Uso de la tecnología vía en pad (Via-in-Pad): Lo que necesita saber, pautas de diseño y más…

En el diseño de PCB (placas de circuito impreso) multicapa, las vías son elementos esenciales que conectan las distintas capas de la placa. A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más compactos y complejos, los diseñadores tienen que recurrir a tecnologías avanzadas para aprovechar mejor el espacio de la placa y mejorar su rendimiento. Una de ellas es la tecnología de vía en pad, cada vez más habitual en los diseños de PCB de alta densidad y alto rendimiento. En este artículo verás los fundamentos de la vía en pad, algunas pautas para aplicarla y los casos en los que más te conviene usarla.

Las vías en el diseño de PCB

Las vías son caminos conductores que permiten conectar eléctricamente las distintas capas de una PCB. Normalmente se hacen taladrando la placa y metalizando después el interior del taladro con un material conductor.

Tipos de vías

1. Vías pasantes

Atraviesan todo el espesor de la PCB y conectan todas las capas. Son el tipo más habitual y se usan para fines generales.

2. Vías ciegas

Estas vías conectan una capa exterior de la PCB con una o varias capas interiores, pero no atraviesan toda la placa. Se usan en diseños de alta densidad para ahorrar espacio.

3. Vías apiladas

Se taladran y se metalizan antes de apilarse unas sobre otras. Requieren más pasos de fabricación que las vías escalonadas.

4. Vías escalonadas

Conectan distintas capas de la PCB, pero no están en contacto entre sí: cada una va desplazada respecto a la de la capa contigua.

5. Vías enterradas

Conectan solo capas interiores de la PCB y no se ven desde las capas exteriores. Se usan para aprovechar al máximo la superficie disponible para colocar componentes.

6. Microvías

Las microvías son vías muy pequeñas que se usan normalmente en las PCB HDI (interconexión de alta densidad). Se hacen mediante taladrado láser y pueden conectar capas contiguas o varias capas en configuraciones apiladas.

¿Qué es una vía en pad?

La vía en pad (via-in-pad) es una tecnología en la que la vía se coloca directamente en el pad de un componente, en lugar de en el espacio entre pads. Así se reducen la inductancia y la resistencia de la conexión, se mejora la integridad de señal y se ahorra espacio en la placa. La vía en pad es especialmente útil en diseños con transmisión de señales de alta velocidad y alta frecuencia.

¿Cuándo usar vías en pad en tu diseño?

La tecnología de vía en pad es ventajosa en varios casos:

● PCB de interconexión de alta densidad (HDI)

Estas PCB tienen más densidad de conexiones por unidad de superficie, así que necesitan una tecnología que ahorre espacio, como la vía en pad.

● Dispositivos de tamaño reducido

Dispositivos como los smartphones y los wearables se benefician de la vía en pad, porque permite diseños más compactos y eficientes.

● Mejor rendimiento eléctrico

La vía en pad puede mejorar la integridad de señal porque acorta el recorrido y reduce las inductancias y capacidades parásitas.

Aspectos de diseño

1. Elección de materiales

Elige materiales con unas propiedades dieléctricas adecuadas para garantizar la integridad de señal y un buen comportamiento térmico.

2. Gestión térmica

Usa vías térmicas adecuadas para disipar bien el calor, sobre todo en aplicaciones de alta potencia.

3. Integridad de señal

Usa el menor número de vías posible para reducir las reflexiones y las pérdidas de señal. Asegúrate de que las vías están bien rellenas y tapadas para evitar que absorban la soldadura y que se formen huecos.

Aspectos de fabricación

1. Técnicas de metalizado y relleno

Usa técnicas de metalizado avanzadas, como el relleno de cobre o el relleno con epoxi conductor, para garantizar conexiones fiables y evitar problemas como los huecos.

2. Impacto en el coste

Ten en cuenta que la vía en pad puede encarecer la fabricación, porque necesita procesos de taladrado y relleno muy precisos.

3. Fiabilidad

Asegúrate de que las vías están bien rellenas y metalizadas para que resistan los ciclos térmicos y los esfuerzos mecánicos.

Problemas habituales

1. Absorción de la soldadura

Durante el montaje, la soldadura puede colarse por la vía y dejar el pad con soldadura insuficiente.

2. Huecos y grietas

Un relleno o un metalizado deficientes pueden provocar huecos y grietas que afectan a la fiabilidad de la conexión.

3. Mayor coste

Los procesos de fabricación avanzados que necesita la vía en pad pueden encarecer la placa.

Soluciones

1. Barreras de máscara de soldadura

Usa barreras de máscara de soldadura alrededor de las vías para evitar que absorban la soldadura.

2. Técnicas de relleno adecuadas

Usa métodos de relleno fiables y revisa las vías para detectar huecos y grietas.

3. Análisis de coste-beneficio

Haz un análisis de coste-beneficio a fondo para comprobar que las ventajas de la vía en pad compensan el mayor coste de fabricación.

Conclusión

La vía en pad es un avance importante en el diseño de PCB, con grandes ventajas en cuanto a ahorro de espacio, integridad de señal y rendimiento general. Si entiendes en qué casos es más útil y sigues las buenas prácticas para aplicarla, podrás aprovechar esta tecnología para diseñar PCB más eficientes y fiables. Aunque plantea algunos retos, una buena planificación y ejecución permiten resolverlos, y por eso es una herramienta muy valiosa entre las técnicas actuales de diseño de PCB.

Tradicionalmente, la vía en pad ha sido un proceso caro por los equipos y materiales especializados que necesita. Pero ahora JLCPCB la ofrece gratis en los pedidos de PCB de 6 a 20 capas.

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