Introdução
Considere uma placa de circuito impresso (PCB) o coração digital de qualquer dispositivo favorito – smartphones, laptops e geladeiras inteligentes. É uma estrutura complexa de vias condutoras que transmitem dados, distribuem energia e componentes para comunicação. Mas como tudo pode funcionar perfeitamente em uma superfície plana e bidimensional?
É aí que as vias de PCB são úteis. Esses furos discretos, geralmente menores que a cabeça de um alfinete, funcionam como pontes conectando as diferentes camadas das placas de PCB, facilitando o fluxo de sinais e energia entre as camadas. Sem vias, nossos dispositivos seriam pesados, menos eficientes e não seriam tão sofisticados quanto são hoje.
Então, ao explorar o intrigante mundo das vias de PCB, abordaremos seus diferentes tipos, funções cotidianas e o papel essencial que desempenham em nossas vidas tecnologicamente avançadas e impulsionadas pela tecnologia. Prepare-se para conhecer as maravilhas em miniatura que mantêm nossos dispositivos funcionando perfeitamente e descubra como esses componentes moldam o futuro da eletrônica. Então, vamos começar.
O que é uma Via em PCB
Uma via significa "acesso de interconexão vertical", um pequeno furo ou conduíte cilíndrico central em placas de circuito impresso multicamadas. As vias são configuradas principalmente para fazer conexões elétricas entre camadas de placas e ajudar a transmitir diferentes parâmetros, como sinais e energia, de um lado da placa para o outro. As vias são essenciais, pois ajudam a criar projetos de circuitos complexos em uma única placa de circuito impresso, o que reduz custos e economiza espaço. Geralmente, são feitas perfurando-se os laminados da placa e, em seguida, revestindo-os com cobre. Como resultado, foram criados caminhos condutores entre as camadas. Também podemos fazer vias colocando cilindros de cobre diretamente nos furos perfurados.
Quais são os componentes das vias de PCB
A PCB via possui três componentes principais:
●
Barril: O cilindro é o componente cilíndrico ou tubular que atravessa a placa. Ele conecta diferentes camadas da placa e auxilia no fluxo de sinais elétricos ou na transferência de calor entre elas. O cilindro de passagem é feito de cobre e revestido para proporcionar boa condutividade elétrica. Outros materiais, como ouro ou níquel, também são utilizados.
● Pad: A almofada é a superfície circular, plana ou retangular nas camadas superior e inferior da placa que oferece um ponto de conexão para componentes ou trilhas. Ela é maior que o cilindro para proporcionar uma conexão estável com trilhas ou componentes. É feita de cobre e pode ser revestida para aumentar a soldabilidade. A almofada oferece uma conexão mecânica e elétrica entre o cilindro e a trilha ou componente.
● Antipad: Um antipad é a área de folga ou anel anular ao redor do pad de passagem na mesma camada. É uma área não condutora que evita conexões elétricas acidentais ou curtos-circuitos entre o pad e trilhas ou componentes vizinhos. Eles são essenciais para manter o isolamento e evitar conexões elétricas indesejadas. Os antipads são criados com máscaras de solda, mas outros materiais, como epóxi ou serigrafia, também podem ser usados.
Tipos de vias de PCB e seus usos
Vias passantes
Este tipo de via é muito utilizado. Elas fazem conexões entre todas as camadas da placa, da camada superior à inferior. Geralmente são usadas para montagem de componentes e conexão de trilhas em camadas da placa.
Aplicações:
● Roteamento de sinal: Este tipo de via encaminha sinais entre diferentes camadas da placa.
● Roteamento de fuga: ele também conecta a pinagem dos componentes de montagem em superfície às camadas internas da placa.
●
Roteamento de energia: Este tipo de via também encaminha correntes de energia e aterramento entre diferentes camadas da placa.
Vias Enterradas
Essas vias conectam apenas a camada interna das placas. Elas ficam confinadas dentro da placa. Vias enterradas são usadas para placas de alta frequência, pois exigem qualidade de sinal precisa.
Aplicações:
● PCBs de alta densidade: Vias enterradas são usadas em PCBs de alta densidade para conectar camadas internas, mantendo as camadas superficiais livres para posicionamento de componentes.
●
Integridade do Sinal: Eles podem melhorar a integridade do sinal reduzindo o comprimento do caminho do sinal e a interferência.
Vias Cegas
Este tipo de via conecta apenas as camadas internas de uma placa. Elas começam na camada superior ou inferior da placa, mas não atravessam toda a placa. Essas vias são usadas para placas de alta densidade com espaço limitado.
Aplicações:
● Conectando componentes de montagem em superfície às camadas internas da placa: Essas vias são usadas para conectar a pinagem dos componentes de montagem em superfície à parte interna da placa sem passar pela camada superior ou inferior.
●
Roteamento de PCB de alta densidade: Esta rota sinaliza entre diferentes camadas de uma placa de alta densidade sem espaço suficiente para vias passantes.
Microvias
São vias muito pequenas, com diâmetros iguais ou inferiores a 0.006 polegadas. Essas vias são usadas para placas de alta densidade com componentes de passo fino.
Aplicações:
● Miniaturização: Microvias são pequenas vias com diâmetros inferiores a 0.15 mm (150 mícrons). São utilizadas em placas densamente povoadas e permitem a miniaturização de dispositivos eletrônicos.
●
Aplicações de alta frequência: Eles são essenciais em projetos de placas de alta frequência e alta velocidade, como smartphones e dispositivos de computação de alto desempenho.
Microvias empilhadas
São duas ou mais microvias configuradas uma sobre a outra. Essas vias conectam as camadas internas de uma placa sem a necessidade de perfurar a camada superior ou inferior.
Microvias escalonadas
Essas vias são posicionadas deslocadas umas das outras. A qualidade do sinal é melhorada e a EMI é reduzida com o uso de microvias escalonadas.
Vias Térmicas
Essas vias são úteis para a dissipação de calor dos componentes para a placa. Geralmente, são mais extensas do que outros tipos de vias e, em sua maioria, são preenchidas com um material termicamente condutor.
Aplicações:
● Dissipação de calor: Eles são feitos para transferir calor de componentes geradores de calor em uma placa, como amplificadores de potência, processadores ou LEDs.
Melhorando o desempenho térmico: Eles são essenciais para garantir o resfriamento eficaz dos componentes, o que é adequado para a confiabilidade e o desempenho dos dispositivos eletrônicos.
Vias de PCB: O que é Via-in-Pad
Via-in-pad (VIP) é um método de projeto de placa de circuito impresso (PCB) configurado diretamente abaixo do pad de componente de montagem em superfície. É útil para a conexão elétrica direta entre os componentes e as camadas internas da placa de circuito impresso, o que pode aumentar a qualidade do sinal e a operação térmica. Essa tecnologia também é empregada para minimizar o tamanho da placa, pois reduz o roteamento de trilhas ao redor dos pads de componentes.
O VIP também é usado para placas de alta densidade com componentes de passo fino, como matrizes de grade de esferas.
Vantagens:
● Tamanho reduzido da placa PCB
● Melhor qualidade de sinal
● Diminui a indutância e a capacitância parasitas
● Desempenho térmico aprimorado
● Aumenta a densidade de roteamento
Desvantagens:
● Aumento da complexidade de fabricação
● Estresse térmico potencial nos componentes
● Caro
Aplicações:
● Placas de alta densidade com componentes de passo fino
● Placa de alta frequência
● PCB de eletrônica de potência
● RF e micro-ondas PCB
● PCBs militares e aeroespaciais
● Placas de circuito impresso automotivas
● PCB médico
Considerações de design para Via-in-Pad
● O diâmetro da via deve ser suficiente para suportar a corrente necessária e minimizar o superaquecimento.
● A localização da via deve ser o ponto médio do componente para garantir uma boa conexão elétrica.
● Deve ser utilizado epóxi não condutor na via para evitar curtos-circuitos e aumentar a resistência mecânica da pastilha.
● O componente deve ter tamanho suficiente para acomodar a via sem afetar a cobertura da máscara de solda.
Via Processo de Cobertura para PCB
Por que cobrir vias de PCB?
● Prevenção de Contaminação: Vias descobertas têm grande chance de serem contaminadas por umidade, poeira e outros parâmetros ambientais, o que pode causar corrosão, curtos-circuitos elétricos ou redução de desempenho.
● Melhorando a soldabilidade: Vias revestidas proporcionam boa soldabilidade, simplificando a montagem dos componentes na placa durante a produção. As vias são consistentemente revestidas com solda devido à precisão da cobertura.
● Melhorando a integridade do sinal: Com a cobertura da via, projetistas e engenheiros podem controlar a constante dielétrica da via, o que afeta a qualidade do sinal. Isso mantém a qualidade dos sinais de alta frequência que fluem na placa.
● Evitando a formação de pontes de solda: Sem a cobertura de via, a solda pode formar uma ponte entre vias ou trilhas vizinhas durante a soldagem, causando curtos-circuitos. Com o uso da cobertura, podemos reduzir esse problema.
Métodos de Cobertura Via
Existem três métodos principais de cobertura via:
Via Acampamento
É a técnica mais simples e comum, na qual uma camada de máscara de solda cobre a via. Isso evita que a pasta de solda escorra para dentro da via, causando um curto-circuito. É usada para vias com menos de 0.3 mm de diâmetro.
Via Plugging
Este processo preenche parcialmente a via com um material não condutor, como epóxi ou resina. É usado principalmente para vias com diâmetro superior a 0.3 mm ou que existam em áreas com alto risco de formação de pontes de solda.
Via Preenchimento
Envolve o preenchimento da via com um material não condutor. É caro, mas oferece a melhor proteção contra pontes de solda e outras condições ambientais. Também é usado para vias em componentes críticos da placa, como circuitos de alimentação e caminhos de sinal de alta velocidade.
Aqui está uma comparação dos três métodos:
|
Forma
|
Vantagens
|
Desvantagens
|
|
Via acampamento
|
Simples e barato
|
Não é tão eficaz quanto outros métodos para evitar a formação de pontes de solda
|
|
Por plugging
|
Eficaz na prevenção de formação de pontes de solda do que por meio de tendas
|
Mais caro do que via camping
|
|
Através do preenchimento
|
É eficaz na prevenção de pontes de solda e contaminação ambiental
|
Processo dispendioso
|
Como as vias de PCB podem impactar o design de PCB
Placas de circuito impresso são comumente usadas em dispositivos eletrônicos, orquestrando a intrincada dança dos elétrons que alimentam o mundo moderno. No projeto de placas, um componente frequentemente esquecido, mas crucial, é a via. Esses pequenos condutores são importantes para determinar a funcionalidade, o desempenho e a capacidade de fabricação de uma PCB. Nesta exploração, discutimos o profundo impacto que as vias de PCB têm no cenário do projeto, revelando como seu posicionamento e uso podem moldar a eficiência e a eficácia dos dispositivos eletrônicos. Aqui estão alguns pontos que definem os efeitos das vias de PCB no projeto.
Integridade do Sinal
Vias de PCB são essenciais para a manutenção da qualidade do sinal. Vias projetadas e configuradas com precisão ajudam a controlar a impedância e as reflexões do sinal. O casamento de impedâncias é necessário para sinais digitais de alta velocidade e projetos de RF. Se posicionadas corretamente, as vias e seus efeitos na qualidade do sinal são tratados, o que pode causar degradação do sinal, jitter e redução das taxas de transmissão de dados.
Densidade da placa
O posicionamento correto das vias pode afetar significativamente a densidade geral da placa. Durante o projeto de placas de alta densidade ou dispositivos miniaturizados, as vias podem ser utilizadas para rotear trilhas entre diferentes camadas, economizando área de superfície. O uso de vias cegas ou enterradas proporciona layouts ainda mais densos, resultando em placas compactas e de tamanho reduzido.
Gerenciamento termal
Vias podem auxiliar no gerenciamento térmico da placa. Ao posicionar as vias com precisão perto dos componentes que geram calor, os engenheiros podem aumentar a dissipação de calor, evitar o superaquecimento e garantir a durabilidade dos componentes eletrônicos.
Contagem de Camadas
Vias podem afetar o número de camadas necessárias para o projeto da placa. Vias passantes são muito comuns e conectam todas as camadas de uma placa multicamadas.
No entanto, vias cegas e enterradas também podem diminuir a contagem de camadas, reduzir as despesas de produção e tornar o projeto da placa mais econômico.
Complexidade de Manufatura
Os tipos de via também afetam a fabricação e a montagem de placas de circuito impresso (PCBs). Vias passantes são fáceis de fabricar e mais baratas. Vias cegas e enterradas adicionam complexidade às técnicas de fabricação devido aos processos adicionais de perfuração e galvanoplastia.
Considerações sobre EMI e EMC
Vias podem afetar a interferência eletromagnética e a compatibilidade do projeto de uma placa. Vias mal posicionadas ou projetadas podem causar efeitos indesejados na antena, resultando em problemas de EMI. Considerações precisas sobre a criação de vias e estratégias de aterramento são necessárias para atender aos parâmetros de EMI e EMC.
Flexibilidade de roteamento
A Vias oferece flexibilidade de roteamento, auxiliando projetistas a fazer interconexões entre diferentes camadas. Essa flexibilidade é essencial em projetos de placas complexos, onde os caminhos dos sinais precisam contornar obstáculos ou seguir parâmetros de projeto específicos.
Considerações importantes sobre vias de PCB
Aqui estão algumas considerações essenciais sobre vias de placas de PCB:
Via Tipo
Existem três tipos principais de vias de PCB: vias passantes, vias enterradas e vias cegas. As vias passantes conectam todas as camadas da placa, mas as outras duas conectam apenas as camadas internas. O tipo de via usada dependerá da aplicação e das técnicas de fabricação.
Via Tamanho
Ela é definida pela capacidade de condução de corrente e pela qualidade do sinal necessária. As vias devem ter tamanho suficiente para conduzir a corrente necessária sem causar superaquecimento. A via também é pequena o suficiente para evitar a indutância e a capacitância parasitas excessivas do circuito.
Via Colocação
Durante o posicionamento das vias, é preciso considerar questões de qualidade do sinal e questões térmicas. As vias não devem ser posicionadas no caminho de sinais de alta velocidade ou próximas a componentes sensíveis ao calor.
Via Densidade
A densidade de vias em uma placa pode afetar sua capacidade de fabricação e seu custo. Os projetistas devem reduzir o uso de vias sempre que possível.
Via Fabricação
Diferentes técnicas de fabricação de placas possuem diferentes vias de perfuração e galvanização. Os projetistas devem trabalhar com o fabricante da placa para garantir que as vias em seu projeto sejam executadas com sucesso.
Como criar uma via em PCB
Aqui está um passo a passo detalhado sobre como fazer uma via em uma placa:
Etapa 1: Abra o software de design de PCB
Primeiro, comece abrindo o software de design de placas de circuito impresso (PCB) da sua preferência. Altium Designer, OrCAD, Eagle, KiCad e outros são as ferramentas mais utilizadas. Crie um novo projeto de placa de circuito impresso ou abra um existente se você adicionar vias a um projeto já pronto.
Etapa dois: selecione a ferramenta Via
No software de design de PCB, deve haver uma ferramenta ou opção específica para criar vias. Normalmente, ela está na barra de ferramentas ou no menu relacionado ao roteamento ou layout da placa. Procure um ícone como uma via ou furo.
Passo três: coloque a via
Pressione a ferramenta de via para ativá-la. Em seguida, insira a via no layout do PCB pressionando o local desejado na placa. O software de design de placas ajuda principalmente a especificar as coordenadas precisas onde você deve posicionar a via.
Etapa Quatro: Definir Propriedades Via
Após posicionar a via, é necessário definir suas propriedades. Aqui estão as principais propriedades explicadas:
● Tipo de via: Confirme quais tipos de vias você precisa com base nas necessidades do seu projeto
● Através do tamanho: Defina o valor do diâmetro da via. Com base nas configurações do software, ele pode ser definido em milésimos de polegada ou milímetros.
● Por tamanho da broca: Defina também o diâmetro da broca para vias passantes. Vias enterradas e cegas podem ter tamanhos de broca diferentes para camadas diferentes.
● Via Camadas: É necessário confirmar quais camadas a via conecta. No caso de um furo passante, geralmente, todas as camadas estão conectadas. Para outras vias, como cegas e enterradas, você especificará as camadas externas e internas relacionadas.
● Anel Anular: Defina a largura do anel anular e a almofada de cobre ao redor da via. É essencial para garantir a precisão da soldagem e da conectividade elétrica.
● Liquidação: Defina a folga ao redor da via para especificar a distância entre a via e outros componentes da placa, como trilhas e componentes.
Etapa cinco: coloque as vias conforme necessário
Repita o processo para criar mais vias para o design do seu projeto. Dependendo do software utilizado, você pode copiar e colar vias ou usar as funções de duplicação para economizar tempo.
Etapa Seis: Rotas de Rastros para Vias
Você pode usar as ferramentas de roteamento do software de design de PCB para conectar componentes e rastreá-los com vias. Roteie as trilhas dos terminais dos componentes ou de outros componentes da placa para a via. Certifique-se de seguir as diretrizes de projeto para largura e espaçamento das trilhas para manter a qualidade do sinal e a capacidade de fabricação.
Sétimo Passo: Verifique as Regras de Design
Antes de finalizar o projeto da placa PCB, realize verificações de regras de projeto (DRC) para confirmar se as vias atendem aos requisitos de fabricação e projeto elétrico. A DRC detectará qualquer problema, como vias desconectadas, violações de folga e outros possíveis problemas.
Etapa Oito: Finalizar o Design
Depois de concluir o layout, verificar as conexões e resolver quaisquer falhas nas regras de design salvará nosso projeto de design de PCB.
Etapa Nove: Gerar Arquivos Gerber
O software de design de placas Gerber é necessário para a fabricação da placa. Os arquivos Gerber vêm com os dados necessários para o processo de fabricação da placa, como locais e tamanhos.
Dicas de design de PCB para Vias
● Utilize o tipo de via correto para a aplicação. Como discutido acima, cada tipo de via tem vantagens e limitações. Por exemplo, vias passantes podem ser facilmente construídas, mas causam indutância e capacitância parasitas no circuito.
Vias cegas e enterradas têm um processo de fabricação complexo, mas podem aumentar a qualidade do sinal. Microvias também são desafiadoras, mas podem ser empregadas para fabricar placas de alta densidade.
● Utilize o tamanho de via preciso para a capacidade de condução de corrente e o sinal. O tamanho das vias deve ser suficiente para suportar a corrente necessária sem problemas. As vias devem ser pequenas para evitar a adição excessiva de indutância e capacitância parasitas no circuito da placa.
● Corrija o uso do tamanho da pastilha para o tamanho da broca e a largura do anel anular necessária. Anéis anulares circundam a via. Sua largura deve ser de no mínimo 0.25 mm para minimizar a ruptura da broca e garantir uma boa conexão elétrica.
● Coloque as vias com cuidado para evitar problemas de integridade de sinal e problemas térmicos. As vias não devem ser posicionadas no caminho de sinais de alta velocidade ou perto de componentes sensíveis ao calor.
● Não coloque vias no meio de pads grandes. Isso pode fazer com que as pastilhas se levantem durante o processo de montagem.
● Vias podem conectar ambos os lados de um componente para um bom desempenho elétrico.
● Cabos revestidos podem ser usados para aplicações de alta corrente.
● Para conectar o avião à energia ou ao aterramento, use vias de emenda. Isso ajuda a reduzir o ruído e a interferência eletromagnética (EMI).
Projeto de PCB com Vias no Pcbasic
A PCBasic é uma fabricante de conjuntos de PCB em Shenzhen, fornecedora de conjuntos de PCB SMT, empresa de design de placas PCB e fornecedora de PCBA. Ela oferece serviços online de design e fabricação de PCB e serviços completos de montagem de PCB. Diferentes regras de projeto para vias estão disponíveis. Entre em contato conosco se tiver interesse.
