1. Introdução aos furos de PCB
PCB, ou placa de circuito impresso, é um componente ou bloco de construção muito importante para a criação de circuitos, nos quais diferentes componentes são conectados. Mas o fator mais importante para o projeto e manuseio de placas de circuito impresso é que todos os componentes nelas contidos são feitos com o uso de diferentes técnicas e processos. Cada tipo de furo possui seu próprio processo de fabricação e desempenho. A principal função dos furos é facilitar a montagem dos componentes na placa, proporcionando conexões elétricas fortes e confiáveis, além de resistência estrutural à placa. Neste tutorial, abordaremos vários tipos de furos para PCB que são importantes para o projeto e a produção precisos de PCBs, de acordo com as demandas do projeto. Então, vamos começar!
2. Tipos de furos em PCB
2.1 Furos passantes revestidos (PTH)
Furos passantes, também conhecidos como cobre galvanizado. Esses furos são perfurados na placa e revestidos com cobre, um material condutor. Estanho ou ouro são usados para o revestimento, que ajuda a fazer a conexão entre as camadas da placa de circuito impresso.
A função desses furos é fazer conexões elétricas entre diferentes camadas da placa de circuito impresso ou componentes conectados à placa. Esses furos também são úteis para fornecer baixa resistência aos condutores dos componentes e fios de cobre, além de aumentar a estabilidade mecânica da montagem da placa de circuito impresso.
Furos passantes também são úteis para fazer conexões fortes entre placas de dupla face ou camadas de placas multicamadas.
Os principais usos dos PTHs são em revestimento de cobre com resina, revestimento de cobre ou revestimento de cobre diamantado.
2.2 Furos passantes não revestidos (NPTH)
Neste tipo de furo de PCB, não há cobre usado como revestimento nas paredes do furo; como resultado, os cilindros do furo não têm natureza condutiva nem características elétricas. São mais adequados para placas com trilhas de cobre em um único lado, mas não são uma boa opção para placas com múltiplas camadas, pois o uso desses furos reduz o número de camadas da placa.
No entanto, a fabricação desses furos é um processo fácil e rápido, sendo utilizados para a perfuração de furos para fixação de placas no ponto de trabalho. Eles também são feitos para parafusos ou componentes semelhantes a parafusos, fixando-os e servindo como dissipador de calor.
2.3Meio buracos
Os meios furos na placa PCB, também chamados de meios furos de placa ou furos acastelados, são furos parcialmente perfurados na borda da placa, e esses furos são fresados até a metade. Esses furos são usados para soldar outra PCB na placa principal. Em termos simples, eles fazem a conexão entre duas placas separadas e são a parte principal das conexões de componentes de alta densidade. Para a conexão Bluetooth em outra placa, furos passantes são usados.
2.3 Furos de passagem
O principal objetivo dos furos de passagem é fazer conexões elétricas fortes para diferentes camadas de placas de PCB e também ser usado para conexões de componentes de furos de passagem revestidos, etc. A conexão de diferentes camadas de placas multicamadas por meio de vias ajuda a facilitar o fluxo de sinal entre camadas e componentes conectados.
Vias Cegas
As vias cegas da placa são feitas das camadas superiores ou inferiores para as camadas internas e não passam completamente pela placa como as vias revestidas. Nesta vista, não conseguimos ver o outro lado da placa.
Essas vias são feitas por meio de um processo de perfuração mecânica e, às vezes, lasers são usados para perfurar vias cegas. Para perfurar esses tipos de vias, certifique-se de que suas dimensões sejam precisas. Embora seja um processo complexo, podemos perfurar vias cegas diretamente na placa.
O principal uso das vias cegas é estabelecer uma conexão com uma camada externa com, no mínimo, uma camada interna. A proporção de aspecto dessas vias é de 1:1 ou maior.
As vias cegas fazem parte da fabricação de PCB HDI, mas certifique-se de que a placa que tem vias cegas não seja sempre uma PCB HDI.
Vias enterradas
As vias enterradas são feitas entre as camadas internas da placa PCB e não são visíveis do lado externo da placa. O principal objetivo dessas vias é fazer conexões entre duas ou mais camadas internas. Para cada nível de conexão, defina os furos como arquivos de perfuração separados.
A proporção para vias enterradas é 1:12 ou maior.
De acordo com os padrões IPC, o diâmetro recomendado para vias cegas e vias enterradas não é maior que 6 mils.
Vias empilhadas
Vias empilhadas são vias cegas ou enterradas usadas para fazer conexões entre diferentes camadas da placa para mais de três camadas de circuito. As vias empilhadas vêm com duas ou mais vias configuradas uma sobre a outra, atravessando várias camadas da placa.
Os principais usos das vias empilhadas são em placas multicamadas e também em placas HDI. O design das vias empilhadas é tal que cada via na pilha é configurada com uma camada interna da placa.
A principal característica dessas vias é fornecer conexões elétricas contínuas em diferentes camadas. Em projetos com espaço limitado, mas com design complexo, são utilizadas vias empilhadas.
Vias escalonadas
As vias escalonadas são criadas quando diferentes vias da camada da placa de circuito impresso são conectadas, mas não se sobrepõem. As vias escalonadas vêm com muitas vias nessas conexões que não têm uma conexão direta, pois os eixos de perfuração são diferentes.
As vias escalonadas formam um padrão em zigue-zague na placa quando a observamos de qualquer lado. Os principais usos das vias escalonadas são em placas HDI e PCBs multicamadas.
Pular Vias
Esta via atravessa muitas camadas da placa, mas não possui conexão elétrica com nenhuma delas. As vias de passagem podem ser sobrepostas, cegas ou enterradas. Essas vias são importantes para a placa HDI, pois permitem a criação de circuitos compactos e complexos. As vias de passagem fazem conexões elétricas verticais entre as camadas da placa, o que cria um empacotamento denso dos componentes e reduz o comprimento do caminho do sinal.
Vias-in-Pad
Via no pad é um tipo menos comum de vias de PCB e, neste design, a via é feita diretamente sob o pad do componente de montagem em superfície, em vez de rotear o traço ao redor do pad. Via a conexão do pad do componente nas camadas superiores com a camada interna da placa.
As principais características que facilitam o uso dessas vias são o roteamento fácil e o controle da indutância parasita. A desvantagem é que, no momento do refluxo, a pasta de solda passa pelas vias e afeta a soldagem na placa de circuito impresso.
2.4 orifícios de montagem
Furos de montagem são feitos na placa de circuito impresso (PCB) para fornecer pontos de fixação da placa ao chassi. Esses furos são maiores do que outros tipos de furos na placa e normalmente são feitos nos cantos da placa. Para criar uma conexão forte e estável entre a placa e os componentes de montagem, almofadas de cobre são aplicadas ao redor dos furos de montagem.
2.5 Furos escareados e rebaixados
Furos escareados são feitos para parafusos e possuem cabeças de fundo plano, maiores em comparação com os modelos de parafusos. Esses furos possuem dois diâmetros, um maior na parte superior para o manuseio da cabeça do parafuso e um menor para o corpo do parafuso.
Escareadores são usados em aplicações onde parafusos precisam ter cabeças cônicas. Esses furos são feitos em um ângulo cônico que corresponde à conicidade da parte superior da cabeça do parafuso, o que ajuda o parafuso a ficar nivelado com a superfície da placa. Para fazer escareadores, normalmente são utilizadas brocas de 82 ou 90 graus.
imagem Furos escareados e rebaixados
2.6 Furos Fiduciais (Furos de Alinhamento)
Furos de alinhamento, chamados de furos de fiducialização, são furos pequenos e definidos perfurados em placas, usados como pontos de referência para ferramentas de fabricação automatizadas. Sua principal função é fornecer alinhamento preciso em diferentes fases, como conexão de componentes, processo de estêncil e testes, garantindo que todos os componentes nas placas estejam conectados com precisão para a montagem.
Imagem: Buracos fiduciais
2.7 Tipos especiais de furos para PCB
- Buracos de carimbo
Furos de estampagem, também chamados de furos de separação, são pequenos furos feitos em sequência ou em fileiras com as bordas de cada placa de circuito do painel. Esses furos se assemelham às bordas de carimbos, por isso são conhecidos como furos de estampagem. O principal uso desses furos é para a despainelização de PCBs. No processo de despainelização, uma única placa é separada do painel maior. Esse processo é usado para aumentar a eficiência da produção e reduzir custos.
3. Considerações sobre o projeto de furos de PCB
Muitos fatores devem ser considerados no projeto de furos de PCB, os quais estão listados aqui.
Tamanho do furo e proporção da tela
O valor do tamanho do furo é baseado nas técnicas de perfuração e na contagem de camadas da placa. A relação entre a profundidade do furo e o diâmetro do furo é chamada de razão de aspecto.
| Técnica de Perfuração | Min. Diâmetro do furo | Proporção máx. de tela |
| Perfuração Mecânica | 0.2 mm | 10:1 |
| Perfuração a Laser (Microvias) | 0.075 mm | 1: 1 para 1.5: 1 |
| Ataque Químico | ~50 µm | ~ 1: 1 |
| EDM (Descarga Elétrica) | 0.1 mm | 5:1 |
| Perfuração Ultrassônica | 0.2 mm | 5:1 |
Tolerância de perfuração e detalhes do anel anular
O anel anular é revestido de cobre ao redor do furo revestido. Se não houver uma largura adequada do anel, isso pode causar problemas de confiabilidade na placa.
| Tamanho do furo (mm) | Tolerância de perfuração (± mm) | Anel anular mínimo (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Espessura de galvanoplastia para PTH e Vias
A espessura do revestimento de acordo com os requisitos do projeto proporciona boa resistência mecânica para a placa e condutividade elétrica.
| Buraco | Espessura do revestimento de cobre | Padrão |
| Orifício passante revestido (PTH) | 25-50 µm | IPC-6012 |
| Microvia (HDI) | 5-25 µm | IPC-6016 |
| Cego / sepultado por | 15-30 µm | IPC-6012 |
| Vias-in-Pad | 25 – 50 µm (preenchido, revestido) | IPC-4761 |
Material
O uso de materiais para a placa também afeta a precisão do furo
| Material | Recurso de perfuração |
| FR-4 | Possui recursos de perfuração fáceis e pode lidar facilmente com todos os tipos de furos |
| FR-4 de alto TG | Para fazer furos mais fortes neste material, são utilizadas brocas |
| PCBs de alumínio | Roteamento CNC ou brocas especiais são usadas para fazer furos nesta placa. |
| PCBs de cerâmica | A perfuração ultrassônica ou a laser é usada para fazer furos em placas de cerâmica |
| PCBs flexíveis | gravação química ou perfuração a laser usada |
4. Funções dos furos do PCB
Conectividade elétrica entre camadas
O principal uso dos furos em placas de circuito impresso (PCB) é fazer conexões elétricas entre as camadas do PCB. Por exemplo, furos passantes ajudam a transmitir sinal e energia de um lado para o outro da placa.
Vias cegas, enterradas e passantes ajudam a fazer conexões multicamadas para placas PCB HDI.
Para transmissão de sinal de alta velocidade em diferentes designs compactos, são utilizadas microvias.
Montagem de Componente
Principalmente para conexão de componentes na tecnologia de montagem through-hole, ou THT, usa furos passantes para soldagem e inserção de terminais de componentes nos furos.
Os furos na PCB também proporcionam uma conexão mais forte com a placa, em comparação com o SMT. Os furos são mais adequados para a conexão de componentes de alta potência, como conectores e capacitores.
Dissipação de calor
Os furos na placa de circuito impresso (PCB) também controlam a dissipação de calor gerada por diferentes componentes na placa, evitando o superaquecimento. As vias térmicas ajudam a direcionar o calor dos componentes aquecidos para o dissipador de calor. Já as vias no pad aumentam a dissipação de calor por meio do controle da resistência térmica.
5. Problemas comuns com furos em PCB e como evitá-los
Desalinhamento do Furo
- Nesta posição de perfuração de furos com defeito, a perfuração não está de acordo com os requisitos e resulta em uma conexão incorreta das pastilhas dos componentes e das camadas internas. Este erro é resultado de desconexões elétricas ou técnicas de soldagem inadequadas.
- Isso também ocorre devido à expansão do material da placa no momento da fabricação.
- Para evitar esse problema, use marcas de referência em pontos definidos e use materiais de qualidade para evitar expansão/contração.
- Se você estiver trabalhando em placas multicamadas, use recursos de verificação de alinhamento de raios X.
Anel Anular Insuficiente
- Nesse erro, a almofada de cobre ao redor dos furos não atende aos requisitos ou o tamanho pequeno afeta as características mecânicas e elétricas. Como resultado, circuitos abertos ou juntas de solda fracas são formadas na placa.
- Para resolver esse problema, defina detalhes anulares. Use o tamanho de almofada adequado para pequenos desalinhamentos.
Furos de perfuração sobrepostos
- Nesse erro, muitos furos de perfuração se sobrepõem, resultando em um projeto de placa ruim. Como resultado, ocorrem ruptura e delaminação do cobre.
- Isso ocorre devido à configuração inadequada dos furos no projeto da placa.
- Use espaçamento adequado entre os furos e brocas maiores para evitar sobreposições.
Tamanhos de furos incorretos
- Neste erro, os furos são maiores e menores, afetando a inserção precisa dos componentes. Essa falha afeta os recursos de soldagem e as conexões elétricas.
- Esse erro ocorre devido ao tamanho incorreto da broca nos arquivos Gerber e à espessura incorreta do revestimento.
- Para resolver esse problema, siga o tamanho padrão do furo de acordo com o valor definido e defina a espessura do revestimento.
Conclusão
O furo do PCB é o principal componente para o design do PCB e o funcionamento adequado em quaisquer dispositivos e projetos eletrônicos. Esses furos são importantes para fornecer a conexão elétrica entre diferentes camadas de placas e resistência mecânica. Existem diferentes tipos de furos de PCB, como furos passantes não revestidos, furos passantes revestidos e furos de passagem, como vias de furo passante, vias cegas, vias enterradas, microvias, etc. Cada um vem com suas características e importância para o design e funcionamento da placa PCB. Cada tipo de furo de PCB tem seu design e características, mas o principal propósito usado em uma placa é fazer conexões elétricas entre camadas de PCB, montagem de componentes e fazer conexões com componentes externos na placa. Placas PCB mais antigas vêm com furos passantes revestidos principalmente para a montagem de componentes passantes, e com a alta demanda por placas de alta densidade agora significa que os fabricantes estão usando componentes de montagem em superfície que não são furos passantes revestidos. Para vias em miniatura de alta densidade, perfurações com lasers são usadas.
