Linee guida complete per le dimensioni del PCB

Introduzione

Quando si tratta della selezione delle dimensioni del PCB tramite, si desidera scegliere la dimensione corretta del PCB tramite per prestazioni elettriche ottimali, gestione termica efficace e buona integrità strutturale. Questa guida approfondirà gli standard delle dimensioni del PCB tramite, i tipi, i rapporti di aspetto e le linee guida di progettazione importanti per aiutare a migliorare il PCB.

Cos'è un PCB Via?

Un via su PCB, o interconnessione verticale, è un foro molto piccolo, placcato in rame, che attraversa il circuito stampato. I segnali passano tra i diversi strati del circuito stampato ; i via collegano i diversi strati. Per funzionare correttamente, il PCB dipende da queste connessioni. Esistono molti tipi di via. Si utilizzano via realizzati meccanicamente tramite foratura passante. Tuttavia, anziché essere realizzati con il laser, si utilizzano via ciechi, che collegano solo determinati strati. Lo scopo di ogni tipo di via è specifico durante la progettazione del PCB. Le connessioni elettriche devono essere robuste, altrimenti il ​​PCB non funzionerebbe correttamente.

Dimensioni standard Via

La maggior parte dei PCB ha una dimensione standard dei via di circa 10 mil. Dopo la placcatura , questa dimensione si riduce a 7 mil. Tuttavia, la dimensione dei via non è fissa. Dipende dallo spessore del circuito stampato e ha un rapporto d'aspetto. Solitamente, i micro via, alti circa 4 mil, sono più piccoli dei via. Possono quindi essere realizzati tramite laser o meccanicamente. Un requisito particolare per i via realizzati con laser è la spaziatura tra gli strati.

PCB tramite tipi

• Vie a foro passante

Il tipo più comune nella progettazione di PCB. Si tratta di un foro che attraversa completamente la scheda. Collega tutti gli strati tra loro. Viene spesso utilizzato per connessioni ad alta corrente . La scheda diventa più resistente grazie all'aggiunta di fori passanti.

• Vias cieco

Collega lo strato esterno esposto a uno o più sottostrati del PCB. Non attraversa completamente la scheda. I via ciechi sono utili nei progetti ad alta densità con spazio limitato. Permettono di realizzare connessioni tra strati senza la necessità di un foro passante completo. Sono utili perché consentono di risparmiare spazio prezioso sulla scheda e di posizionare i componenti in modo più compatto. Nei circuiti stampati piccoli e complessi, i via ciechi sono indispensabili.

• Sepolto Vias

Unisce due o più strati interni di un PCB, senza toccare lo strato esterno. L'utilizzo di più vie per livello, solitamente a livello di via per motivi di dimensioni e opacità, rappresenta una buona soluzione se è necessaria una progettazione ad alta densità. Non serve molto spazio per realizzare numerose connessioni. Le vie interrate riducono l'ingombro sul circuito stampato e consentono di collegare più componenti senza dover ricorrere a PCB di grandi dimensioni.

• Vias impilati

Forati uno sopra l'altro. Nei PCB ad alta densità, questo tipo di via è molto utile. Molte connessioni si adattano in un piccolo spazio. Si risparmia spazio sulla scheda grazie alle via impilate. Consente di aggiungere più connessioni senza aumentare le dimensioni della scheda.

• Vie sfalsate

Collegano gli strati di un PCB. Questi strati non si toccano direttamente. Sono spesso presenti in interconnessioni ad alta densità e in progetti multistrato . L'utilizzo di vie sfalsate consente un instradamento ottimizzato per eliminare le interferenze di segnale. Alle alte frequenze, riducono l'impedenza. Ciò si traduce in una minore complessità di progettazione e nell'assenza di necessità di riempimento in rame per le vie sfalsate.

• Salta i passaggi

Si tratta di una sorta di via cieca. I pad sono collegati a un altro strato. Sono spesso utilizzati nei PCB ad alta densità di interconnessione (HDI). Collegano entrambi i lati di una traccia. Riduce i tempi di instradamento manuale. Eliminano le via interrate tra i livelli. Inoltre, risolvono anche i problemi di affidabilità che possono sorgere con le via cieche interrate sovrapposte.

• Microvie

Un foro molto piccolo in un PCB. In genere ha una dimensione inferiore a 6 mil. Questo è il tipo di via perfetto per progetti ad alta densità. Molti componenti possono essere inseriti anche in spazi ristretti. Anche le applicazioni ad alta frequenza sono adatte ai microvia. Sono efficaci nel mantenere i segnali forti e chiari. Tuttavia, la qualità complessiva del segnale viene migliorata utilizzando i microvia, consentendo prestazioni migliori in dispositivi di piccole dimensioni.

• Vie a Pad

Si tratta di un foro sotto il pad del componente. Il motivo è che questo tipo di via è particolarmente adatto per la progettazione di PCB ad alta densità. Dove ogni bit conta, consente di risparmiare spazio. Si ottiene una connessione diretta alla scheda tramite la via integrata nel pad. Ciò riduce la lunghezza della traccia e, di conseguenza, migliora la qualità del segnale. Inoltre, diminuisce il rischio di cortocircuiti dovuti alla saldatura . Il materiale conduttivo viene inserito durante l'assemblaggio del PCB.

• Tramite tenda

Questa è una situazione in cui si placca un via. La maschera di saldatura fornisce uno strato protettivo a questo piccolo foro. La placcatura protegge il via da umidità, polvere o agenti chimici, che possono causare corrosione e cortocircuiti. I fori placcati consentono il passaggio dei segnali elettrici tra gli strati grazie ai via. I PCB affidabili e ad alte prestazioni si basano sulla placcatura. Ciò è particolarmente vero per le interconnessioni ad alta densità (HDI) e i design flessibili . Previene anche la risalita della saldatura, ovvero quando la saldatura si allontana dai pad di saldatura.

Proporzioni per i Fori Via

Questo parametro riguarda la placcatura in rame all'interno dei fori passanti (via). È una misura di quanto sia possibile riempire un foro passante con il rame. Il rapporto d'aspetto (AR) è dato dal rapporto tra lo spessore del PCB e il diametro del foro. L'affidabilità del circuito stampato è fondamentale e un buon rapporto d'aspetto è essenziale per garantirla. Per i microfori passanti, il rapporto d'aspetto ideale è 0.75:1. Ciò significa realizzare un foro molto più piccolo dello spessore del circuito stampato. Per i fori passanti, il rapporto d'aspetto ideale è 10:1. Questo valore è adatto alla placcatura senza particolari problemi. È possibile scegliere un rapporto d'aspetto superiore a 10:1, ma un approccio di questo tipo aumenta i costi e la complessità della progettazione e può persino causare problemi di affidabilità.

Tipo di via PCB vs. dimensione

Requisiti dimensionali del PCB

I via sono importanti quando si progetta un PCB. Il modo in cui li si progetta e dove li si posiziona è importante. A volte un via difettoso può influire sul funzionamento di una scheda.

Tramite Calcolatrice del Rapporto d'Aspetto

Di conseguenza, il design del PCB è valido solo quanto il rapporto di aspetto della via. Confronta la profondità di una via con la sua larghezza. Il rapporto influenza il modo in cui la corrente viene trasportata dalla via. Per un rapporto di aspetto elevato è necessario un tempo di placcatura inferiore. Ciò crea uno strato più spesso. Uno strato sottile può derivare da un rapporto di aspetto basso. Può ridurre l'elettricità che è in grado di condurre.

Dimensioni standard dei fori passanti in mil

Le misure molto piccole sono descritte in mil, un'unità. Lo spessore del tuo PCB determinerà queste dimensioni. E dipendono da cosa può fare il produttore del PCB. Per le dimensioni delle vie, diversi produttori hanno limiti diversi. Essendo molto importante, scegliere la dimensione giusta è molto importante. E influenzerà quanto costa la scheda. Può anche influenzare quanto è affidabile la tua scheda se scegli una dimensione non adeguata. Le vie troppo piccole potrebbero non funzionare.

Calcolatrice per anelli anulari PCB

L'anello di rame che circonda un via viene chiamato anello anulare . Le sue dimensioni sono molto importanti. Se il via è debole, un anello piccolo può essere sufficiente. Tuttavia, questo interrompe il legame del pad di rame. Una buona conduttività può portare a una scarsa conduttività. I ​​segnali non schermati possono compromettere l'affidabilità del circuito stampato proprio per questo motivo. Un anello anulare di grandi dimensioni, d'altra parte, è più costoso. Può anche ridurre la densità del circuito stampato.

Spessore della placcatura tramite

Una placcatura più spessa può essere un mezzo per aiutare la conduttività. Può, tuttavia, anche aumentare i costi. Può anche rendere la scheda più spessa, e in più. Una placcatura più sottile costa meno. Può anche alleggerire la scheda. Ma fai attenzione. Perché questo potrebbe influenzare la conduttività e l'affidabilità del via.

Stub nel layout del PCB

Si tratta di un breve tratto di pista collegato a una via. Questo può causare problemi sul PCB. La riflessione del segnale può verificarsi tramite stub, compromettendo la qualità del segnale. È consigliabile mantenere gli stub corti, meglio è, in quanto riducono le interferenze. Inoltre, è importante verificare l'impedenza dello stub, che deve corrispondere a quella della pista. Per una buona integrità del segnale, l'adattamento di impedenza è fondamentale.

Linee guida e considerazioni per la selezione delle dimensioni del PCB tramite

tramite tipi

Quando lavori con i tipi di via, ricorda a quale progetto stai lavorando. Sono necessarie diverse vie per progetti diversi. I fori più grandi funzionano bene se hai un solo strato. Hai flessibilità senza riempimento o tecnologia extra. È possibile spingere più corrente attraverso le vie più grandi. E consente anche una migliore dissipazione del calore.

Attraverso le dimensioni

Quanto grandi possono essere le tue vie è dettato dallo spessore. Si chiama aspect ratio. Le tue vie funzionano bene con un aspect ratio appropriato. Più grande è la scheda, maggiore è il requisito delle vie. Più corrente può essere fatta passare attraverso le vie più grandi. Le vie più piccole sono sufficienti finché la scheda è sottile. Le piccole vie sono più piccole, occupano meno spazio. Mantieni sempre le dimensioni delle vie corrispondenti allo spessore della scheda.

Tramite Tolleranze

Questo è l'intervallo in cui le dimensioni dei fori sono accettabili. Devi essere specifico su come verrà stipulata questa tolleranza. Questo assicura che i fori si adattino bene. La maggior parte dei fornitori di PCB ha i propri standard.

Selezione delle tecnologie adatte

Decidi la tecnologia di cui hai bisogno. Hai bisogno di vie cieche o interrate? Quindi assicurati di parlare con il tuo fornitore di PCB. Possono aiutarti a sviluppare lo stack up giusto per il tuo progetto. Assicurati sempre che ogni requisito comunichi sempre in modo chiaro. Ne risulterà un prodotto finale migliore.

Specifiche dell'anello anulare

Questo è importante per le schede di Classe 2 e Classe 3. L'anello anulare dovrebbe essere di almeno 2 mils per i microvias o i vias realizzati con foratura laser. Per i vias realizzati con foratura meccanica, dovrebbe essere di almeno 4 mils. Ricorda però che l'anello viene misurato nel software CAM . Viene considerata la dimensione del foro praticato.

Classificazioni IPC PCB

Le schede di Classe 2 e anche di Classe 3 hanno standard diversi. Le schede di Classe 2 sono quelle consigliate per l'elettronica di tutti i giorni. I laptop e gli smartphone ne hanno. E possono avere alcuni piccoli difetti. E per questo motivo, sono più facili da ispezionare e più veloci da realizzare. I dispositivi ad alta affidabilità sono nelle schede di Classe 3. Vengono utilizzati equipaggiamento militare e pacemaker. Queste schede sono molto rigorose e affidabili. Le ispezioni sono più frequenti e sono più costose. I prodotti che devono funzionare più e più volte bene come l'ultima volta sono più adatti alle schede di Classe 3.

Specifiche della macchina

Quando si realizza la dimensione delle vie sul design del PCB, tenere a mente la capacità del produttore. Quando si acquistano PCB, è importante scegliere il fornitore che ha la tecnologia più recente. In questo modo si garantisce che possano utilizzare i requisiti specifici delle dimensioni delle vie. Molti produttori potrebbero altrimenti non avere l'attrezzatura adeguata. Oppure potrebbero dover subappaltare il lavoro a qualcun altro.

Densità PCB

Un circuito stampato ad alta densità presenta da 65 a 120 connessioni per pollice quadrato. È importante anche considerare la densità dei fori. Un circuito stampato a doppia faccia con circa 600 fori per decimetro quadrato è molto comune. Anche la densità di corrente è fondamentale. Presta attenzione alla spaziatura delle piste di rame. Posiziona le piste a intervalli regolari, pari alla loro larghezza. Questo previene sia problemi di segnale che surriscaldamento. È preferibile posizionare i componenti vicini tra loro se sono simili.

Attraverso tecniche di riempimento e opzioni di placcatura

I difetti nel tuo PCB sono causati da sostanze intrappolate. La pasta epossidica conduttiva e non conduttiva può essere inserita nei fori passanti. Per i fori passanti ciechi e i fori passanti in-pad viene utilizzata una speciale chimica di elettrodeposizione. Tuttavia, se vuoi spostare il calore sulla scheda, allora scegli un riempimento conduttivo. Assicurati che i fori passanti siano sigillati o coperti con placcatura con cappuccio. Il risultato è che durante la produzione si evitano problemi di placcatura dei fori passanti interrati. Puoi evitare questi problemi riempiendo prima i fori passanti con resina. Se hai un foro passante in pad, devi placcarlo.

Liquidazione dei componenti

È lo spazio attorno al via. Dovrebbe avere abbastanza spazio per tutti i componenti del PCB. Il via potrebbe ostacolare il componente se la distanza è troppo piccola. L'assemblaggio o persino il funzionamento possono essere un problema. Suggeriamo che la distanza minima sia di almeno 0.1 mm. Questa è una buona regola. Ciò aiuta a posizionare correttamente i componenti.

Solder Mask

È importante che le aperture della maschera di saldatura siano corrette. I pad dei componenti dovrebbero essere leggermente più piccoli di queste aperture. Questo impedisce alla pasta saldante di penetrare nei pad vicini. Troviamo utile anche la tecnica del "tender" (coprire i via con la maschera di saldatura). Protegge i via da eventuali danni e impedisce alla saldatura di fuoriuscire al loro interno, causando cortocircuiti. Tuttavia, non coprite con il "tender" i via con un diametro del pad superiore a 12 mil, perché ciò causerebbe vuoti di saldatura e potenziali problemi di affidabilità.

Come ottimizzare le selezioni delle dimensioni del via

• Scopri quanta corrente devono gestire le tue tracce

Segnale, potenza e correnti di terra trasportate dai via. Ogni tipo ha bisogno che funzionino bene insieme. I via che sono chiaramente in grado di trasferire il loro segnale sono buoni. Di conseguenza, meno perdite e migliori prestazioni. Assicurati che i tuoi via siano sicuri per la corrente.

• Seguire semplici linee guida per la larghezza e la spaziatura delle tracce

Il tuo progetto contiene tracce e vie. I componenti di superficie sono collegati tramite vie. Un routing efficace delle tue vie è un buon routing delle tracce. Le tracce devono essere sufficientemente larghe per la corrente. Distanziale nel modo giusto, senza interferire. Ciò consente di ottenere vie migliori.

• Attenersi alle regole IPC-2222 per le dimensioni minime dei fori

Per prima cosa, vorrai sapere qual è la classificazione della densità del tuo componente. Quindi, utilizzi semplici formule per trovare le dimensioni minime del foro. Per il Livello A, aggiungiamo 0.25 mm al diametro massimo del piombo. Per il Livello B aggiungiamo 0.20 mm e per il Livello C aggiungiamo 0.25 mm. Quindi, decideremo le dimensioni del pad tramite IPC‑2221. I diametri del pad vengono calcolati dalle dimensioni del foro.

• Riduci il numero di vie che utilizzi

Usa meno via quando possibile. Troppe via strozzeranno le tue via. Indeboliscono la scheda e il suo funzionamento. Meno via significano un design migliore. Invece, concentrati su come instradare le tue tracce. Significa trovare il percorso migliore per le connessioni. Un buon instradamento significa che hai bisogno di meno via.

• Collabora con il tuo produttore per trovare le dimensioni adatte del via

Lavorare con il produttore ti aiuterà a realizzare le migliori schede. Chiedigli quali dimensioni di via possono forare. Ci sono diverse capacità tra i diversi produttori. Alcuni possono forare piccoli fori, ma altri no. Hanno delle restrizioni sullo spessore della scheda che possono fare. Ma comprendere questi limiti ti aiuta a decidere quali dimensioni di via sono giuste per te.

Domande sulle dimensioni dei PCB

• Che cosa sono le dimensioni dei fori laser sui PCB?

Le dimensioni dei fori passanti per PCB realizzati con la tecnica laser variano. Il più piccolo è di 0.001 pollici (0.025 mm). Possono arrivare fino a 0.0005 pollici e raggiungere un massimo di 0.008 pollici. Il rapporto d'aspetto è solitamente di 0.75:1. I fori passanti vengono spesso utilizzati per realizzare fori ciechi e interrati. La laminazione sequenziale funziona bene con questo tipo di fori. Sono presenti anche nei BGA a passo fine.

• Qual è la dimensione del Via Capture Pad?

Dipenderà dal tipo e dallo spessore del PCB. Lo spessore del PCB varia da 1.5 mm>. In genere, in questo caso, si tratta di un pad di cattura via da 0.660 mm. La dimensione del pad per una via grande è di 0.7 mm e la dimensione della foratura è di 0.3 mm. La dimensione della foratura è di 0.25 mm e la dimensione del pad, 0.6 mm, è per una via media. La dimensione del pad è di 0.5 mm e la dimensione della foratura è di 0.2 mm per una via piccola. Il diametro massimo per le via cieche è di 0.4 mm, con un pad di 450 μm. Analogamente, per le via interrate il diametro è sempre di 0.4 mm ma le dimensioni del pad sono di 300 μm.

• Quanto possono essere piccole le vie?

In genere, le via di dimensioni minime sono comprese tra 0.25 e 0.3 mm. Richiedono meno materiale per queste via più piccole. Ma ancora una volta, se la profondità della scheda varia, potrebbe essere necessario forarle al laser. La dimensione minima della foratura è solitamente di 0.25 mm. La dimensione minima dell'anello anulare è di 0.15 mm. Idealmente, si desidera evitare di arrivare a questi minimi.

• Come si calcolano le dimensioni del PCB?

La lunghezza e la larghezza in millimetri vengono utilizzate per calcolare le dimensioni del PCB. Moltiplica questi due valori per ottenere l'area in millimetri quadrati. Dividi il valore per 1,000,000 per convertirlo in metri quadrati. Prendiamo ad esempio un software di progettazione PCB . Apri il file di layout del PCB che puoi utilizzare nel tuo software. Ora posiziona i componenti all'interno del contorno del PCB. Regola le dimensioni del contorno utilizzando lo strumento "Sposta". Infine, misura le dimensioni del riquadro del contorno.

Conclusione

In questo articolo del blog di PCBTok , abbiamo spiegato tutto ciò che è necessario sapere sulle dimensioni dei via per PCB. Abbiamo approfondito concetti fondamentali per prendere decisioni di progettazione consapevoli, come standard, tipologie e rapporti di aspetto. Abbiamo discusso di diversi tipi di via, dei requisiti dimensionali e delle opportunità di ottimizzazione, per fornirvi una visione più completa su come migliorare il vostro processo di progettazione di PCB.