Notas importantes sobre o design de vias em PCB

Um design de PCB de alta qualidade não requer apenas conceitos inovadores, mas também depende de um profundo entendimento dos processos de fabricação de PCB. O design de vias, como uma das etapas críticas no design de PCB, é crucial tanto para o desempenho do PCB quanto para a eficiência de fabricação.

As vias podem ser projetadas em qualquer tamanho?

Para responder a esta pergunta, vamos primeiro entender como os furos em um PCB são criados.  

1. Corte do Material: Os fabricantes de PCB usam máquinas de corte automáticas para fatiar grandes laminados revestidos de cobre em substratos de tamanhos específicos necessários para a produção. Antes do corte, o laminado revestido de cobre aparece como mostrado abaixo:  

2. Perfuração de Furos: Uma máquina de perfuração CNC faz furos com precisão em locais designados no laminado revestido de cobre. Como as brocas são circulares, apenas furos redondos podem ser perfurados, e furos quadrados não podem ser processados.  

Por exemplo, se você colocar uma bola de pingue-pongue circular em um canto reto, haverá uma lacuna entre a parte curva da bola e o canto. Esta lacuna pode ser entendida como o chamado "ângulo R". Da mesma forma, como as brocas são redondas, furos quadrados não podem ser obtidos.  

Na JLCPCB, a perfuração mecânica é usada para o processamento de PCB. As especificações das brocas aumentam ou diminuem em um mínimo de 0,05 mm, com brocas circulares variando de 0,15 mm a 6,30 mm de diâmetro. O tamanho mínimo da broca para rasgo é de 0,65 mm (para rasgos metalizados), enquanto a menor fresa para rasgo não metalizado é de 1,0 mm.  

Portanto, as vias não podem ser projetadas em tamanhos arbitrários ao projetar um PCB.  

Considerações principais para furos pequenos

Que tamanho é considerado um furo pequeno? Geralmente, furos menores que 0,3 mm são chamados de furos pequenos. Quanto menor a via, mais difícil é processá-la, especialmente ao se aproximar dos limites do processo de fabricação. Isso se relaciona a um termo da indústria chamado "razão de aspecto".  

- Razão de Aspecto: Esta é a razão entre a espessura da placa e o diâmetro da via. Quanto maior a razão de aspecto, maior a dificuldade de processamento. Em outras palavras, vias menores são mais difíceis de fabricar.  

1. Dificuldades na Eletrodeposição: À medida que os tamanhos das vias diminuem, o diâmetro menor torna mais difícil para o cobre se depositar uniformemente durante a eletrodeposição, aumentando a probabilidade de problemas como furos não condutivos ou defeituosos. Em resumo, vias menores têm uma taxa de sucesso menor para a deposição de cobre.  

Para garantir a qualidade do PCB, a JLCPCB emprega testes de baixa resistência de quatro fios para detectar as condições de revestimento de cobre nas paredes dos furos. Comparado aos métodos tradicionais, o teste de baixa resistência de quatro fios fornece maior precisão, facilitando a identificação de furos defeituosos e garantindo a confiabilidade e qualidade do produto.  

2. Baixa Eficiência de Processamento: O comprimento efetivo das brocas pequenas é menor, o que reduz o número de placas que podem ser perfuradas simultaneamente, impactando diretamente a eficiência da produção. Para evitar a quebra da broca, são necessárias taxas de avanço mais lentas e velocidades de rotação mais altas ao perfurar furos pequenos. Este processo não só aumenta o tempo de usinagem, mas também acelera o desgaste da broca.  

Portanto, no design de PCB, recomenda-se projetar tamanhos de via maiores que 0,3 mm para garantir a eficiência do processamento e custos mais baixos. Considere vias pequenas apenas quando o espaço for restrito.  

3. Problemas com o Diâmetro Externo: Ao projetar furos passantes ou furos de soldagem, é importante considerar os requisitos para os diâmetros interno e externo. Esses parâmetros afetam diretamente o processo de fabricação do PCB.  

Na JLCPCB, o diâmetro interno mínimo para placas de dupla face e multicamadas é de 0,15 mm, e o diâmetro externo mínimo é de 0,25 mm. A JLC agora pode fabricar PCBs com alta contagem de camadas, até 32 camadas. Com tecnologia proprietária de camadas ultra-altas e tecnologia de via com preenchimento de resina, a JLC pode alcançar um diâmetro mínimo de furo de 0,15 mm, uma trilha/espaçamento mínimo de 0,0762 mm e suportar centenas de estruturas de laminação. Para placas com mais de seis camadas, a tecnologia de via com preenchimento de resina e capa eletrodepositada é usada, permitindo que as vias sejam colocadas diretamente nas ilhas para uma superfície de ilha mais plana e maior espaço de roteamento.  

Além disso, se o anel anular for muito pequeno, o desalinhamento entre a perfuração e o alinhamento do filme causado por desvios do equipamento durante o processamento pode levar a furos descentralizados.  

Tal desalinhamento reduz a área efetiva da ilha, aumenta os defeitos de fabricação e pode até causar falhas de conexão elétrica. Portanto, projetar um tamanho de anel anular razoável, levando em conta as tolerâncias de fabricação, é essencial para garantir a qualidade e confiabilidade do PCB.  

Considerações de Design de Rasgos

Além dos furos pequenos, o design de rasgos não deve ser negligenciado. Os rasgos são um elemento de design essencial para alguns encapsulamentos especiais. Ao projetar rasgos, preste atenção aos dois pontos-chave a seguir:  

1. Rasgos Curtos: Rasgos curtos são os mais difíceis de processar na perfuração de PCB. Um rasgo curto é definido como aquele em que o comprimento do rasgo é menor que o dobro de sua largura. Como o comprimento do rasgo é menor que o dobro da largura, perfurar os pontos inicial e final pode fazer com que a broca fique parcialmente no substrato e parcialmente suspensa, levando a forças desiguais que causam rasgos desalinhados ou encurtados. Portanto, a relação comprimento/largura ideal recomendada para o design de rasgos é Comprimento/Largura ≧ 2,5.  

2. Rasgos Longos: Ao projetar rasgos longos, recomenda-se escolher um processo de nivelamento de solda (HASL), especialmente para rasgos com mais de 5 mm. A largura anular do rasgo deve idealmente exceder 0,3 mm (com um limite de 0,2 mm) ou usar um processo de ouro por imersão. Se a largura anular for menor que 0,3 mm, a adesão insuficiente durante o nivelamento de solda pode resultar em problemas induzidos por estresse térmico, como rupturas. Rasgos com anéis de cobre de face única também são propensos a rupturas.  

Quando os rasgos são densamente dispostos, as linhas de urdidura e trama do substrato podem ser danificadas durante a perfuração, levando a rupturas durante o nivelamento de solda. Para tais designs especiais, o processo de ouro por imersão é recomendado.  

Diferenças Entre Vias e Furos de Componentes

Em um PCB, os diâmetros dos furos são divididos em vias (Via) e furos de componentes (Pad). Suas funções e requisitos de processamento diferem e não devem ser misturados.  

- Vias (Via): Usadas principalmente para conexões de sinal entre camadas, tipicamente processadas com máscara de solda.  

- Furos de Componentes (Pad): Tipicamente projetados como furos passantes para instalação e soldagem de componentes.  

Existem dois cenários onde vias e furos de componentes podem ser misturados:  

1. Usar Erroneamente Atributos de Via para Furos Passantes Metalizados: Se as vias forem usadas erroneamente como furos passantes metalizados, a cobertura da máscara de solda pode bloquear ou obstruir os furos, impedindo a instalação adequada dos componentes.  

2. Usar Erroneamente Furos de Componentes como Vias: Se os furos de componentes forem configurados incorretamente como vias e a ordem especificar cobertura de máscara de solda, o cobre exposto dos furos de componentes será coberto pela máscara de solda, afetando a qualidade da soldagem.  

Resumo

1. As vias não podem ter tamanhos arbitrários no design de PCB.  

2. Furos menores que 0,3 mm são considerados furos pequenos. Furos menores são mais difíceis de eletrodepositar, reduzem a eficiência do processamento e podem causar problemas de alinhamento.  

3. Rasgos curtos são difíceis de processar. A relação comprimento/largura recomendada é ≥ 2,5.  

4. O design de rasgos deve garantir que a largura anular exceda 0,3 mm (limite: 0,2 mm). Se as restrições de espaço impedirem isso, use um processo de ouro por imersão.  

5. Evite misturar vias (Via) e furos de componentes (Pad).