Comprensione dei 9 tipi di PCB Via 

Introduzione

I fori PCB sono uno dei più importanti componenti della moderna tecnologia di progettazione di circuiti stampati. Questo blog esaminerà i nove tipi di via PCB unici insieme alle loro caratteristiche, dove vengono utilizzati e il ruolo che svolgono nella creazione di Layout PCB.

Qual è lo scopo di un via nei PCB?

Un PCB via è semplicemente un piccolo foro praticato in un PCB. Collega insieme gli strati della scheda. Il foro è rivestito di rame, così la corrente può passare attraverso. Crea una connessione elettrica tra gli strati. PCB multistrato i progetti richiedono via. Sia le connessioni elettriche che quelle termiche sono aiutate da queste. Non tutte le via sono uguali e alcune via attraversano l'intero spessore della tavola. Oppure, alcuni collegano solo alcuni strati. La dimensione e la forma di una via dipendono dal design. Una via può essere rotonda o non rotonda, grande o piccola. Anche il posizionamento delle via è molto importante. Il rumore elettrico o il problema del segnale possono essere causati da un posizionamento non corretto. Il corretto posizionamento delle via influisce anche sulle prestazioni termiche.

PCB tramite tipi

Sono necessari tipi diversi per esigenze diverse nella progettazione. Se sai quale tipo di via si adatta, ottimizzerai spazio, prestazioni e affidabilità.

Foro passante Via

Foro passante le vie sono vie che attraversano l'intero spessore della scheda. Gli strati superiore e inferiore della scheda sono collegati da esse. I segnali elettrici vengono trasportati tra gli strati nelle vie placcate. Le vie through hole sono semplici ed economiche. Il problema è, tuttavia, che occupano più spazio sul PCB. Sono ideali per progetti meno complessi.

• Foro passante placcato Via – Collega elettricamente gli strati del PCB. Il rame riveste il foro per trasportare la corrente tra gli strati. Puoi usare questo tipo per instradare segnali o potenza per progetti multistrato.
• Foro passante non placcato Via – Non ha un rivestimento conduttivo. Puoi usarlo per scopi meccanici. Fornisce supporto senza collegare elettricamente gli strati. Comune per esigenze di montaggio o strutturali.

Via cieca

Un esterno Strato PCB può connettersi a uno strato interno tramite via cieca. Non collegano l'intera scheda. Questa riduzione di spazio e i miglioramenti della qualità del segnale sono realizzati da queste vie. Il design ad alta densità fa spesso uso di vie cieche. Sono forate al laser o forate meccanicamente. La produzione di vie cieche dipende molto dalla profondità precisa della via.

• Foto-definita Blind Via – Realizzato in resina. Si lamina resina fotosensibile su un nucleo per crearlo. Questo nucleo contiene strati di segnale sepolti o aerei di potenza.
• Laminazione sequenziale Blind Via – Comporta la creazione di strati passo dopo passo. Un laminato sottile viene forato, inciso e placcato come un PCB a due lati. Quindi, viene laminato con il resto degli strati del PCB.
• Profondità controllata tramite cieco – Questi sono fori parzialmente forati. Devi forare a una profondità specifica invece che attraverso la tavola. Il foro viene poi placcato per la connessione elettrica.
• Cieco forato al laser Via – Questi fori sono precisi e puliti. Un laser crea il foro, collegando uno strato esterno a uno interno. Il foro non attraversa l'intero PCB.

Via sepolta

Situato tra gli strati interni del PCB, via sepolte sono. Non puoi vederli dall'esterno né puoi vederli. Collegano due o più strati interni. Un aspetto positivo dei via interrati è: aiutano nella progettazione di PCB compatti. Ciò conferisce loro più instradamento spazio sui loro strati esterni. La stratificazione e la foratura di precisione di queste vie sono necessarie.

Microvia

Nella progettazione moderna dei PCB, microvia sono piccoli fori. Due strati adiacenti della scheda sono collegati da essi. Questi sono forati al laser per la precisione. Grazie alle loro piccole dimensioni, sono dispositivi salvaspazio in circuiti densi. Schede di interconnessione ad alta densità (HDI) può sempre avere microvia. Le buone prestazioni sono quindi assicurate in progetti compatti e avanzati.

Accatastato tramite

È allineato verticalmente a via impilate che collegano più strati. Le via cieche o interrate sono queste. Le sovrapposizioni sono perfette e richiedono una fabbricazione ad alta precisione. Le via sfalsate sono più economiche delle via impilate. Sono utilizzate in progetti multistrato complessi. Risparmia spazio mantenendo connessioni affidabili.

Via sfalsata

Gli strati sono collegati senza sovrapposizione tramite via sfalsate. Ma sono distanziati, il che li rende facili da produrre. Le via impilate sono più convenienti di queste via. I progetti meno complessi utilizzano via sfalsate. Ciò consente comunque la connessione di dispositivi in ​​modo affidabile con un uso relativamente efficiente dello spazio del PCB.

Salta tramite

Le vie di questo tipo attraversano più strati, ma ne bypassano altri nel mezzo. Possono essere interrate, cieche o entrambe. I progetti di routing possono essere flessibili attraverso queste vie. È possibile usare le vie skip se non è necessario collegare alcuni strati. Nelle schede multistrato e HDI vengono spesso usate.

Vie a Pad

Posizionano questo tipo di via direttamente sotto i pad dei componenti. Dissipano flusso termico meglio e ridurre i percorsi di routing. Le vie sono spesso utilizzate sotto BGA e componenti di potenza. La saldatura può fluire nella via se la via non è riempita correttamente. Ciò comporta una saldatura scadente e giunti deboli. Affidabilità e prestazioni migliori si ottengono con un riempimento corretto.

Via riempita

Questi fori sono completamente riempiti con materiali conduttivi o non conduttivi. La conduttività elettrica e termica è migliorata dal riempimento conduttivo. Il foro è riempito con un materiale non conduttivo in modo che aria o liquido non penetrino nel foro. L'affidabilità e la rottura del PCB sono prevenute da vie riempiteOffrono inoltre un miglioramento delle prestazioni per le applicazioni più esigenti.

• Riempito di rame Via – Un via riempito con rame conduttivo. Ideale per applicazioni ad alta corrente o potenza.
• Riempito di polimero conduttivo Via – Migliora la conduttività termica. Garantisce inoltre una connessione elettrica stabile.
• Via riempita non conduttiva – Un foro che non trasporta corrente. Impedisce ai contaminanti di entrare nel foro. Comune in progetti delicati.

Considerazioni importanti sui Vias

Aspect Ratio

Il rapporto di aspetto del via è il rapporto tra larghezza e profondità. Anche lo spessore della placcatura e la conduzione elettrica del via sono influenzati. I trapani meccanici funzionano meglio con un rapporto di 10:1 o inferiore. In quelli più piccoli, potresti aver bisogno di microvia con un rapporto inferiore.

Anello anulare

Rame attorno a un foro passante. Dopo la foratura, mantiene la connessione sicura. Le connessioni deboli sono il risultato di un anello troppo piccolo. Dovresti sempre lasciare abbastanza rame per evitare di avere problemi.

Integrità del segnale

Il modo in cui i segnali viaggiano attraverso il PCB può essere influenzato dai via. Interferenze o rumori potrebbero essere causati da sezioni di via inutilizzate. Le prestazioni possono essere migliorate rimuovendo il metallo in eccesso o perforando la parte posteriore. Integrità del segnale è adeguatamente mantenuto mediante una progettazione adeguata.

Densità di routing

Le vie diventano dei blocchi sui percorsi critici nelle aree affollate dei PCB. Sotto componenti con pin alti come i BGA, questo è comune. L'uso di vie cieche o microvie può liberare spazio di routing. Considera attentamente come pianificherai, per evitare la congestione.

Tramite dimensione o dimensioni

La quantità di spazio che occupa il tuo progetto ha un effetto basato sulle dimensioni dei fori. I fori più piccoli fanno risparmiare spazio ma richiedono forature avanzate. Sono più facili da produrre e costano meno. Scegli una dimensione adatta alle tue esigenze e al tuo budget.

Spessore di placcatura

La resistenza e la conduttività della via dipendono da placcatura spessore. Una placcatura più spessa riduce i costi ma migliora il flusso di corrente. Con una placcatura più sottile si possono ottenere risparmi ma una durata ridotta. Selezionare un bilanciamento per la propria applicazione.

Layout PCB

La funzionalità e l'affidabilità della tua scheda sono influenzate dal posizionamento delle vie. Ciò può causare un layout scadente che causa una perdita di segnale o percorsi bloccati. Le prestazioni sono migliorate con stub più corti e un buon posizionamento delle vie. Pianifica in anticipo, in modo da non incorrere in problemi di layout.

Materiali utilizzati per i Fori Via

Il rame è spesso utilizzato per realizzare le vie per la sua conduttività. L'epossidico argentato, l'alluminio o il tungsteno sono alternative. Tuttavia, ogni materiale offre punti di forza unici come costo o resistenza. Scegline uno che funzioni nell'ambiente e nell'applicazione del tuo PCB.

Suggerimenti per la progettazione di PCB per Via

·       Fori passanti sfalsati su fori passanti impilati

Utilizzare via sfalsate per evitare riempimento e costi aggiuntivi. Sono più facili e affidabili delle via impilate.

·       Utilizzare la profondità controllata per vie cieche e interrate

La profondità controllata ti aiuta a perforare con precisione lo strato giusto. Garantisce che i fori ciechi e interrati funzionino come previsto.

·       Ridurre al minimo i rapporti di aspetto per i fori passanti ad alta velocità

Mantenere bassi i rapporti d'aspetto per ridurre i problemi di segnale. Ciò migliora le prestazioni e riduce le interferenze.

·       Optare per vie più piccole nelle schede HDI

Le schede HDI funzionano meglio con via più piccole. Le via più piccole riducono la capacità parassita e l'induttanza, migliorando il flusso del segnale. Queste via consentono inoltre di risparmiare spazio per progetti densi.

·       Riempi Via-in-Pads

Riempire i via-in-pad per evitare problemi di saldatura durante l'assemblaggio. I via riempiti migliorano le connessioni elettriche e l'affidabilità. Evitare di lasciare i fori dei via aperti, specialmente sotto componenti importanti.

·       Planarizzazione dei fori per le disposizioni dei pad BGA

I pad BGA con via devono essere planarizzati per una saldatura fluida. Le via irregolari possono indebolire giunti di saldatura e causare problemi. I fori ciechi e passanti nei pad BGA devono essere riempiti con attenzione.

·       Incorporare i pad termici sotto i QFN

Fori del pad termico sotto QFN migliorano la dissipazione del calore e il flusso di saldatura. Questi fori fissano il pad termico e impediscono il galleggiamento durante l'assemblaggio.

·       Considerare le regolazioni dello stencil della pasta saldante

La mancanza di vie termiche può causare la formazione di pozzetti di saldatura o degassamento. Per risolvere il problema, adattare lo stencil della pasta saldante con disegni a finestra. In questo modo la saldatura rimane uniforme e si evitano difetti.

·       Controllare la distanza dai bordi fresati/segnati

Mantenere le vie e le tracce libere da bordi fresati o rigati. La distanza minima impedisce danni durante la produzione o l'uso. Pianificare il layout del PCB per mantenere la spaziatura corretta.

·       Ispezionare i via per i pacchetti BGA

Controllare il posizionamento e la qualità delle vie sotto i package BGA. Le vie mal allineate possono causare problemi di saldatura. Ispezionare i progetti per la corretta spaziatura e copertura della maschera.

·       Convalidare i progetti a osso di cane

I design dog-bone separano i via dai pad con tracce corte. Assicurarsi che la maschera di saldatura copra i via sotto i layout BGA. Una copertura mancante può causare contatti elettrici indesiderati.

·       Rispettare le tolleranze VIA del PCB

Segui le tolleranze standard per i via nel tuo progetto PCB. Controlla le dimensioni, la clearance e le dimensioni dell'anello anulare per la precisione. Rispettando queste misure, il tuo PCB soddisfa gli standard IPC.

Limitazioni e considerazioni nella progettazione di Via

Implicazioni sui costi

Microvias e via in pad rappresentano un tipo avanzato di via che costa di più. Richiede foratura laser e passaggi di placcatura molto precisi. Ha anche attrezzature speciali, che hanno le loro spese di produzione. Queste possono accumularsi rapidamente, specialmente con schede complesse. Un'attenta pianificazione del tuo design può aiutarti a bilanciare i costi.

Complessità di produzione

La produzione di vie è un processo estremamente preciso. I guasti elettrici sono causati da disallineamenti perforazione o riempimento incompleto. Questi problemi non si presenteranno necessariamente subito, ma possono portare a problemi a lungo termine. Ancora più difficili da realizzare sono quelli avanzati, come quelli impilati o riempiti.

Problemi di affidabilità

I via più piccoli e i layout più densi pongono problemi di affidabilità. Nel tempo, piccoli difetti nei via possono causare guasti. Ciò è particolarmente pericoloso per quanto riguarda applicazioni sicure come medicale dispositivi o aerospaziale attrezzature. Per gestire lo stress, devi assicurarti che i fori siano resistenti e ben fatti. La coerenza è necessaria se non vuoi pagare costose riparazioni o sostituzioni.

Sfide e soluzioni per la gestione termica

I moderni progetti di PCB richiedono un controllo efficace del calore. Più velocemente funzionano i componenti, più calore viene prodotto. Rimuovendo il calore dalle parti sensibili, i via termici aiutano. Se non li hai, il surriscaldamento potrebbe danneggiare la tua scheda o ridurne la durata. Ma con un attento posizionamento dei via termici le cose possono funzionare senza problemi.

Come determinare i requisiti di via corretti per il tuo PCB

I fori che sceglierai dipenderanno dalle dimensioni e dallo scopo del tuo PCB. Per PCB più grande, e specialmente per i dispositivi più vecchi, potrebbero essere necessari componenti through hole. Se hai schede più grandi costruite secondo standard più vecchi, questi funzionano meglio. I componenti through hole sprecano più spazio per i dispositivi più piccoli. Le schede compatte sono le migliori tra le microvia cieche. Tengono conto dell'efficienza dello spazio e gestiscono bene un segnale. PCB più piccoli, con microvia, sono più costosi, ma solitamente i vantaggi dell'utilizzo di un PCB più piccolo, con microvia, superano il costo aggiuntivo.

Quando utilizzare vie più piccole

In alcuni progetti dovresti pensare a via più piccole. Le via più piccole possono far risparmiare spazio superficiale se il tuo PCB ha molte parti o reti, ma strati moderati. Ciò significa che c'è spazio per il routing e i componenti sugli strati superiori. Le tracce sottili su alcune schede con più strati potrebbero dover adattarsi a via più piccole. Tuttavia, le microvia sono spesso necessarie per interconnettere i BGA a passo fine. Se non hai le microvia, potresti non raggiungere le sfere interne del BGA. Le via più piccole tagliano le interferenze e i segnali sono più affidabili. Sebbene siano un lavoro extra, possono comportare migliori prestazioni della scheda e fanno risparmiare spazio.

Domande frequenti sui tipi di PCB Via

• Che cosa è il riempimento tramite tipo 7?

Utilizzato per i design via-in-pad. La pasta non conduttiva viene trasportata nei fori via e poi indurita. Viene poi appiattita, placcata e resa saldabile. Questo è un ottimo modo per risparmiare spazio sui PCB ad alta densità. In questo modo si garantisce che i componenti avranno pad lisci per i componenti e che l'affidabilità sarà buona. E puoi utilizzarlo quando hai bisogno di un design PCB compatto ed efficiente.

• Qual è lo standard IPC per i fori passanti dei PCB?

I fori passanti del PCB rispettano le regole importanti fornite nel Norma IPC-6012. È una descrizione di ciò che è accettabile per quanto riguarda la progettazione e la produzione di via. Questi sono alcuni dei parametri che si basano sulla dimensione dell'anello anulare e sullo spessore della placcatura. I diversi livelli di "Classe" dello standard vanno dalla Classe 1 alla Classe 3. La classe più rigorosa è la Classe 3 e deve essere utilizzata per applicazioni ad alta affidabilità. Una caratteristica fondamentale dell'anello anulare è la sua resistenza meccanica. Deve circondare il foro di via e rendere impossibile la delaminazione. Specifica anche lo spessore della placcatura necessario sui cilindri di via.

• Perché le microvia sono la scelta preferita nei PCB HDI?

Avere microvia migliora elettricamente il tuo PCB. Ciò aiuta a rendere la scheda più piccola. Una densità di routing più elevata è possibile con un numero inferiore di livelli di routing utilizzando il routing basato su microvia. Ciò significa che puoi accorciare le vie through hole. Aiutano anche ad aumentare la potenza di elaborazione e le prestazioni. I problemi di breakout BGA diventano più facili da gestire con le microvia. Fondamentale nella progettazione di PCB compatti e ad alte prestazioni.

• In termini di gestione termica, in che modo i fori passanti contribuiscono alla dissipazione del calore nei progetti ad alto consumo energetico?

Diversi componenti tendono a scaldarsi, i via aiutano a trasferire il calore. Dirigono il calore verso parti più fredde sul PCB. Sotto dove viene generato il calore, sono stati posizionati i via termici. Tuttavia, i materiali in questi via servono a migliorare il flusso di calore. Questo mantiene il PCB fresco e non si surriscalda.

• Come posso utilizzare i percorsi ciechi e interrati nel mio progetto?

In Produzione di PCB, ci sono due fogli di rame per ogni strato. I fogli sono posizionati in un nucleo dielettrico e separati l'uno dall'altro. Sono le vie cieche e interrate che interconnettono strati specifici del tuo progetto. Nel tuo software di progettazione puoi dire quali strati collegare. Ma non eliminerà i design non funzionanti.

Conclusione

In questa PCBTok blog, abbiamo fornito una panoramica dettagliata su 9 diversi tipi di via PCB, come via through hole, via blind, via buried, microvia e il resto. Ha trattato il loro scopo e descritto considerazioni di progettazione su come influenzano questioni come densità di routing, integrità del segnale e gestione termica. Il blog includeva anche le best practice per scegliere il set giusto di via per la progettazione di PCB.