Vias 101 Parte 1

Neste primeiro artigo "Vias 101", vamos cobrir os conceitos básicos de vias em design de PCB, incluindo seus parâmetros característicos, quais vias padrão devem ser usadas nos projetos e falar brevemente sobre capacidades de condução de corrente. Na próxima parte, examinaremos o posicionamento adequado das vias e casos de uso especiais, como vias de transferência e de costura.

Tenha em mente que existem muito mais parâmetros e detalhes sobre vias em design de PCB do que poderemos cobrir neste curto artigo. No entanto, o artigo fornecerá aos engenheiros de design de PCB iniciantes um bom ponto de partida para poder aprofundar-se no tópico. Vamos começar!

Conceitos Básicos

Vamos começar com o básico sobre vias. Sabemos que os traços são conexões em um único plano X-Y, começando de um ponto em uma camada e terminando em um ponto diferente na mesma camada. No entanto, quando queremos fazer a rotação entre camadas, por exemplo, conectando a camada um à camada três em uma PCB de múltiplas camadas, precisamos usar algo chamado via. Essencialmente, uma via é uma conexão condutiva vertical na terceira dimensão (Z) e é usada para conexões entre camadas, permitindo que um traço em uma camada salte para qualquer (ou múltiplas) camadas em uma PCB.

Outra maneira de pensar sobre uma via é considerá-la como um mini buraco passante metalizado.

Tenha em mente que, se não estamos conectando a uma certa camada com uma via, criaremos um vazio nessa camada. Isso pode causar problemas, como veremos mais tarde. A imagem abaixo mostra um vazio, onde temos um anti-pad na camada pela qual estamos passando.

Parâmetros

Ao falarmos sobre vias, temos certos parâmetros principais que as definem. A imagem abaixo mostra uma via passante típica, definida pelo tamanho do pad P (o diâmetro total da via) e um tamanho de broca D.

O tamanho da broca deve ser sempre menor que o tamanho do pad, e é limitado pela razão de aspecto (a relação entre a espessura da PCB e o tamanho da broca). Isso é um problema de fabricação e depende da espessura da sua placa. - Quanto mais espessa for sua placa, em geral, maior será o tamanho da broca necessário.

Além disso, se subtrairmos o diâmetro da broca D do nosso tamanho de pad P e dividirmos esse número por dois, obtemos o tamanho do anel anular. Tanto o tamanho da broca quanto o tamanho do anel anular são parâmetros importantes de fabricação.

Tipicamente, sem adicionar custo, o tamanho mínimo da broca é de 0,25 mm e o anel anular mínimo é de 0,15 mm. No entanto, é importante que evitemos os mínimos se de outra forma não pudermos evitar. Quando se trata de fabricantes de PCB, muitos oferecerão capacidades mais avançadas, por exemplo, brocas de 0,1 mm (geralmente a laser). Tenha em mente que isso adiciona custos.

Ao dimensionar suas vias, além dos tamanhos de broca, tamanhos de pad e anéis anulares, existem muitos outros parâmetros que compõem uma via. Por exemplo: 

• Tenting: Cobrir a via com uma máscara de solda. Geralmente não tem custo extra.
• Preenchimento: Preenchimento com resina ou material condutivo, o que pode ser útil para a tecnologia via-in-pad. Isso terá um custo extra.
• Tipo: Neste artigo, estamos olhando para through-vias (as mais fáceis de produzir e mais comuns). No entanto, existem outros tipos, como micro, cegas e enterradas, para citar alguns. Estes são tópicos para artigos futuros.

Parâmetros Recomendados

É difícil dar recomendações gerais para os parâmetros de vias. Os parâmetros que você deve usar em seu design dependem fortemente do cenário. Por exemplo, se você está roteando um BGA de pitch muito fino, suas necessidades de via serão completamente diferentes das de rotear uma placa de componentes apenas com furos passantes para áudio.

Em termos de custo, um tamanho de furação pequeno (geralmente qualquer coisa menor que 0,2 mm) normalmente resultará em um aumento do custo de fabricação da PCB e uma menor taxa de aproveitamento. Aproveitamento significando que talvez 90% das PCBs fabricadas funcionarão, e 10% serão defeituosas.

O mesmo se aplica para um anel angular pequeno (em torno de 0,1 mm). Novamente, o custo de fabricação da PCB aumentará e a taxa de aproveitamento diminuirá.

“Qual tamanho de via devo usar?” Recebo essa pergunta frequentemente‘’), e como uma via de propósito geral, posso recomendar os seguintes tamanhos:

• Grande: pad de 0,7 mm, furação de 0,3 mm
• Médio: pad de 0,6 mm, furação de 0,25 mm
• Pequeno: pad de 0,5 mm, furação de 0,2 mm

Novamente, isso é uma orientação geral, e as dimensões reais da via dependerão do cenário dado.

Capacidade de Condução de Corrente

Quando discutimos sobre vias, também precisamos pensar — assim como nas trilhas — sobre a capacidade de condução de corrente. Trilhas podem conduzir uma certa quantidade de corrente para um dado aumento de temperatura, e as vias não são diferentes.

Como regra geral, uma via de tamanho "padrão" típico pode suportar cerca de 1,5 A para um aumento de temperatura de 20 graus Celsius. Se você precisar de mais corrente do que isso, por exemplo, nos drivers de motor de um ESC, simplesmente precisamos usar vias paralelas do mesmo tamanho. Em contraste, para trilhas, simplesmente temos que alargar a trilha. No entanto, aumentar os tamanhos de perfuração e pad para uma via apenas aumenta marginalmente as capacidades de manuseio de corrente, mas paralelar vias ajuda a reduzir a indutância e melhora o desempenho térmico.

Neste artigo, cobrimos os conceitos básicos absolutos sobre vias. Na próxima vez, examinaremos o posicionamento das vias, transferência e costura de vias.