Vías ciegas vs. enterradas: Una guía completa para el diseño de PCB

Una placa de circuito impreso (PCB) está formada por capas de circuitos de lámina de cobre apiladas unas sobre otras, y las conexiones entre las diferentes capas del circuito dependen de vías. Si los orificios perforados por una máquina perforadora o un láser se dejan tal cual, no conducirán electricidad, porque la superficie del orificio perforado original es solo resina, que no es conductora. Por lo tanto, se debe recubrir una capa de material conductor (generalmente cobre) sobre la superficie del orificio perforado. De esta manera, la corriente se propaga a través de diferentes capas de lámina de cobre. Echemos un vistazo a varios tipos diferentes de vías que se ven comúnmente en las PCB.

Mientras que las vías pasantes básicas atraviesan toda la placa, las estructuras más avanzadas llamadas vías ciegas y vías enterradas conectan solo entre capas adyacentes sin pasar completamente a través de la placa. Este artículo proporciona una descripción general en profundidad de las vías ciegas y enterradas, analizando sus técnicas de fabricación, consideraciones de diseño, factores de confiabilidad y aplicaciones.

¿Qué es una vía ciega?

Una vía ciega es un orificio que conecta la capa más externa de la placa con una o más capas internas, pero no se extiende a través de todo el grosor de la placa. Se utiliza en PCB multicapa donde existe la necesidad de conectar una capa externa a una capa interna sin pasar por toda la placa. Ayuda a ahorrar espacio y se utiliza a menudo en diseños de alta densidad. Es "ciega" porque solo es visible desde un lado.

Sin embargo, se debe prestar especial atención a la profundidad (eje Z) de la perforación, ya que a menudo puede causar dificultades con la galvanoplastia del espacio interior de los orificios y, por lo tanto, los fabricantes casi ya no la utilizan. Tomemos el ejemplo de comprar un edificio como ejemplo. En una casa de seis pisos, solo hay escaleras que conectan el primer piso con el segundo, o que conectan el quinto piso con el sexto, las cuales se denominan vías ciegas. Las vías ciegas ofrecen varias ventajas, como ahorrar espacio en la placa, permitir diseños más compactos y mejorar la integridad de la señal al reducir la longitud de las rutas de señal.

● Las vías ciegas se utilizan para conectar una capa externa con al menos una capa interna.

● Los orificios para cada nivel de conexión deben definirse como un archivo de perforación separado.

● La relación entre el diámetro de perforación y la profundidad del orificio (relación de aspecto) debe ser de 1:1 o mayor.

● Requieren procesos de fabricación especializados.

● A menudo se utilizan para enrutar interconexiones de alta densidad.

Ventajas de usar vías ciegas

1. Mayor densidad: Al vincular componentes de montaje superficial a capas internas, las vías ciegas permiten un uso más eficiente del espacio de la placa. Como resultado, se puede reducir el tamaño y el peso total de la PCB.

2. Reducción del número de capas: Las vías ciegas pueden ayudar a minimizar el costo de fabricación de la PCB al reducir el número de capas necesarias para el enrutamiento.

3. Mejora del rendimiento de la señal: El enrutamiento de señales a través de vías ciegas puede reducir la diafonía y la EMI entre pistas, mejorando la calidad y confiabilidad de la señal.

Desventajas de usar vías ciegas

1. Dificultad de fabricación: Las vías ciegas requieren operaciones precisas de perforación y recubrimiento, lo que puede aumentar los costos y la complejidad de fabricación de la placa.

2. Restricciones en el número de capas: Las vías ciegas tienen el potencial de reducir el número de capas que se pueden emplear en un diseño de PCB.

¿Qué es una vía enterrada?

Una vía enterrada es completamente interna a la PCB, conectando dos o más capas internas sin extenderse a las capas externas. Las vías enterradas son útiles en diseños de PCB de alta densidad. Las vías enterradas se utilizan en PCB multicapa complejas donde el espacio es escaso y se necesita preservar el área de superficie en las capas externas. Permiten un enrutamiento más complejo y una mayor densidad de circuito.

Usando la analogía de comprar un edificio, cuando solo las escaleras entre el tercer y cuarto piso están conectadas en un edificio de seis pisos, se denominan orificios de vía enterrados. Los orificios de vía enterrados no se pueden ver desde la apariencia de la placa y en realidad están ubicados en las capas internas de la placa de circuito. Esta característica permite a los diseñadores usar las capas externas de la placa para otros fines, como colocar componentes o enrutar pistas, sin interferencia de las vías.

Características clave de una vía enterrada

● Las vías enterradas se utilizan para crear conexiones de las capas internas, que no tienen contacto con las capas externas.

● Los orificios para cada nivel de conexión deben definirse como un archivo de perforación separado.

● La relación entre el diámetro de perforación y la profundidad del orificio (relación de aspecto) debe ser de 1:12 o mayor.

● A menudo se utilizan para planos de tierra y de alimentación.

Ventajas de usar vías enterradas

1. Mayor densidad: Las vías enterradas, que conectan las capas internas de la PCB sin extenderse a las capas superiores, pueden ayudar a mejorar la densidad de componentes en la placa.

2. Reducción del número de capas: Las vías enterradas pueden ayudar a reducir el número de capas de enrutamiento necesarias, lo que resulta en menores costos de fabricación.

3. Mejora del rendimiento de la señal: El enrutamiento de señales a través de vías enterradas puede reducir la diafonía y la EMI entre pistas, mejorando la calidad y confiabilidad de la señal.

Desventajas de usar vías enterradas

1. Dificultad de fabricación: Las vías enterradas requieren operaciones precisas de perforación y recubrimiento, lo que aumenta el costo y la complejidad de la producción de PCB.

2. Problemas de accesibilidad: Debido a que las vías enterradas no son visibles desde la superficie de la placa, pueden ser difíciles de solucionar y reparar si fallan.

Consideraciones de fabricación de vías ciegas/enterradas

Los desafíos de producción de orificios pasantes ciegos incluyen la necesidad de operaciones precisas de perforación y recubrimiento, lo que podría aumentar los costos de fabricación. Aunque la tecnología de perforación láser puede mejorar la precisión y ahorrar costos, es posible que solo sea apropiada para algunos diseños de PCB.

Los diseñadores también deben considerar la relación de aspecto de las vías, que es la relación entre el diámetro y la profundidad de la vía. Las relaciones de aspecto más grandes pueden ser más desafiantes, aumentando los costos y los posibles problemas de fabricación.

Tecnología de PCB para vías ciegas y enterradas

Varias técnicas avanzadas de fabricación de PCB permiten la creación de vías ciegas y enterradas:

1) Laminación secuencial: Cada capa interna se lamina junto con vías preformadas alineadas entre capas. Permite una gran flexibilidad en las estructuras de vías.

2) Ablación láser: Los láseres pueden eliminar selectivamente recubrimientos dieléctricos conformados para abrir conexiones de vías ciegas/enterradas donde sea necesario.

3) Grabado por plasma: El grabado por plasma a través de capas dieléctricas delgadas puede exponer selectivamente las almohadillas metálicas para abrir vías ciegas.

4) Entoldado de foto-vías: Las capas dieléctricas fotoimaginables permiten el entoldado selectivo sobre las vías, dejando aberturas solo donde se desean vías ciegas/enterradas.

El uso de cualquiera de estos procesos requiere instalaciones y procedimientos de PCB especializados cuando se trabaja con vías ciegas o enterradas. Como resultado, los costos son más altos que los de las placas multicapa estándar. Para obtener más información sobre estos pasos, visite nuestra Guía definitiva de fabricación de PCB.

Aplicaciones de vías enterradas/ciegas

● Enrutamiento denso de BGA debajo de los encapsulados, habilitado por microvías ciegas en abanico.

● Cambios de capa de señal debajo de los componentes en lugar de escapar alrededor de los componentes.

● Vías de conexión a tierra desde capas externas directamente a planos de tierra internos sin orificio pasante.

● Partición del plano de alimentación para separar la distribución de energía digital y analógica.

● Blindaje efectivo alrededor de circuitos de RF y antenas utilizando vías de tierra perimetrales.

● Interconexiones de apilamiento de placas entre PCB adyacentes en un módulo.

● Aislamiento de señal mixta entre rutas digitales y analógicas críticas.

● Interconexiones de alta densidad en tecnologías de PCB HDI, microondas y flexibles.

Costes de vías ciegas y vías enterradas

Las vías entoldadas son un tipo de vía en placas de circuito impreso (PCB) en las que los orificios de las vías se cubren o "entoldan" con una máscara de soldadura durante el proceso de fabricación de la PCB. Esto significa que los orificios de las vías están completamente recubiertos con material de máscara de soldadura, una capa protectora aplicada sobre las pistas de cobre en la PCB para evitar puentes de soldadura, cortocircuitos y otros problemas de fabricación y ensamblaje. Antes de decidir el tipo de material que se utilizará en el diseño de una placa de circuito impreso (PCB), es crucial considerar seriamente numerosos problemas distintos. Esta elección es necesaria antes de que se pueda fabricar la PCB. Tales consideraciones se han implementado en la PCB:

● La densidad requerida

● El número de capas de la placa

● La velocidad de la señal y el presupuesto disponible

● Las vías ciegas y enterradas son más adecuadas para sistemas de alta densidad con muchas capas.

Consideraciones de confiabilidad para vías ciegas y enterradas

Se deben evaluar varios factores relacionados con la confiabilidad y el ensamblaje de PCB al aplicar vías ciegas o enterradas:

Cobertura de recubrimiento: La cobertura total del recubrimiento dentro de los orificios ciegos/enterrados es crítica para la confiabilidad. Inspeccione con imágenes de rayos X.

Adhesión: El riesgo de delaminación aumenta con más interfaces creadas por la laminación secuencial.

Relleno de vías: Rellenar vías ciegas/enterradas mejora el rendimiento y la confiabilidad del ensamblaje.

Tensión: Las tensiones térmicas se concentran en las vías, lo que requiere análisis para aplicaciones de alta confiabilidad.

Inspección: Técnicas avanzadas como el microcorte o la termografía ayudan a verificar las características enterradas.

Retrabajo: Reparar redes enterradas puede ser difícil o imposible sin un desmontaje completo de la placa.

Conclusión:

En resumen, las vías ciegas y enterradas son herramientas esenciales en el arsenal del diseñador de PCB, que permiten la creación de placas compactas, de alto rendimiento y alta densidad. Sin embargo, su incorporación requiere procesos de fabricación avanzados y consideraciones de diseño para la gestión térmica, la confiabilidad, el ensamblaje y el acceso de prueba. Y pueden conllevar costos de fabricación adicionales, estas vías especializadas son indispensables para satisfacer las demandas de la electrónica moderna. Al comprender las diferencias y aplicaciones de cada tipo de vía, los diseñadores pueden optimizar sus diseños de PCB y lograr el mejor rendimiento en sus productos electrónicos.