Vie 101 Parte 1

In questo primo articolo "Vias 101", tratteremo le basi fondamentali delle vie nei progetti PCB, includendo i loro parametri caratteristici, quali vie standard dovrebbero essere utilizzate nei progetti, e parleremo brevemente delle capacità di gestione della corrente. Nella prossima parte, esamineremo il posizionamento corretto delle vie e casi d'uso speciali come le vie di trasferimento e di cucitura.

Tieni presente che ci sono molti più parametri e dettagli sulle vie nei progetti PCB di quanti ne potremo coprire in questo breve articolo. Tuttavia, l'articolo fornirà agli ingegneri di progettazione PCB principianti un buon punto di partenza per poter approfondire l'argomento. Cominciamo!

Fondamenti

Iniziamo con le basi dei via. Sappiamo che le tracce sono connessioni su un singolo piano X-Y, che partono da un punto su uno strato e terminano in un punto diverso sullo stesso strato. Tuttavia, quando vogliamo realizzare connessioni tra strati, ad esempio collegando lo strato uno allo strato tre in un PCB multistrato, dobbiamo utilizzare qualcosa chiamato via. Essenzialmente, un via è una connessione conduttiva verticale nella terza dimensione (Z) ed è utilizzato per le connessioni tra strati, permettendo a una traccia su uno strato di saltare a qualsiasi (o più) strati in un PCB.

Un altro modo di pensare a un via è considerarlo come un mini foro metallizzato.

Tenete presente che se non stiamo connettendo a un certo strato con un via, creeremo un vuoto su quello strato. Questo può causare problemi, come vedremo più avanti. L'immagine qui sotto mostra un vuoto, dove abbiamo un anti-pad nello strato che stiamo attraversando.

Parametri

Quando si parla di vie, abbiamo alcuni parametri principali che le definiscono. L'immagine sottostante mostra una tipica via passante, definita dalla dimensione del pad P (il diametro totale della via) e da una dimensione del foro D.

La dimensione del foro deve sempre essere inferiore a quella del pad, ed è limitata dal rapporto di aspetto (il rapporto tra lo spessore del PCB e la dimensione del foro). Questo è un problema di produzione e dipende dallo spessore della tua scheda. - Più spessa è la tua scheda, in generale, maggiore sarà la dimensione del foro necessaria.

Inoltre, se sottraiamo il diametro del foro D dalla nostra dimensione del pad P e dividiamo quel numero per due, otteniamo la dimensione dell'anello anulare. Sia la dimensione del foro che la dimensione dell'anello anulare sono importanti parametri di produzione.

Tipicamente, senza aggiungere costi, la dimensione minima del foro è di 0,25 mm e quella minima dell'anello anulare è di 0,15 mm. Tuttavia, è importante che ci teniamo lontani dai minimi se possiamo evitare di farlo. Quando si tratta di produttori di PCB, molti offriranno capacità più avanzate, per esempio fori di 0,1 mm (solitamente laser). Tenete presente che ciò aggiunge costi.

Quando dimensioni le tue vie, oltre alle dimensioni del trapano, alle dimensioni del pad e agli anelli anulari, ci sono molti altri parametri che compongono una via. Ad esempio:

• Tenting: Copertura della via con una maschera di saldatura. Tipicamente senza costi aggiuntivi.
• Riempimento: Riempimento con resina o materiale conduttivo, utile per la tecnologia via-in-pad. Questo comporterà un costo aggiuntivo.
• Tipo: In questo articolo, stiamo esaminando le vie passanti (le più facili da produrre e le più comuni). Tuttavia, esistono altri tipi come micro, cieche e sepolte, solo per citarne alcuni. Questi sono argomenti per articoli futuri.

Parametri Raccomandati

È difficile fornire raccomandazioni generali per i parametri delle vie. I parametri che dovresti utilizzare nel tuo progetto dipendono fortemente dallo scenario. Ad esempio, se stai realizzando il routing di un BGA a passo molto fine, le tue esigenze per le vie saranno completamente diverse rispetto al routing di una scheda esclusivamente con componenti through-hole audio.

In termini di costi, un piccolo diametro di foratura (solitamente tutto ciò che è inferiore a 0,2 mm) comporterà tipicamente un aumento del costo di produzione del PCB e una minore resa. Con resa si intende che forse il 90% dei PCB prodotti funzionerà, e il 10% sarà difettoso.

Lo stesso vale per un piccolo anello angolare (circa 0,1 mm). Anche in questo caso, il costo di produzione del PCB aumenterà e la resa diminuirà.

"Quale dimensione di via dovrei usare?" Ricevo spesso questa domanda), e come via di scopo generale posso raccomandare le seguenti dimensioni:

• Grande: pad di 0,7 mm, foratura di 0,3 mm
• Medio: pad di 0,6 mm, foratura di 0,25 mm
• Piccolo: pad di 0,5 mm, foratura di 0,2 mm

Di nuovo, questa è una linea guida generale, e le dimensioni effettive della via dipenderanno dallo scenario specifico.

Capacità di Gestione della Corrente

Quando discutiamo di vie, dobbiamo anche pensare - come per le tracce - alle capacità di gestione della corrente. Le tracce possono gestire una certa quantità di corrente per un dato aumento di temperatura, e le vie non sono diverse.

Come regola generale, un via di dimensioni "standard" può sopportare circa 1,5 A per un aumento di temperatura di 20 gradi Celsius. Se è necessario gestire una corrente maggiore, ad esempio nei driver del motore di un ESC, dobbiamo semplicemente utilizzare vias paralleli della stessa dimensione. Al contrario, per le tracce dobbiamo semplicemente allargare la traccia. Tuttavia, aumentare le dimensioni del foro e del pad per un via aumenta solo marginalmente le capacità di gestione della corrente, ma mettere in parallelo i vias aiuta a ridurre l'induttanza e migliora le prestazioni termiche.

In questo articolo abbiamo coperto le basi assolute dei vias. La prossima volta, esamineremo il posizionamento dei vias, il trasferimento e il punto di cucitura dei vias.