Tipos de vías

En los dispositivos electrónicos y de cómputo, el circuito es conducido por una pequeña placa verde que transfiere varias señales desde las indicaciones de control hasta la pantalla. En cada teléfono inteligente, por ejemplo, se puede encontrar una placa de circuito impreso (PCB) en el interior con varios chips y componentes que conducen las señales para miles de funciones y comandos diferentes. Cada vez que presiona una de las indicaciones en la pantalla táctil, está activando una de las señales en el tablero interno. La mayoría de estas señales se conducen a través de vías de PCB.

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¿Qué es una vía?

En una placa de circuito impreso, las vías son agujeros que pasan a través de las capas de la placa con el propósito de conductividad. Cada orificio funciona como un camino conductor a través del cual las señales eléctricas pasan entre las capas del circuito. Las vías viajan a través de diferentes niveles en una placa de circuito impreso. Según el diseño de la placa de circuito impreso, es posible que la placa requiera un orificio que atraviese todas las capas de arriba a abajo. Alternativamente, algunas vías penetran solo en la capa superior o inferior, y algunas se colocan a través de una capa interna. Hay varias opciones cuando se trata de vías en una placa de circuito impreso.

Las vías se encuentran entre las características más importantes de una placa de circuito impreso. En consecuencia, representan una parte considerable del costo relacionado con la fabricación de tableros.

A pesar de que estos diferentes tipos de vías tienen el mismo propósito básico, un tipo particular de vía será más adecuado que otros en ciertos diseños de PCB. Este artículo cubre los diferentes tipos de vías en el diseño de PCB y cómo cada uno puede facilitar una conexión eléctrica en una placa de circuito impreso.

Principales tipos de vías

Hay dos categorías principales de vías, dependiendo de dónde se encuentren en las capas de PCB:el orificio ciego y el orificio enterrado.

En un agujero ciego, el agujero penetra en la capa superior o inferior del tablero pero se detiene antes de cualquiera de las capas internas. Los agujeros ciegos se llaman así porque no puedes ver a través de ellos cuando sostienes una tabla a contraluz. El proceso relacionado con la creación de agujeros ciegos puede ser difícil porque debe saber cuándo dejar de perforar la placa. Como tal, muchos fabricantes de PCB evitan el revestimiento de orificios de este tipo.

Otro tipo de vía es el agujero enterrado, que puede aparecer a través de una o más capas internas. Dado que el agujero enterrado está intercalado entre capas, no se puede ver a simple vista. Para que una placa multicapa tenga una capa ciega, el revestimiento del orificio en la capa interna debe completarse al principio del ensamblaje de la placa de circuito impreso, antes de aplicar las capas superior e inferior a la placa.

Dondequiera que se coloque la vía, es probable que sea uno de los tres tipos principales:

• Agujero pasante
• Via-in-pad
• Microvía.

1. Orificio pasante

El tipo más obvio de vía es el orificio pasante de chapado, que penetra todas las capas en un tablero multicapa. Los agujeros pasantes suelen ser más grandes que los agujeros ciegos y los agujeros enterrados y también son mucho más fáciles de identificar a simple vista. Cuando sostiene una tabla frente a la luz, la luz atravesará un orificio pasante del revestimiento. Los agujeros pasantes también son más fáciles de hacer porque simplemente puede perforar a través de todas las capas, a diferencia de los agujeros ciegos, en los que debe tener cuidado con la profundidad del agujero.

La tecnología de orificio pasante existe desde mediados del siglo XX, cuando reemplazó la construcción punto a punto. Los orificios pasantes eran más comunes entre las décadas de 1950 y 1980, cuando casi todas las características que se encontraban en una placa de circuito impreso se unían a un orificio pasante.

En los primeros días de la tecnología de orificio pasante, las pistas de las PCB solo se imprimían en la parte superior. A medida que avanzaba la tecnología, la impresión apareció en ambos lados. Eventualmente, se empezaron a usar tableros multicapa. En este punto, los orificios pasantes se actualizaron a orificios pasantes enchapados para permitir contactos entre capas conductoras. Hoy en día, los orificios pasantes enchapados se utilizan para conectar las diferentes capas en una PCB. Los orificios pasantes se utilizan generalmente para facilitar los componentes con cables. Los componentes con terminales axiales se colocan a través de estos orificios y se utilizan para conectar en espacios reducidos.

A menudo se pueden ver orificios pasantes en las grandes placas base que se usaron en las torres de computadoras durante las décadas de 1990 y 2000. Los PCB con componentes de orificio pasante también se podían ver en las antiguas tarjetas de interconexión de componentes periféricos (PCI) que se conectaban a estas placas base más antiguas. Por ejemplo, las tarjetas de sonido que se conectaban a las ranuras PCI dentro de la torre normalmente presentaban componentes que se conectaban a la placa en orificios pasantes. Se pueden encontrar características similares en las tarjetas gráficas de las computadoras más antiguas que son anteriores a los dispositivos de pantalla plana todo en uno actuales.

Con la creciente popularidad de los dispositivos informáticos y dispositivos electrónicos pequeños, compactos y móviles, las PCB se están diseñando con pocos o ningún componente de orificio pasante. Como tal, quedan pocas razones para que los diseñadores de PCB continúen usando placas que contienen orificios pasantes grandes, ya que consumen mucho espacio en una placa que podría tener un uso más eficiente con microvías. De hecho, para que los diseñadores mantengan sus placas pequeñas, se deben utilizar microvías y montajes superficiales tanto como sea posible. A medida que continúa la tendencia, es probable que los orificios pasantes se eliminen por completo en los próximos años.

2. Via-in-Pad

Uno de los diseños más populares de hoy en día para placas de circuito impreso implica la aplicación de vías en almohadillas de matriz de rejilla de bolas (BGA), conocidas alternativamente como vías en almohadilla. En el diseño de vía en almohadilla, las vías se colocan en las almohadillas BGA de la PCB. El diseño se ha vuelto popular porque hace posible que los fabricantes minimicen la cantidad de espacio requerido para las vías. Como tal, via-in-pad permite a los fabricantes fabricar placas de circuito impreso más pequeñas que requieren menos espacio para enrutar señales. Via-in-pad es una tecnología óptima para los dispositivos informáticos y electrónicos compactos de hoy en día, que los fabricantes han diseñado para caber en los bolsillos y, a veces, alrededor de las muñecas.

El diseño via-in-pad es especialmente conveniente para el enrutamiento porque los orificios se conectan directamente a la capa que subyace al componente, lo que permite enrutar señales sin el riesgo de salir del perímetro de la huella del dispositivo.

Por supuesto, no todos los fabricantes han adoptado la práctica de colocar vías en las almohadillas BGA. Uno de los principales inconvenientes para algunos fabricantes de PCB es que debe llenar la almohadilla con cobre puro o algún material no conductor cubierto con cobre. De lo contrario, la soldadura sangrará de la almohadilla y hará que la PCB pierda su conectividad.

Otro factor prohibitivo para algunos fabricantes es el hecho de que las vías requieren un paso adicional que a menudo puede ser costoso y llevar mucho tiempo. Algunos diseñadores simplemente no desean aumentar el costo de creación de PCB. Además, cuando coloca vías en un pad, altera el diámetro de perforación requerido.

A pesar de estos problemas, existen varias ventajas al colocar vías en terminales BGA. Dejando a un lado los costos, puede hacer placas más pequeñas con via-in-pad y, en última instancia, hacer dispositivos más pequeños. Para ciertos aparatos y dispositivos móviles modernos, el diseño de vía en el pad puede ser su única opción.

En un diseño de vía estándar, se puede aplicar una máscara de soldadura para detener el flujo de soldadura hacia la vía. Con el diseño via-in-pad, no puede dejar el barril sin relleno porque el aire podría quedar atrapado y provocar la desgasificación mientras la PCB está en producción. Por lo tanto, las vías deben llenarse cuando se colocan en almohadillas BGA. Para que el diseño funcione, también debe tener una superficie plana plana, ya que esto permitirá conectar BGA de paso fino con pocas complicaciones, si es que las hay.

Las vías en la almohadilla se pueden rellenar con epoxi. Esto debe hacerse después de los pasos de perforación y enchapado. Otra opción es rellenar las vías con cobre. Esto funcionaría si las vías están ablacionadas con láser. Cualquiera que sea el método que elija, deberá asegurarse de que la almohadilla sea lo suficientemente grande para el diámetro del orificio y también tenga tolerancias suficientes. Además, el diseño debería cumplir con los estándares IPC Clase 2 y 3.

Si aún tiene dudas sobre si la vía en pad sería la mejor opción que un diseño de vía estándar, debe hablar con un fabricante de PCB para ver cómo la nueva tecnología ha transformado sus placas.

3. Microvías

En el diseño de PCB, las vías que tienen menos de 150 micras se conocen como microvías y se utilizan en muchas placas de interconexión de alta densidad (HDI). Los diseñadores prefieren las microvías debido al pequeño tamaño del orificio, que consume mucho menos espacio en el tablero que los orificios que requieren más perforación. En una microvía, las capas están conectadas entre sí con un revestimiento de cobre.

Las microvías se crean en forma de conos, lo que facilita el cobreado de los lados de las vías. Una microvía puede atravesar dos capas adyacentes pero no más allá. Si el diseño de una placa requiere una vía a través de varias capas, será necesario apilar varias microvías en consecuencia.

Desde el punto de vista de la fabricación, la creación de microvías apiladas puede ser un proceso costoso y lento. En placas que requieren una microvía sobre otra, el diseño más común contará con dos microvías. En lo que se refiere al apilamiento, el límite último es de cuatro microvías. Sin embargo, las cuatro microvías rara vez se aplican en la fabricación de PCB debido a los altos costos.

Una opción alternativa a la microvía apilada es la microvía escalonada, que se configura como una escalera donde se coloca una segunda o tercera microvía un escalón por debajo de la anterior. Al igual que con las microvías apiladas, las microvías escalonadas pueden ser difíciles y costosas de producir en una PCB multicapa.

Si una microvía ingresa a través de la capa exterior del tablero y corta a una capa interna antes de detenerse, se calificaría como una microvía ciega. Con una microvía ciega, puede aumentar la densidad del cableado en una placa de circuito impreso. Las microvías ciegas son especialmente ventajosas si una señal en la capa externa debe enrutarse a una capa subyacente, ya que la microvía ciega ofrecerá la distancia más corta. En una placa HDI, las microvías ciegas permiten optimizar el espacio en una placa multicapa, como en una PCB con cuatro capas donde la microvía podría colocarse en las dos capas superiores o en las dos inferiores.

En algunos casos, una microvía penetrará dos capas completas. Las vías ciegas que se ajustan a esta descripción se conocen como vías de salto. Sin embargo, los fabricantes no recomiendan las vías salteadas porque la naturaleza del orificio puede provocar complicaciones con el recubrimiento.

Una microvía que conecta dos capas internas en una PCB se conoce como microvía enterrada. Para incluir una microvía enterrada en un diseño de PCB, primero se deben perforar las capas que contienen los orificios antes de aplicar las capas exteriores. Con una microvía enterrada, puede conectar dos capas internas en una placa de circuito impreso. La perforación se puede realizar con una herramienta mecánica o, alternativamente, con un láser.

Cuando coloca una microvía en una placa de circuito impreso, es crucial prestar atención a la relación de aspecto del tamaño del orificio, de lo contrario, podría ser imposible enchapar la placa correctamente.

Cómo determinar los requisitos correctos de vía para su PCB

El tipo de vías que elija para un diseño de PCB debe basarse en el tamaño y el propósito de la placa. Si la placa está diseñada para usarse en un dispositivo informático antiguo y más grande, es probable que necesite un diseño de PCB que cumpla con los estándares anteriores, ya que cualquier dispositivo más nuevo probablemente sea incompatible con el dispositivo en cuestión. Para algunos de estos dispositivos más antiguos, su única opción probablemente sea una placa de circuito impreso más grande con componentes de orificio pasante.

Si está diseñando una placa de circuito impreso para un dispositivo más pequeño, realmente no hay razón para usar componentes de orificio pasante, ya que necesitará maximizar la pequeña cantidad de espacio en la placa diminuta que cabría en el dispositivo. Por ejemplo, si el diseño de su PCB es simplemente de una pulgada cuadrada, no tendrá el espacio necesario para un orificio pasante grande, ya que habrá demasiadas señales para conducir en la pequeña cantidad de espacio permitido. Una placa de ese tamaño funcionaría mucho mejor con microvías ciegas, que podrían transmitir señales poderosas entre distancias cortas en una placa del tamaño de un pulgar.

Por supuesto, el proceso de hacer una placa de circuito impreso más pequeña con microvías probablemente requerirá una mayor inversión debido a la mano de obra que implican tales placas. Sin embargo, las ventajas de estas placas más pequeñas pueden recuperar fácilmente la inversión, especialmente si está comercializando un dispositivo nuevo e innovador que finalmente podría convertirse en un gran vendedor.

Productos y servicios de PCB de Millennium Circuits

Cuando se trata del diseño de placas de circuito impreso, hay una variedad de vías para elegir, como microvías ciegas y enterradas. En las PCB más pequeñas de la actualidad, las microvías permiten equipar un dispositivo con numerosas funciones y también ofrecen velocidades y potencia de procesamiento que superan las capacidades de rendimiento de los componentes de orificio pasante más voluminosos que eran comunes hace 20 años. Para producir los diseños de PCB más compactos y óptimos, es fundamental contar con un equipo que pueda ensamblar estas piezas. Comuníquese con Millennium Circuits para obtener una cotización de productos y servicios de PCB.