1. Introducción a los orificios de PCB
La PCB, o placa de circuito impreso, es un componente fundamental para la creación de circuitos, donde se conectan diferentes componentes. Sin embargo, el factor más importante para el diseño y la manipulación de todos los componentes en una PCB es la creación de diferentes tipos de orificios mediante técnicas y procesos diferentes. Cada tipo de orificio tiene su propio proceso de fabricación y rendimiento. La función principal de los orificios es facilitar el montaje de los componentes en la placa, proporcionando conexiones eléctricas sólidas y fiables, así como resistencia estructural. En este tutorial, abordaremos varios tipos de orificios para PCB, importantes para un diseño y una producción precisos según las necesidades del proyecto. ¡Comencemos!
2. Tipos de orificios en PCB
2.1 Orificios pasantes chapados (PTH)
Orificios pasantes chapados, también conocidos como cobre de recubrimiento químico. Estos orificios se perforan en la placa y se recubren con cobre, un material conductor. El estaño o el oro se utilizan para recubrir el recubrimiento, lo que facilita la conexión entre las capas de la placa PCB.
La función de estos orificios es establecer conexiones eléctricas entre las diferentes capas de la placa PCB o los componentes conectados a ella. Estos orificios también ayudan a reducir la resistencia de los cables de los componentes y los cables de cobre, aumentando así la estabilidad mecánica del conjunto de la PCB.
Los orificios pasantes también son útiles para realizar conexiones fuertes entre las capas del tablero de doble cara o del tablero multicapa.
Los principales usos de los PTH son el recubrimiento de resina con cobre, el recubrimiento de cobre o el recubrimiento de cobre con diamante.
2.2 Orificios pasantes sin revestimiento (NPTH)
En este tipo de orificio de PCB, no se utiliza cobre como recubrimiento en las paredes; por lo tanto, los cilindros de los orificios no tienen propiedades conductoras ni eléctricas. Son ideales cuando la placa incluye pistas de cobre en un solo lado, pero no son una buena opción para placas multicapa, ya que el uso de estos orificios reduce el número de capas de la placa.
Sin embargo, la fabricación de estos orificios es un proceso fácil y rápido, y se utiliza para realizar orificios para la fijación de placas en el punto de trabajo. También se utilizan para tornillos o componentes tipo perno, que sirven de fijación y disipación de calor.
2.3Medios agujeros
Los semiorificios de la placa PCB, también llamados semiorificios de placa o almenados, son orificios parcialmente perforados en el borde de la placa y fresados a la mitad. Estos orificios se utilizan para soldar otra PCB a la placa principal. En resumen, conectan dos placas separadas y son la parte principal de las conexiones de componentes de alta densidad. Para la conexión Bluetooth en otra placa, se utilizan orificios pasantes chapados.
2.3 Agujeros de vía
El propósito principal de los orificios pasantes es hacer conexiones eléctricas fuertes para diferentes capas de placas PCB y también usarse para conexiones de componentes pasantes chapados, etc. La conexión de diferentes capas de placas multicapa a través de vías ayuda a facilitar el flujo de señales entre las capas y los componentes conectados.
Vias ciegas
Las vías ciegas de la placa se forman desde las capas superior o inferior hacia las capas internas y no atraviesan completamente la placa como las vías pasantes. En esta vista, no se puede ver el otro lado de la placa.
Estas vías se realizan mediante un proceso de perforación mecánica, y en ocasiones se utilizan láseres para perforar vías ciegas. Para perforar este tipo de vías, asegúrese de que sus dimensiones sean precisas. Si bien es un proceso complejo, podemos perforar vías ciegas directamente en la placa.
El uso principal de las vías ciegas es conectar una capa externa con al menos una capa interna. La relación de aspecto de estas vías es de 1:1 o superior.
Las vías ciegas son parte de la fabricación de PCB HDI, pero asegúrese de que la placa que tiene vías ciegas no siempre sea PCB HDI.
Vías enterradas
Las vías enterradas se realizan entre las capas internas de la placa PCB y no son visibles desde el exterior. Su propósito principal es conectar dos o más capas internas. Para cada nivel de conexión, defina los orificios como archivos de ejercicios separados.
La relación de aspecto para vías enterradas es de 1:12 o mayor.
Según las normas IPC, el diámetro recomendado para vías ciegas y vías enterradas no es mayor a 6 milésimas de pulgada.
Vias apiladas
Las vías apiladas son vías ciegas o enterradas que se utilizan para conectar diferentes capas de la placa para más de tres capas de circuito. Las vías apiladas consisten en dos o más vías configuradas entre sí que atraviesan varias capas de la placa.
Las vías apiladas se utilizan principalmente en placas multicapa y placas HDI. Su diseño permite que cada vía de la pila se configure con una capa interna de la placa.
La característica principal de estas vías es proporcionar conexiones eléctricas continuas en diferentes capas. En proyectos con espacio limitado y diseño complejo, se utilizan vías apiladas.
Vias escalonadas
Las vías escalonadas se forman conectando diferentes capas de la placa PCB, pero sin superponerse. Estas vías presentan muchas conexiones que no tienen una conexión directa, ya que los ejes de perforación son diferentes.
Las vías escalonadas forman un patrón en zigzag en la placa al observarla desde cualquier ángulo. Se utilizan principalmente en placas HDI y PCB multicapa.
Saltar vías
Esta vía pasa por varias capas de la placa, pero no tiene conexión eléctrica con ninguna. Las vías de salto pueden ser superpuestas, ciegas o enterradas. Estas vías son importantes para la placa HDI, ya que permiten crear circuitos compactos y complejos. Las vías de salto establecen conexiones eléctricas verticales entre las capas de la placa, lo que genera una alta densidad de componentes y reduce la longitud del recorrido de la señal.
Vías en el pad
La vía en el pad es un tipo menos común de vía en PCB. En este diseño, la vía se crea directamente debajo del pad del componente de montaje superficial, en lugar de enrutar la pista alrededor del pad. La vía conecta el pad del componente en las capas superiores con la capa interna de la placa.
Las principales ventajas de usar estas vías son que facilitan el enrutamiento y controlan la inductancia parásita. Su desventaja es que, durante el reflujo, la pasta de soldar pasa a través de las vías y afecta la soldadura en la placa de circuito impreso.
2.4 orificios de montaje
Se realizan orificios de montaje en la PCB para proporcionar puntos de fijación de la placa al chasis. Estos orificios son más grandes que los de otros tipos de placas y suelen realizarse en las esquinas. Para lograr una conexión sólida y estable entre la placa y los componentes de montaje, se aplican almohadillas de cobre alrededor de los orificios de montaje.
2.5 Agujeros avellanados y escariados
Los agujeros avellanados se utilizan para pernos o tornillos y tienen cabezas de fondo plano de mayor tamaño que los diseños de tornillos. Estos agujeros tienen dos diámetros: uno mayor en la parte superior para la cabeza del tornillo y otro menor para el cuerpo del tornillo o perno.
Los avellanadores se utilizan para aplicaciones donde los tornillos requieren cabezas cónicas. Estos agujeros se hacen en un ángulo cónico que coincide con la conicidad de la parte superior de la cabeza del tornillo, lo que ayuda a que este quede a ras de la superficie de la placa. Para realizar avellanados, se suelen utilizar brocas de 82 o 90 grados.
Imagen Agujeros avellanados y escariados
2.6 Orificios fiduciales (orificios de alineación)
Los orificios fiduciales, llamados orificios de alineación, son pequeños orificios definidos perforados en la placa que se utilizan como puntos de referencia para las herramientas de fabricación automatizada. Su función principal es proporcionar una alineación precisa en diferentes fases, como la conexión de componentes, el proceso de estarcido y las pruebas, lo que garantiza que todos los componentes de la placa estén conectados correctamente para su ensamblaje.
Imagen: Agujeros fiduciales
2.7 Tipos especiales de orificios para PCB
- Agujeros de sello
Los orificios de estampación, también llamados orificios de separación, son pequeños orificios realizados en secuencia o fila en los bordes de cada placa de circuito impreso del panel. Estos orificios se asemejan a los bordes de los sellos, por lo que se conocen como orificios de estampación. Su principal uso es la despanelización de PCB. En el proceso de despanelización, se separa una placa del panel más grande. Este proceso se utiliza para aumentar la eficiencia de la producción y reducir los costos.
3. Consideraciones sobre el diseño de orificios para PCB
Para el diseño de los orificios de la PCB se deben tener en cuenta muchos factores que se enumeran aquí.
Tamaño del orificio y relación de aspecto
El valor del tamaño del agujero se basa en las técnicas de perforación y el número de capas de la placa. La relación entre la profundidad y el diámetro del agujero se denomina relación de aspecto.
| Técnica de perforación | Mín. Diámetro del agujero | Relación de aspecto máxima |
| Perforación Mecánica | 0.2 mm | 10:1 |
| Perforación láser (microvías) | 0.075 mm | 1:1 a 1.5:1 |
| Grabado químico | ~50 micras | ~ 1: 1 |
| EDM (Descarga eléctrica) | 0.1 mm | 5:1 |
| Perforación ultrasónica | 0.2 mm | 5:1 |
Tolerancia de perforación y detalles del anillo anular
El anillo anular es una cubierta de cobre que rodea el orificio chapado. Si el ancho del anillo no es adecuado, la placa podría verse afectada por su fiabilidad.
| Tamaño del orificio (mm) | Tolerancia de perforación (± mm) | Anillo anular mínimo (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 – 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Espesor de recubrimiento para PTH y vías
El espesor del revestimiento según los requisitos de diseño proporciona una buena resistencia mecánica a la placa y conductividad eléctrica.
| Agujero | Espesor del revestimiento de cobre | Estándar |
| Orificio pasante chapado (PTH) | 25 - 50 μm | CIP-6012 |
| Microvía (HDI) | 5 - 25 μm | CIP-6016 |
| Ciego / enterrado a través de | 15 - 30 μm | CIP-6012 |
| Vías en el pad | 25 – 50 µm (relleno, chapado) | CIP-4761 |
Material
El uso de materiales para el tablero también afecta la precisión del agujero.
| Material | Función de perforación |
| FR-4 | Tiene funciones de perforación fáciles y puede manejar fácilmente todo tipo de agujeros. |
| FR-4 de alta TG | Para hacer agujeros en este material se utilizan brocas más resistentes. |
| PCB de aluminio | Para realizar agujeros en esta placa se utilizan fresadoras CNC o taladros especiales. |
| PCB de cerámica | La perforación ultrasónica o láser se utiliza para hacer agujeros en placas de cerámica. |
| PCB flexibles | Se utiliza grabado químico o perforación láser. |
4. Funciones de los orificios de PCB
Conectividad eléctrica entre capas
El uso principal de los orificios en las placas de circuito impreso (PCB) es establecer conexiones eléctricas entre las capas de la PCB. Por ejemplo, los orificios pasantes chapados ayudan a transmitir señales y potencia de un lado a otro de la placa.
Las vías ciegas, enterradas y pasantes ayudan a realizar conexiones multicapa para placas PCB HDI.
Para la transmisión de señales de alta velocidad en diferentes diseños compactos, se utilizan micro vías.
Montaje de componentes
Principalmente para la conexión de componentes en la placa se utiliza tecnología de montaje de orificios pasantes, o THT utiliza orificios pasantes para soldar e insertar los cables de los componentes en los orificios.
Los orificios para PCB también proporcionan una conexión más sólida con la placa, a diferencia de los SMT. Son ideales para conectar componentes de alta potencia, como conectores y condensadores.
Disipación de calor
Los orificios de la PCB también gestionan la disipación del calor generado por los diferentes componentes de la placa y evitan el sobrecalentamiento. Las vías térmicas ayudan a que el calor fluya desde los componentes calentados hacia el disipador. Por otro lado, las vías en el pad aumentan la disipación del calor controlando la resistencia térmica.
5. Problemas comunes con los agujeros en las PCB y cómo evitarlos
Desalineación del agujero
- En esta posición de perforación defectuosa, la perforación no se realiza según los requisitos, lo que provoca una conexión incorrecta de las almohadillas de los componentes y las capas internas. Este error se debe a desconexiones eléctricas o técnicas de soldadura inadecuadas.
- También ocurre debido a la expansión del material del tablero en el momento de la fabricación.
- Para evitar este problema, utilice marcas fiduciales en puntos definidos y utilice materiales de calidad para evitar la expansión/contracción.
- Si está trabajando con placas multicapa, utilice las funciones de verificación de alineación por rayos X.
Anillo anular insuficiente
- En este error, la almohadilla de cobre en los orificios no cumple con los requisitos o su pequeño tamaño afecta las características mecánicas y eléctricas. Como resultado, se producen circuitos abiertos o soldaduras débiles en la placa.
- Para solucionar este problema, ajuste los detalles anulares. Utilice el tamaño de pastilla adecuado para desalineaciones menores.
Agujeros de perforación superpuestos
- En este error, muchos orificios se superponen, lo que resulta en un diseño deficiente de la placa. Como resultado, se produce rotura del cobre y delaminación.
- Se produce debido a una configuración incorrecta de los orificios en el diseño de la placa.
- Utilice un espaciado adecuado entre los orificios y brocas más grandes para evitar superposiciones.
Tamaños de agujeros incorrectos
- En este error, los orificios son más grandes o más pequeños, lo que afecta la precisión de la inserción de los componentes. Esta falla afecta las características de la soldadura y las conexiones eléctricas.
- Este error se debe a un tamaño de broca incorrecto en los archivos Gerber y a un espesor de revestimiento defectuoso.
- Para resolver este problema, siga el tamaño del orificio estándar de acuerdo con el valor definido y configure el espesor del revestimiento.
Conclusión
El orificio de PCB es el componente principal para el diseño de PCB y el correcto funcionamiento en cualquier dispositivo y proyecto electrónico. Estos orificios son importantes para proporcionar la conexión eléctrica entre las diferentes capas de las placas y la resistencia mecánica. Existen diferentes tipos de orificios de PCB, como orificios pasantes no chapados, orificios pasantes chapados y orificios pasantes como vías pasantes, vías ciegas, vías enterradas, microvías, etc. Cada uno viene con sus características e importancia para el diseño y el funcionamiento de la placa PCB. Cada tipo de orificio de PCB tiene su diseño y características, pero el propósito principal utilizado en una placa es hacer conexiones eléctricas entre capas de PCB, montaje de componentes y hacer conexiones con componentes externos en la placa. Las placas PCB más antiguas vienen principalmente con orificios pasantes chapados para montar componentes de orificios pasantes, y con la alta demanda de placas de alta densidad ahora significa que los fabricantes están utilizando componentes de montaje superficial que no son orificios pasantes chapados. Para vías miniatura de alta densidad, se utilizan perforaciones con láser.
