Vías 101 Parte 1

En este primer artículo de "Vias 101", cubriremos los conceptos básicos de las vías en diseño de PCB, incluyendo sus parámetros característicos, qué vías estándar se deben usar en los diseños y hablar brevemente sobre las capacidades de manejo de corriente. En la siguiente parte, examinaremos la colocación adecuada de las vías y casos de uso especiales como las vías de transferencia y de unión.

Tenga en cuenta que hay muchos más parámetros y detalles sobre las vías en el diseño de PCB de los que podremos cubrir en este breve artículo. Sin embargo, el artículo proporcionará a los ingenieros de diseño de PCB principiantes un buen punto de partida para poder profundizar más en el tema. ¡Empecemos!

Conceptos básicos

Comencemos con los conceptos básicos de las vías. Sabemos que las pistas son conexiones en un único plano X-Y, comenzando desde un punto en una capa y terminando en un punto diferente en la misma capa. Sin embargo, una vez que queremos enrutar entre capas, por ejemplo, conectar la capa uno con la capa tres en un PCB de múltiples capas, necesitamos usar algo llamado vía. Esencialmente, una vía es una conexión conductiva vertical en la tercera dimensión (Z), y se utiliza para conexiones entre capas, permitiendo que una pista en una capa salte a cualquier capa (o múltiples capas) en un PCB.

Otra manera de pensar en una vía es considerarla como un orificio pasante miniatura.

Tenga en cuenta que si no estamos conectando a una cierta capa con una vía, crearemos un vacío en esa capa. Esto puede causar problemas, como veremos más adelante. La imagen a continuación muestra un vacío, donde tenemos un anti-pad en la capa por la que estamos pasando.

Parámetros

Cuando hablamos de vías, tenemos ciertos parámetros principales que las definen. La imagen a continuación muestra una vía pasante típica, definida por el tamaño del pad P (el diámetro total de la vía) y un tamaño de taladro D.

El tamaño del taladro siempre debe ser menor que el tamaño del pad, y está limitado por la relación de aspecto (la relación entre el grosor del PCB y el tamaño del taladro). Este es un problema de fabricación y depende del grosor de su placa. - Cuanto más gruesa sea su placa, en general, mayor será el tamaño del taladro que necesite.

Además, si restamos el diámetro del taladro D de nuestro tamaño de pad P, y dividimos ese número por dos, obtenemos el tamaño del anillo anular. Tanto el tamaño del taladro como el tamaño del anillo anular son parámetros de fabricación importantes.

Por lo general, sin añadir costos, el tamaño mínimo del taladro es de 0.25 mm y el anillo anular mínimo es de 0.15 mm. Sin embargo, es importante que nos alejemos de los mínimos si no podemos evitarlo de otra manera. Cuando se trata de fabricantes de PCB, muchos ofrecerán capacidades más avanzadas, por ejemplo taladros de 0.1 mm (generalmente láseres). Tenga en cuenta que esto añade costos.

Al dimensionar sus vías, además de los tamaños de perforación, tamaños de pad y anillos anulares, hay muchos otros parámetros que componen una vía. Por ejemplo: 

• Encapsulado: Cubrir la vía con una máscara de soldadura. Típicamente no tiene costo extra.
• Relleno: Rellenar con resina o material conductor, lo cual puede ser útil para la tecnología de vía-en-pad. Esto será un costo extra.
• Tipo: En este artículo, estamos viendo las vías pasantes (las más fáciles de producir y las más comunes). Sin embargo, hay otros tipos como micro, ciegas y enterradas, por nombrar algunos. Estos son temas para futuros artículos.

Parámetros Recomendados

Es difícil dar recomendaciones generales para los parámetros de las vías. Los parámetros que finalmente deberías usar en tu diseño dependen fuertemente del escenario. Por ejemplo, si estás trazando un BGA de paso muy fino, tus necesidades de vías serán completamente diferentes a las de trazar una placa de componentes solo de orificio pasante para audio.

En términos de costo, un tamaño de perforación pequeño (generalmente cualquier cosa menor a 0.2 mm) típicamente incrementará el costo de fabricación de PCB y disminuirá el rendimiento. Rendimiento significa que tal vez el 90% de los PCBs fabricados funcionarán, y el 10% serán defectuosos.

Lo mismo ocurre con un anillo angular pequeño (alrededor de 0.1 mm). Nuevamente, el costo de fabricación de PCB aumentará y el rendimiento disminuirá.

“¿Qué tamaño de vía debería usar?” Recibo esta pregunta a menudo‘’), y como una vía de propósito general puedo recomendar los siguientes tamaños:

• Grande: pad de 0.7 mm, perforación de 0.3 mm
• Mediano: pad de 0.6 mm, perforación de 0.25 mm
• Pequeño: pad de 0.5 mm, perforación de 0.2 mm

De nuevo, esta es una guía general, y las dimensiones reales de la vía dependerán del escenario dado.

Capacidades de Manejo de Corriente

Cuando discutimos sobre vías, también necesitamos pensar—como con las pistas—sobre las capacidades de manejo de corriente. Las pistas pueden manejar cierta cantidad de corriente para un aumento de temperatura dado, y las vías no son diferentes.

Como regla general, un via de tamaño "estándar" típico puede soportar alrededor de 1.5 A para un aumento de temperatura de 20 grados Celsius. Si se requiere más corriente que eso, por ejemplo, en los controladores de motor de un ESC, simplemente necesitamos usar vias paralelas del mismo tamaño. En contraste, para las pistas simplemente tenemos que ampliar la pista. Sin embargo, aumentar los tamaños de perforación y pad para un via solo aumenta marginalmente las capacidades de manejo de corriente, pero poner vias en paralelo ayuda a reducir la inductancia y mejora el rendimiento térmico.

En este artículo hemos cubierto los conceptos básicos absolutos de los vias. La próxima vez, examinaremos la colocación de vias, transferencia y vias de conexión.