1. Introducció als forats de PCB
Una placa de circuit imprès o PCB és un component o bloc de construcció molt important per a la creació de circuits en què es connecten diferents components del circuit. Però el factor més important per al disseny i la manipulació de tots els components de la placa PCB és que els diferents tipus de forats es fan mitjançant diferents tècniques i processos. Cada tipus de forat té el seu propi procés de fabricació i rendiment de funcionament. La funció principal dels forats és facilitar el muntatge dels components a la placa, proporcionant connexions elèctriques fortes i fiables i resistència estructural per a la placa PCB. En aquest tutorial, tractarem diversos tipus de forats de PCB que són importants per al disseny i la producció precisos de PCB segons les demandes del projecte. Així que comencem!
2. Tipus de forats de PCB
2.1 Forats passants xapats (PTH)
Forats passants recoberts, també coneguts com a coure recobert sense electròlits. Aquests forats es perforen a través de la placa i es revesteixen amb l'ajuda de coure, que és un material conductor. L'estany o l'or s'utilitzen per al revestiment, que ajuda a fer la connexió entre les capes de la placa PCB.
La funció d'aquests forats és fer connexions elèctriques entre diferents capes de la placa PCB o components connectats a la placa. Aquests forats també són útils per proporcionar baixa resistència als cables dels components i als cables de coure i augmentar l'estabilitat mecànica del muntatge de la PCB.
Els forats xapats també són útils per fer connexions fortes entre la placa de doble cara o les capes de placa multicapa.
Els principals usos dels PTH són el recobriment de resina de coure, el recobriment de coure o el recobriment de coure de diamant.
2.2 Forats passants no revestits (NPTH)
En aquest tipus de forat de PCB, no s'utilitza coure com a recobriment a les parets del forat; com a resultat, els cilindres de forats no tenen una naturalesa conductora ni característiques elèctriques. És millor utilitzar-los quan la placa té pistes de coure en un sol costat, però no són una bona opció per a plaques de múltiples capes, ja que l'ús d'aquests forats redueix el nombre de capes de la placa.
Tanmateix, la fabricació d'aquests forats és un procés fàcil i ràpid i s'utilitza per a la fabricació de forats per a la fixació de plaques al punt de treball. També es fan per a cargols o components semblants a perns, per fixar-los i utilitzar-los com a dissipador de calor per a la dissipació de la calor.
2.3Migs forats
Els forats de la placa PCB, també anomenats forats de placa o forats almenats, es perforen parcialment a través de forats fets a la vora de la placa, i aquests forats es fresen a la meitat. Aquests forats s'utilitzen per soldar una altra PCB a la placa principal. En paraules senzilles, fan la connexió entre dues plaques separades i són la part principal de les connexions de components d'alta densitat. Per a la connexió de Bluetooth en una altra placa, s'utilitzen forats xapats.
2.3 Forats de via
El propòsit principal dels forats de via és fer connexions elèctriques fortes per a diferents capes de plaques PCB i també ser utilitzats per a connexions de components de forats passants xapats, etc. La connexió de diferents capes de plaques multicapa a través de vies ajuda a facilitar el flux de senyal entre les capes i els components connectats.
Vias cegues
Les vies cegues de la placa es fan des de les capes superiors o inferiors fins a les capes interiors i no passen completament per la placa com les vies travessades xapades. En aquesta vista, no podem veure l'altra cara de la placa.
Aquestes vies es fabriquen mitjançant un procés de perforació mecànica, i de vegades s'utilitzen làsers per perforar vies cegues. Per perforar aquests tipus de vies, assegureu-vos de les seves dimensions exactes. O bé és un procés difícil, però podem perforar vies cegues directament a la placa.
L'ús principal de les vies cegues és fer una connexió a una capa externa amb un mínim d'una capa interna. La relació d'aspecte d'aquestes vies és d'1:1 o més gran.
Les vies cegues formen part de la fabricació de PCB HDI, però assegureu-vos que la placa que té vies cegues no sigui sempre PCB HDI.
Vies enterrades
Les vies enterrades es fan entre les capes internes de la placa PCB i no es veuen des del costat extern de la placa. L'objectiu principal d'aquestes vies és fer connexions entre 2 o més capes internes. Per a cada nivell de connexió, defineix els forats com a fitxers de perforació separats.
La relació d'aspecte per a les vies enterrades és d'1:12 o més gran.
Segons els estàndards de l'IPC, el diàmetre recomanat per a vies cegues i vies enterrades no és superior a 6 mil·límetres.
Vias apilades
Les vies apilades són vies cegues o vies enterrades que s'utilitzen per fer connexions entre diferents capes de plaques per a més de tres capes de circuits. Les vies apilades vénen amb dues o més vies configurades una sobre l'altra que travessen moltes capes de plaques.
Els principals usos de les vies apilades són en plaques multicapa i també en plaques HDI. El disseny de les vies apilades és tal que cada via de la pila està configurada amb una capa interna de la placa.
La característica principal d'aquestes vies és proporcionar connexions elèctriques contínues en diferents capes. Els projectes on l'espai és limitat però amb un disseny complex s'utilitzen vies apilades.
Vies esglaonades
Les vies esglaonades es fan quan diferents vies de capes de placa PCB estan connectades però no se superposen. Les vies esglaonades vénen amb moltes vies en aquestes connexions que no tenen una connexió directa, ja que els eixos de perforació són diferents.
Les vies esglaonades formen un patró en ziga-zaga a la placa quan la mirem des de qualsevol costat. Els principals usos de les vies esglaonades són en plaques HDI i PCB multicapa.
Omet les vies
Aquesta via passa per moltes capes de la placa però no té cap connexió elèctrica amb cap capa. Les vies saltades poden ser vies superposades, vies cegues o vies enterrades. Aquestes vies són importants per a la placa HDI per fer circuits compactes i complicats. Les vies saltades fan connexions elèctriques verticals entre les capes de la placa que fan un empaquetament dens dels components i redueixen la longitud del camí del senyal.
Vias-in-Pad
La via al pad és un tipus menys comú de vies de PCB, i en aquest disseny, la via es fa directament sota el pad del component de muntatge superficial en lloc de passar el rastre al voltant del pad. A través de la connexió del pad del component a les capes superiors amb la capa interior de la placa.
Les principals característiques que ajuden a utilitzar aquestes vies són que proporcionen un enrutament fàcil i controlen la inductància paràsita. El seu desavantatge és que en el moment de la refusió, la pasta de soldadura passa a través de les vies i afecta la soldadura a la placa de circuit imprès.
2.4 forats de muntatge
Els forats de muntatge es fan a la placa de circuit imprès (PCB) per proporcionar punts per muntar la placa amb el xassís. Aquests forats tenen mides més grans que altres tipus de forats de placa i normalment es fan a les cantonades de la placa. Per fer una connexió forta i estable entre la placa i els components de muntatge, s'apliquen coixinets de coure al voltant dels forats de muntatge.
2.5 Forats avellanats i avellanats
Els forats avellanats es fan per a perns o cargols i vénen amb caps de fons pla que tenen una mida més gran en comparació amb els dissenys de cargol. Aquests forats vénen amb forats de 2 diàmetres, un diàmetre més gran a la part superior per manipular el cap del cargol i un diàmetre petit per tenir un cos de cargol o pern.
Els avellanats s'utilitzen per a aplicacions on els cargols necessiten tenir caps cònics. Aquests forats es fan en un angle cònic que s'ajusta a la conicitat de la part superior del cap del cargol, cosa que ajuda el cargol a quedar a ras de la superfície de la placa. Per fer avellanats, normalment s'utilitzen broques de 82 o 90 graus.
imatge Forats avellanats i avellanats
2.6 Forats fiducials (forats d'alineació)
Els forats fiducials, anomenats forats d'alineació, són forats petits i definits que es tallen a la placa i que s'utilitzen com a punts de referència per a eines de fabricació automatitzades. La seva característica principal és proporcionar una alineació precisa en moments de diferents fases, com ara la connexió de components, el procés de plantilla i les proves, que garanteixen que tots els components de les plaques estiguin connectats amb precisió per al muntatge de la placa.
Imatge: Forats fiducials
2.7 Tipus especials de forats per a PCB
- Forats de segell
Els forats per estampar, també anomenats forats de separació, són forats petits fets en seqüència o fila amb les vores de cada placa de circuit del panell. Aquests forats semblen les vores dels segells, per això es coneixen com a forats per estampar. L'ús principal d'aquests forats és per a la despanelització de PCB. En el procés de despanelització, una sola placa se separa del panell més gran. Aquest procés s'utilitza per augmentar l'eficiència de la producció i reduir les despeses.
3. Consideracions sobre el disseny de forats de PCB
Cal tenir en compte molts factors per al disseny del forat de la PCB, que s'enumeren aquí.
Mida del forat i relació d'aspecte
El valor de la mida del forat es basa en les tècniques de perforació i el nombre de capes de la placa. La relació entre la profunditat del forat i el diàmetre del forat s'anomena relació d'aspecte.
| Tècnica de perforació | Min. Diàmetre del forat | Relació d'aspecte màxima |
| Perforació mecànica | 0.2 mm | 10:1 |
| Perforació làser (Microvies) | 0.075 mm | 1: 1 to 1.5: 1 |
| Gravat químic | ~50 µm | ~ 1: 1 |
| EDM (descàrrega elèctrica) | 0.1 mm | 5:1 |
| Perforació ultrasònica | 0.2 mm | 5:1 |
Tolerància de perforació i detalls de l'anell anular
L'anell anular és de coure que cobreix el forat xapat. Si l'anell no té l'amplada adequada, això causa problemes per a la fiabilitat de la placa.
| Mida del forat (mm) | Tolerància de trepant (± mm) | Anell anular mínim (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Gruix de xapat per a PTH i vies
El gruix del recobriment segons els requisits de disseny proporciona una bona resistència mecànica a la placa i conductivitat elèctrica.
| Forat | Gruix del recobriment de coure | Estàndard |
| Forat passant xapat (PTH) | 25 – 50 µm | IPC-6012 |
| Microvia (HDI) | 5 – 25 µm | IPC-6016 |
| Via cega/enterrada | 15 – 30 µm | IPC-6012 |
| Vias-in-Pad | 25 – 50 µm (omplert, xapat) | IPC-4761 |
material
L'ús de materials per a la placa també afecta la precisió del forat
| material | Funció de perforació |
| FR-4 | Té funcions de perforació fàcils i pot gestionar fàcilment tot tipus de forats |
| FR-4 d'alt TG | Per fer forats en aquest material s'utilitzen broques més fortes |
| PCB d'alumini | Per fer forats en aquesta placa s'utilitzen fresats CNC o trepants especials. |
| PCB de ceràmica | La perforació per ultrasons o làser s'utilitza per fer forats en plaques ceràmiques |
| PCB flexibles | gravat químic o perforació làser utilitzada |
4. Funcions dels forats de la PCB
Connectivitat elèctrica entre capes
L'ús principal dels forats a les plaques de circuit imprès (PCB) és fer connexions elèctriques entre les capes de la placa. Els forats passants, com ara els xapats, ajuden a transmetre el senyal i l'energia d'un costat a l'altre de la placa.
Les vies cegues, enterrades i de forat passant ajuden a fer connexions multicapa per a plaques PCB HDI.
Per a la transmissió de senyals d'alta velocitat en diferents dissenys compactes, s'utilitzen microvies.
Muntatge de components
Principalment per a la connexió de components a la tecnologia de muntatge de forats passants, o THT, utilitza forats xapats per a la soldadura i la inserció de cables de components en forats.
Els forats de la placa de circuit imprès (PCB) també fan una connexió forta amb la placa en comparació amb els SMT. Els forats són els millors per a la connexió de components d'alta potència com ara connectors i condensadors.
Dissipació de calor
Els forats de la placa de circuit imprès també gestionen la dissipació de calor generada pels diferents components de la placa i eviten el sobreescalfament. Les vies tèrmiques ajuden a fer fluir la calor dels components escalfats al dissipador de calor. Mentre que les vies del coixinet augmenten la dissipació de calor controlant la resistència tèrmica.
5. Problemes comuns amb els forats de les plaques de circuit imprès i com evitar-los
Desalineació del forat
- En aquesta posició de perforació de forats de fallada, no s'ajusta als requisits i provoca una connexió errònia dels coixinets dels components i les capes internes. Aquest error és el resultat de desconnexions elèctriques o tècniques de soldadura inadequades.
- També es produeix a causa de l'expansió del material del tauler durant la fabricació.
- Per evitar aquest problema, utilitzeu marques de confiança en punts definits i utilitzeu materials de qualitat per evitar l'expansió/contracció.
- Si treballeu amb plaques multicapa, utilitzeu les funcions de comprovació d'alineació de raigs X.
Anell anular insuficient
- En aquest error, la placa té un coixinet de coure al voltant dels forats, ja que la seva petita mida no afecta les característiques mecàniques i elèctriques. Com a resultat, es formen circuits oberts o unions de soldadura febles a la placa.
- Per solucionar aquest problema, configureu detalls anulars. Utilitzeu la mida de coixinet adequada per a desalineacions menors.
Forats superposats
- En aquest error, molts forats se superposen, cosa que fa que la placa tingui un mal disseny. Com a resultat, es produeix la ruptura i la delaminació del coure.
- Ocorre a causa d'una configuració incorrecta dels forats en el disseny de la placa.
- Utilitzeu l'espaiat adequat entre forats i broques més grans per evitar solapaments.
Mides de forats incorrectes
- En aquest error, els forats són de mida cada cop més gran i afecten la inserció precisa dels components. Aquest defecte té un impacte en les característiques de soldadura i les connexions elèctriques.
- Aquest error es deu a l'error de mida del trepant als fitxers Gerber i al gruix defectuós del xapat.
- Per resoldre aquest problema, seguiu la mida estàndard del forat segons el valor definit i configureu el gruix del xapat.
Conclusió
El forat de la placa de circuit imprès (PCB) és el component principal per al disseny de PCB i el funcionament correcte en qualsevol dispositiu i projecte electrònic. Aquests forats són importants per proporcionar la connexió elèctrica entre diferents capes de plaques i resistència mecànica. Hi ha diferents tipus de forats de PCB, com ara forats no xapats, forats xapats i forats de via com ara vies de forat passant, vies cegues, vies enterrades, microvies, etc. Cadascun té les seves característiques i importància per al disseny i el funcionament de la placa de PCB. Cada tipus de forat de PCB té el seu disseny i característiques, però l'objectiu principal utilitzat en una placa és fer connexions elèctriques entre les capes de PCB, muntar components i fer connexions amb components externs a la placa. Les plaques de PCB més antigues vénen principalment amb forats xapats per muntar components de forats passants, i amb l'alta demanda de plaques d'alta densitat ara significa que els fabricants utilitzen components de muntatge superficial que no són forats xapats. Per a vies miniatura d'alta densitat, s'utilitzen perforades amb làser.
