisam ser preenchidas quando colocadas em pads BGA. Para que o design funcione, você também deve ter uma superfície plana plana, pois isso tornará possível conectar BGAs de passo fino com pouca ou nenhuma complicação.

As vias in-pad podem ser preenchidas com epóxi. Isso deve ser feito após as etapas de perfuração e chapeamento. Outra opção é preencher as vias com cobre. Isso funcionaria se as vias fossem ablacionadas a laser. Seja qual for o método escolhido, você precisa ter certeza de que a almofada é grande o suficiente para o diâmetro do furo e também tem tolerâncias suficientes. Além disso, o projeto precisaria atender aos padrões IPC Classe 2 e 3.

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

3. Microvias

No projeto de PCB, as vias com menos de 150 mícrons são conhecidas como microvias, que são usadas em muitas placas de interconexão de alta densidade (HDI). Os designers preferem microvias por causa do tamanho pequeno do furo, que consome muito menos espaço na placa do que os furos que exigem mais perfuração. Em uma microvia, as camadas são conectadas umas às outras com revestimento de cobre.

As microvias são criadas em forma de cones, o que facilita o recobrimento dos lados da via. Uma microvia pode passar por duas camadas adjacentes, mas não mais. Se um projeto de placa requer uma via através de várias camadas, várias microvias precisariam ser empilhadas de acordo.

Do ponto de vista da fabricação, a criação de microvias empilhadas pode ser um processo caro e demorado. Em placas que exigem uma microvia em detrimento da outra, o design mais comum contará com duas microvias. No que diz respeito ao empilhamento, o limite máximo é de quatro microvias. No entanto, quatro microvias raramente são aplicadas na fabricação de PCBs devido aos altos custos.

Uma opção alternativa à microvia empilhada é a microvia escalonada, que é montada como uma escada onde uma segunda ou terceira microvia é colocada um degrau abaixo da anterior. Assim como as microvias empilhadas, as microvias escalonadas podem ser difíceis e caras de produzir em uma PCB multicamada.

Se uma microvia entrar pela camada externa da placa e cortar para uma camada interna antes de parar, isso se qualificará como uma microvia cega. Com uma microvia cega, você pode aumentar a densidade da fiação em uma placa de circuito impresso. As microvias cegas são especialmente vantajosas se um sinal na camada externa precisar ser roteado para uma camada subjacente, pois a microvia cega oferecerá a distância mais curta. Em uma placa HDI, as microvias cegas permitem otimizar o espaço em uma placa multicamada, como em uma PCB com quatro camadas, onde a microvia pode ser colocada nas duas camadas superiores ou nas duas camadas inferiores.

Em alguns casos, uma microvia penetrará em duas camadas inteiras. As vias cegas que se enquadram nesta descrição são conhecidas como vias de salto. No entanto, as vias de salto não são recomendadas pelos fabricantes porque a natureza do furo pode resultar em complicações com o revestimento.

Uma microvia que conecta duas camadas internas em um PCB é conhecida como microvia enterrada. Para que uma microvia enterrada seja incluída em um projeto 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 furação pode ser realizada com ferramenta mecânica ou, alternativamente, com laser.

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

Como determinar os requisitos de via corretos para seu PCB

O tipo de vias que você escolhe para um projeto de PCB deve ser baseado no tamanho e na finalidade da placa. Se a placa for feita para uso em um dispositivo de computação maior e mais antigo, você provavelmente precisará ter um design de PCB que esteja em conformidade com os padrões mais antigos, pois qualquer coisa mais nova provavelmente seria incompatível com o dispositivo em questão. Para alguns desses dispositivos mais antigos, sua única opção provavelmente seria um PCB maior com componentes de orifício.

Se você estiver projetando uma PCB para um dispositivo menor, não há realmente nenhuma razão para usar componentes de passagem, pois você precisará maximizar a pequena quantidade de espaço na pequena placa que caberia no dispositivo. Por exemplo, se o design da sua PCB tiver apenas uma polegada quadrada de tamanho, você não terá o espaço necessário para um grande orifício de passagem, pois haverá muitos sinais para conduzir na pequena quantidade de espaço permitida. Uma placa desse tamanho seria muito melhor servida com microvias cegas, que poderiam passar sinais poderosos entre distâncias curtas em uma placa do tamanho de um polegar.

É verdade que o processo de fabricação de uma PCB menor com microvias provavelmente exigirá mais investimento devido à mão de obra que essas placas envolvem. No entanto, as vantagens dessas placas menores podem facilmente pagar o investimento, especialmente se você estiver comercializando um dispositivo novo e inovador que pode se tornar um grande vendedor.

Produtos e serviços de PCB da Millennium Circuits

Quando se trata do design de placas de circuito impresso, há uma variedade de vias para escolher, como microvias cegas e enterradas. Nos PCBs menores de hoje, as microvias possibilitam equipar um dispositivo com vários recursos e também oferecem velocidades e poder de processamento que excedem os recursos de desempenho dos componentes de furos passantes mais 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 essas peças. Contacte a Millennium Circuits para obter um orçamento de produtos e serviços de PCB.