As vias são estruturas essenciais em projectos de PCB multicamadas. Permitem ligações eléctricas entre diferentes camadas de cobre e permitem um encaminhamento compacto nos sistemas electrónicos modernos.
No entanto, vias mal concebidas podem criar sérios problemas de fabrico e fiabilidade, incluindo
- revestimento de cobre fraco
- ligações eléctricas não fiáveis
- Redução do rendimento de PCB
- aumento do custo de fabrico
Para evitar estes problemas, os engenheiros devem seguir PCB através de regras de conceção que se alinham com as capacidades reais de fabrico.
Este guia explica as considerações de design mais importantes e como optimizá-las para um fabrico fiável de PCB.
Índice
O que é uma via PCB?
A PCB via é um orifício revestido que liga camadas de cobre numa placa de circuito impresso.
As vias são normalmente criadas através dos seguintes passos:
- perfuração do furo
- deposição de revestimento de cobre no interior do orifício
- formação de ligações eléctricas entre camadas
Este processo faz parte do fluxo de trabalho padrão de fabrico de PCB descrito em: Explicação do processo de fabrico de PCB
Uma vez que as vias requerem perfuração e revestimento precisos, as suas dimensões têm de se manter dentro dos limites de fabrico.
Tipos de Vias de PCB
Dependendo da complexidade da placa de circuito impresso, são utilizadas diferentes estruturas de vias.
Furo de passagem Via
O tipo mais comum.
Caraterísticas:
- perfurado em toda a placa de circuito impresso
- liga todas as camadas
- menor custo de fabrico
- maior fiabilidade
Estas vias são amplamente utilizadas em placas multicamadas normais.
Via cega
As vias cegas ligam uma camada exterior a uma ou mais camadas interiores, mas não atravessam toda a placa.
Vantagens:
- poupa espaço de encaminhamento
- suporta layouts de alta densidade
Limitações:
- fabrico mais complexo
- Custo de fabrico mais elevado
Enterrado via
As vias enterradas ligam as camadas interiores mas não são visíveis à superfície.
Caraterísticas:
- utilizado em PCB multicamadas complexas
- requer laminação sequencial
- aumenta a complexidade do fabrico
Microvia
As microvias são vias extremamente pequenas utilizadas em PCBs HDI.
Caraterísticas típicas:
- diâmetro < 150 µm
- perfurado a laser
- estruturas empilhadas ou escalonadas
As microvias requerem processos de fabrico especializados.
As tecnologias de perfuração utilizadas na criação de vias são discutidas em: Perfuração de PCB vs Perfuração a laser
Principais regras de conceção de vias para PCB
O cumprimento de regras de conceção adequadas ajuda a garantir que as vias podem ser fabricadas de forma fiável.
1. Tamanho do orifício de passagem
O diâmetro do furo acabado é um dos parâmetros mais importantes.
Valores padrão típicos:
| Via Tipo | Tamanho típico |
|---|---|
| Padrão via | 0,2-0,4 mm |
| Pequeno via | 0,15-0,2 mm |
| Microvia | <0,15 mm |
Furos mais pequenos aumentam a dificuldade de perfuração e a complexidade da galvanização.
2. Através da relação de aspeto
O rácio de aspeto é definido como:
Espessura da placa ÷ diâmetro do furo
Exemplo:
Placa de 1,6 mm / furo de 0,3 mm = rácio de aspeto de 5,3
Limites típicos de fabrico:
| Tecnologia | Relação de aspeto |
|---|---|
| Placa de circuito impresso padrão | 8:1 - 10:1 |
| PCB avançado | até 12:1 |
Os rácios de aspeto elevados dificultam a colocação uniforme de cobre no interior do tubo da via.
A fiabilidade do revestimento de cobre é explicada em: Processo de revestimento de cobre no fabrico de PCB
3. Tamanho do anel anular
O anel anular é a área de cobre que rodeia o furo.
O anel anular mínimo assegura uma ligação eléctrica adequada.
Orientação típica:
Anel anular mínimo: 4-5 mil
Se o anel for demasiado pequeno, a tolerância de perfuração pode causar defeitos de rutura.
4. Espaçamento de via a via
Vias muito espaçadas podem causar problemas de perfuração e revestimento.
Orientação típica para o espaçamento:
Folga de via a via ≥ 8 mil
Um espaçamento adequado também evita curtos-circuitos entre as almofadas.
5. Tamanho da almofada da via
Os calços de apoio devem ser suficientemente grandes para suportar as tolerâncias de perfuração.
Relação típica:
Diâmetro da almofada = diâmetro da broca + 10-12 mil
Exemplo:
Broca de 0,3 mm → Almofada de 0,55 mm
Como conceber vias de PCB fiáveis (fluxo de trabalho prático)
Os engenheiros seguem normalmente um processo simples quando definem as estruturas via.
- Passo 1 - Determinar a densidade do encaminhamento
Os projectos de alta densidade podem exigir microvias ou vias cegas.
- Passo 2 - Escolher um tamanho de broca que possa ser fabricado
Evitar vias extremamente pequenas, exceto se necessário para projectos HDI.
Os tamanhos de broca padrão melhoram o rendimento do fabrico. - Passo 3 - Verificar o rácio de aspeto
Assegurar que o diâmetro do orifício de passagem suporta um revestimento de cobre fiável.
- Passo 4 - Manter o anel anular correto
Verificar as dimensões dos calços em relação às tolerâncias de perfuração.
- Etapa 5 - Efetuar verificações DFM
A análise DFM garante que a conceção via se adapta às capacidades de fabrico.
O processo de verificação DFM é descrito em:
→ Lista de verificação PCB DFM antes de enviar ficheiros Gerber
Erros comuns de conceção de vias para PCB
Vários erros de conceção comuns podem causar problemas de fabrico.
Utilização desnecessária de vias extremamente pequenas
As pequenas vias aumentam a dificuldade de perfuração e de revestimento.
Ignorar os limites do rácio de aspeto
Rácios de aspeto elevados podem resultar numa deposição deficiente de cobre.
Anéis anulares insuficientes
Os anéis pequenos aumentam o risco de rutura durante a perfuração.
Densidade excessiva de vias
Um número excessivo de vias pode complicar a criação de painéis e o rendimento do fabrico.
As estratégias de painelização são discutidas em: Diretrizes de design de painelização de PCB
Considerações sobre o fabrico para a fiabilidade da via
Os fabricantes profissionais de PCB analisam normalmente as estruturas de via durante a análise CAM.
Eles avaliam:
- através de tamanhos e tabelas de perfuração
- rácios de aspeto
- tolerâncias do anel anular
- requisitos de revestimento
Em fabricantes como TOPFASTAs equipas de engenharia realizam a verificação DFM antes do início do fabrico para garantir que as estruturas via cumprem as capacidades de produção e os requisitos de fiabilidade.
Conclusão
As vias são elementos fundamentais na conceção de PCB multicamadas, mas a sua fiabilidade depende em grande medida de parâmetros de conceção corretos.
Seguindo regras práticas de conceção - incluindo tamanhos de orifícios, rácios de aspeto, anéis anulares e espaçamento adequados - os engenheiros podem melhorar significativamente a capacidade de fabrico de PCB e a fiabilidade a longo prazo.
A coordenação adequada entre as equipas de design e os fabricantes de PCB também ajuda a garantir que as estruturas de via cumprem os requisitos eléctricos e de fabrico.
PCB via FAQ
R: Os tamanhos típicos dos orifícios de passagem variam entre 0,2 mm a 0,4 mmdependendo da complexidade do PCB e da capacidade de fabrico.
R: O rácio de aspeto é o rácio de espessura da placa para o diâmetro do orifício de passagem. A maioria dos PCB normais mantém rácios inferiores a 10:1 para garantir um revestimento fiável.
R: Os rácios de aspeto elevados dificultam a colocação uniforme de cobre no interior do orifício, o que pode causar problemas de fiabilidade eléctrica.
R: As microvias são fiáveis quando concebidas corretamente, mas requerem processos de fabrico de HDI especializados e são mais caras do que as vias normais.