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Vía (electrónica)

Diferentes tipos de vías:
( 1 ) Agujero pasante .
( 2 ) Vía ciega.
( 3 ) Vía enterrada.
Las capas grises y verdes no son conductoras, mientras que las capas delgadas anaranjadas y las vías rojas son conductoras.

Una vía (del latín "camino" o "vía") es una conexión eléctrica entre dos o más capas metálicas de una placa de circuito impreso (PCB) o un circuito integrado . Básicamente, una vía es un pequeño orificio perforado que atraviesa dos o más capas adyacentes; el orificio está recubierto de metal (a menudo cobre) que forma una conexión eléctrica a través de las capas aislantes.

Las vías son una preocupación importante en la fabricación de PCB. [1] Como estructuras verticales que cruzan múltiples capas, se especifican de manera diferente a la mayoría del diseño, lo que aumenta la posibilidad de errores. Imponen las demandas más estrictas en el registro (qué tan cerca están alineadas las diferentes capas). Se fabrican con herramientas diferentes a las de otras características, herramientas que normalmente tienen tolerancias más flexibles. Si el orificio o alguna capa está ligeramente fuera de lugar, se pueden realizar las conexiones eléctricas incorrectas; esto puede no ser visible desde la superficie. Después de perforar el orificio, también debe revestirse con material conductor, en lugar de simplemente dejar el material conductor en su lugar sobre las capas de cobre. Incluso una placa inicialmente buena puede desarrollar problemas más tarde porque la vía reacciona al calor de manera diferente al sustrato que la rodea. Las vías también representan una discontinuidad en la impedancia eléctrica , lo que puede causar problemas para la integridad de la señal .

En placas de circuito impreso

Gráfico de capacidad de corriente de PCB que muestra un recubrimiento de 1 mil de capacidad de corriente y resistencia versus diámetro en una PCB de 1,6 mm.

En el diseño de placas de circuito impreso (PCB), una vía consiste en dos almohadillas en posiciones correspondientes en diferentes capas de cobre de la placa, que están conectadas eléctricamente por un orificio que atraviesa la placa. [ cita requerida ] El orificio se hace conductor mediante galvanoplastia , o se reviste con un tubo o un remache . [ cita requerida ] Las PCB multicapa de alta densidad pueden tener microvías : las vías ciegas están expuestas solo en un lado de la placa, mientras que las vías enterradas conectan capas internas sin estar expuestas en ninguna de las superficies. Las vías térmicas alejan el calor de los dispositivos de potencia y normalmente se utilizan en conjuntos de aproximadamente una docena. [ 2 ] [ 3 ]

Una vía consta de:

  1. Barril: tubo conductor que llena el orificio perforado
  2. Almohadilla: conecta cada extremo del cañón al componente, plano o traza.
  3. Antipad: orificio de paso entre el cañón y la capa metálica a la que no está conectado
Raspberry Pi Pico con orificios almenados

Una vía, a veces llamada PTV o plated-through-via, no debe confundirse con un orificio pasante chapado (PTH). Una vía se utiliza como una interconexión entre capas de cobre en una PCB, mientras que el PTH generalmente se hace más grande que las vías y se utiliza como un orificio chapado para la aceptación de cables de componentes, como resistencias que no son SMT, condensadores y circuitos integrados de encapsulado DIP. Los PTH también se pueden utilizar como orificios para conexión mecánica, mientras que las vías no. Otro uso del PTH se conoce como orificio almenado donde el PTH se alinea en el borde de la placa de modo que se corta por la mitad cuando la placa se fresa fuera del panel; el uso principal es permitir que una PCB se suelde a otra en una pila, actuando así como un sujetador y también como un conector. [4]

En la figura de la derecha se muestran tres tipos principales de vías. Los pasos básicos para hacer una PCB son: hacer el material del sustrato y apilarlo en capas; perforar a través del revestimiento de las vías; y crear patrones de trazas de cobre mediante fotolitografía y grabado. Con este procedimiento estándar, las posibles configuraciones de vías se limitan a agujeros pasantes. [a] Las técnicas de perforación controladas por profundidad, como el uso de láseres, pueden permitir tipos de vías más variados. Los taladros láser también se pueden utilizar para agujeros más pequeños y posicionados con mayor precisión que los que producen los taladros mecánicos. La fabricación de PCB generalmente comienza con un llamado núcleo, una PCB básica de doble cara. Las capas más allá de las dos primeras se apilan a partir de este bloque de construcción básico. Si se apilan dos capas más consecutivamente desde la parte inferior del núcleo, puede tener una vía 1-2, una vía 1-3 y un agujero pasante . Cada tipo de vía se realiza perforando en cada etapa de apilamiento. Si una capa se apila sobre el núcleo y otra se apila desde la parte inferior, las posibles configuraciones de vías son 1-3, 2-3 y agujero pasante. El usuario debe recopilar información sobre los métodos de apilamiento permitidos por el fabricante de la placa de circuito impreso y las posibles vías. En el caso de las placas más económicas, solo se realizan orificios pasantes y se coloca un antipad (o espacio libre) en las capas que se supone que no deben estar en contacto con las vías.

Código Penal 4761

IPC 4761 define los siguientes tipos de vía:

Comportamiento de fracaso

Si están bien hechas, las vías de PCB fallarán principalmente debido a la expansión y contracción diferencial entre el revestimiento de cobre y la PCB en la dirección fuera del plano (Z). Esta expansión y contracción diferencial inducirá fatiga cíclica en el revestimiento de cobre, lo que eventualmente resultará en la propagación de grietas y un circuito eléctrico abierto. Varios parámetros de diseño, materiales y ambientales influirán en la velocidad de esta degradación. [5] [6] Para garantizar la solidez de las vías, IPC patrocinó un ejercicio de todos contra todos que desarrolló una calculadora de tiempo hasta la falla. [7]

Vías en circuitos integrados

En el diseño de circuitos integrados (CI), una vía es una pequeña abertura en una capa de óxido aislante que permite una conexión conductora entre diferentes capas. Una vía en un circuito integrado que pasa completamente a través de una oblea o matriz de silicio se denomina vía a través del chip o vía a través del silicio (TSV). Las vías a través del vidrio ( TGV ) han sido estudiadas por Corning Glass para el encapsulado de semiconductores, debido a la pérdida eléctrica reducida del vidrio en comparación con el encapsulado de silicio. [8] Una vía que conecta la capa más baja de metal a la difusión o al poli se denomina típicamente "contacto".

Galería

  • Agujeros pasantes en placa en un tablero multicapa (ampliados)
    Agujeros pasantes en placa en un tablero multicapa (ampliados)
  • Recubrimiento de doble capa en CAD. Las vías permiten la colocación de EDA. Capa inferior: roja Capa superior: azul
    Recubrimiento de doble capa en CAD. Las vías permiten la colocación de EDA .
    Capa inferior: roja
    Capa superior: azul
  • Recubrimiento de agujeros recubiertos: Arriba – Capa superior Abajo – Capa inferior
    Recubrimiento de agujeros recubiertos:
    Arriba – Capa superior
    Abajo – Capa inferior
  • Sección transversal de una vía multicapa
    Sección transversal de una vía multicapa
  • Los pequeños círculos metálicos son vías
    Los pequeños círculos metálicos son vías
  • Vías llenas sin orificio visible
    Vías llenas sin orificio visible

Véase también

Notas

  1. ^ Orificios pasantes por núcleo. Es posible, aunque más costoso, crear vías ciegas o enterradas utilizando núcleos adicionales y pasos de laminación. También es posible perforar y quitar el revestimiento de un lado hasta la capa deseada, lo que deja el orificio físico como un orificio pasante, pero crea el equivalente eléctrico de una vía ciega. Si una PCB necesita suficientes capas para justificar vías ciegas y enterradas, probablemente también esté utilizando trazas lo suficientemente pequeñas y empaquetadas lo suficientemente apretadas como para requerir microvías (perforadas con láser).

Referencias

  1. ^ "Vias de PCB: una guía detallada". ePiccolo Engineering .
  2. ^ "Diseño de PCB: una mirada cercana a los hechos y mitos sobre las vías térmicas".
  3. ^ Gautam, Deepak; Wager, Dave; Musavi, Fariborz; Edington, Murray; Eberle, Wilson; Dunford, Willa G. (17 de marzo de 2013). Una revisión de la gestión térmica en convertidores de potencia con vías térmicas . 2013 Vigésima octava conferencia y exposición anual de electrónica de potencia aplicada del IEEE (APEC). Long Beach, California, EE. UU.: IEEE. doi : 10.1109/APEC.2013.6520276.
  4. ^ "Agujeros con almenas / Recubrimiento de bordes de PCB / Almenas". Hi-Tech Corp. 2011. Archivado desde el original el 26 de mayo de 2016. Consultado el 2 de enero de 2013 .
  5. ^ C. Hillman, Entendiendo las fallas en los revestimientos, Global SMT & Packaging – noviembre de 2013, págs. 26-28, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding_Plated_Through_Via_Failures.pdf?t=1514473946162
  6. ^ C. Hillman, Diseño y fabricación confiables de pasantes chapados, http://resources.dfrsolutions.com/White-Papers/Reliability/Reliable-Plated-Through-Via-Design-and-Fabrication1.pdf
  7. ^ "Calculadora de fatiga de orificios pasantes enchapados (PTH)". DfR Solutions . Consultado el 17 de diciembre de 2017 .
  8. ^ "Progreso y aplicación de la tecnología de paso de vidrio (TGV)" (PDF) . corning.com . Consultado el 8 de agosto de 2019 .

Lectura adicional

Enlaces externos

El Wikilibro Electrónica Práctica tiene una página sobre el tema: Disposición de PCB#Agujeros