Via-in-Pad
La tecnología Via-in-pad es muy importante para respaldar el diseño moderno de PCB de alta densidad, dada la creciente compacidad y complejidad de los dispositivos electrónicos. La tendencia hacia la miniaturización ha obligado a los fabricantes de chips a desarrollar componentes con pasos más finos, como BGA, QFN y flip chips, todos los cuales necesitan capacidades de enrutamiento más avanzadas. Para abordar estos problemas sin comprometer la integridad de la señal, los diseñadores de PCB están combinando estructuras via-in-pad plated over (VIPPO) con enfoques de diseño tradicionales. Esta integración tiene una buena capacidad de enrutamiento y permite crear placas de circuito fiables y de alto rendimiento.
¿Qué es Via-in-Pad?
Via-in-pad es una técnica de diseño de PCB en la que la vía se coloca directamente en la almohadilla del dispositivo de montaje superficial (SMD), mientras que las vías tradicionales suelen estar situadas en una zona sin componentes. Este método se utiliza normalmente en diseños de alta densidad para ahorrar espacio y simplificar el enrutamiento, ya que se acortan las rutas de las señales. Además, el rendimiento eléctrico de las placas de circuito también puede mejorarse mediante Via-in-Pad. A continuación se muestra una tabla comparativa entre las vías en pad y las vías tradicionales en diversos aspectos:
Via-in-pad a vías tradicionales
A continuación se muestra una tabla comparativa entre las vías en pad y las vías tradicionales en diversos aspectos:
| Aspecto | Vías tradicionales | Via-in-pad |
|---|---|---|
| Ubicación | Áreas sin componentes de la PCB | Directamente en las almohadillas SMD |
| Método de conexión | Requiere trazas separadas para conectar las almohadillas | Conexión directa entre la almohadilla y la vía |
| Enfoque de enrutamiento | Pasa por áreas sin componentes, se conecta a trazas en el otro lado | Permite conexiones directas a capas internas o inferiores |
| Uso del espacio | Consume espacio adicional de la PCB para la colocación de vías y el enrutamiento de trazas | Maximiza el espacio al eliminar las áreas de exclusión de vías |
| Requisitos de fabricación | Tecnología estándar de orificios pasantes, bien establecida | Requiere procesos especializados de relleno y recubrimiento |
Proceso de relleno de vías en almohadilla
Normalmente se utiliza epoxi no conductor para rellenar las vías en las vías en almohadilla y, una vez rellenadas, las vías se tapan y se recubren. Esto evita que la soldadura se filtre en la vía durante la reflujo, lo que puede provocar juntas de soldadura poco fiables o incluso cortocircuitos. Al rellenar la vía por completo, se evitan los huecos y se mejora la uniformidad del recubrimiento.
Cabe mencionar que este proceso es diferente al de la cubierta de vías, en el que la capa de máscara de soldadura simplemente cubre la vía sin rellenarla. La cubierta podría impedir el flujo de soldadura hasta cierto punto, pero no ofrece la misma fiabilidad estructural y calidad de soldadura que las vías rellenas y tapadas.
Algunos diseños de vía en almohadilla pueden utilizar material conductor, como el cobre, para rellenar la vía y proporcionar una conexión eléctrica directa entre la vía y la almohadilla. Esto no requiere un trazado adicional de las pistas y se reduce el tamaño total de la PCB, lo que acorta las rutas de señal y mejora la integridad de la señal.
Ventajas y desventajas de via-in-pad
Las vías en almohadilla tienen importantes ventajas en los diseños de PCB de alta densidad y alto rendimiento, pero presentan algunas dificultades de fabricación. A continuación se enumeran sus ventajas y desventajas:
Ventajas
- Maximizar el uso del espacio de la PCB: en este método, las vías se pueden colocar directamente debajo de las almohadillas SMD, de modo que se aprovecha al máximo el espacio de la superficie de la placa.
- Mejor rendimiento térmico: Via-in-pad ayuda a mejorar la disipación del calor y a mantener las temperaturas de los componentes dentro de un rango limitado. Esto es muy importante en PCB de alta potencia.
- Rendimiento mejorado de la PCB: Cada vía genera inductancia y resistencia que ralentizan el flujo de corriente. Estas impedancias eléctricas afectan negativamente a la funcionalidad de la PCB. Cuando se utiliza la tecnología via in pad, se reduce la ruta de suministro de energía, lo que mejora significativamente su rendimiento.
Desventajas
Complejidad del proceso: el proceso de recubrimiento de vías y almohadillas puede dar lugar a una superficie irregular que requiere operaciones correctivas adicionales.
Tiempo de fabricación prolongado: después de la perforación, la vía en almohadilla tendría que rellenarse con epoxi y luego recubrirse, lo que aumentaría el tiempo total de producción.
Aumento de los gastos de fabricación: las estructuras de vías en almohadillas son complicadas y tienen múltiples pasos de procesamiento, por lo que su producción es relativamente costosa.
¿Cuándo utilizar vías en almohadillas?
Para tomar decisiones óptimas sobre el diseño de PCB, es necesario comprender cuándo es necesario utilizar vías en almohadillas y cuándo se aplicará el enfoque de enrutamiento simple.
Las vías en almohadillas son necesarias cuando:
- Espaciado estrecho entre pines: en los BGA cuyo paso de pines es inferior a 0,35 mm, el espacio entre las almohadillas es demasiado estrecho para colocar vías y trazas utilizando la técnica de fanout estándar.
- Alta densidad de pines: los componentes que tienen un gran número de pines crearían muchas trazas de fanout, lo que requiere mucho espacio de enrutamiento. El diseño de vía en almohadilla ahorra un valioso espacio de enrutamiento, ya que no es necesario utilizar espacio adicional alrededor de cada vía.
- Restricciones de enrutamiento de capas: cuando se producen restricciones de enrutamiento de capas en la misma capa, la vía en almohadilla sirve como una forma de conectarse a las capas de enrutamiento internas o a la capa inferior, que tiene más espacio de enrutamiento.
El via-in-pad NO es necesario cuando:
- Para componentes BGA con baja densidad de pines y un paso de pines superior a 0,35 mm, es posible realizar un enrutamiento fanout estándar con vías entre las almohadillas de soldadura. No es necesario utilizar via-in-pad.
- Especificaciones del fanout BGA estándar:
- Diámetro de la vía: 0,15-0,2 mm
- Ancho de traza: 3-4 mil
- El ancho de los anillos anulares está entre 0,3 y 0,4 mm.
- Estos parámetros se pueden utilizar para realizar un enrutamiento normal sin tener que utilizar la tecnología de vía en almohadilla.
Directrices para el enrutamiento con via-in-pad
Con el fin de minimizar las dificultades de producción, limitar los costes y mantener la fiabilidad a largo plazo, hay ciertas reglas generales que se deben observar al emplear vías en almohadilla en el diseño de PCB, especialmente en dispositivos de montaje superficial:
- Coloque, tape y rellene estos componentes de acuerdo con las sugerencias del fabricante para garantizar la compatibilidad y una calidad de soldadura constante.
- Cuando se utilicen microvías, deben colocarse en una sola capa de la PCB, a fin de garantizar la integridad estructural y facilitar la fabricación.
- Nunca deje el lado sin componentes de la vía sin máscara de soldadura, ya que esto los expondría al entorno.
- No deje ninguna vía abierta a menos que no haya otra opción disponible, ya que el cobre desnudo puede oxidarse, lo que hace que la PCB sea menos fiable y acorta su vida útil.
- Diseñe el tamaño de la almohadilla de acuerdo con el diámetro de la vía y cumpla con los requisitos de anillo anular de clase 2 o 3 de IPC, asegurando la creación adecuada de la unión soldada y el aislamiento eléctrico.
- Rellene y planifique completamente las vías (rellenas de epoxi o cobre) para obtener una superficie plana, lo cual es fundamental para una colocación fiable de BGA.
- Con los diseños de vía en almohadilla, a veces se puede omitir el taponado de vías debajo de los componentes, ya que el propio componente puede detener la absorción de la soldadura.
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