Así como las ferreterías necesitan gestionar y mostrar clavos y tornillos de varios tipos, métricos, materiales, largos, anchos y pasos, etc., el diseño de PCB también necesita gestionar objetos de diseño como agujeros, especialmente en el diseño de alta densidad. Es posible que los diseños de PCB tradicionales solo utilicen unos pocos orificios de paso diferentes, pero los diseños actuales de interconexión de alta densidad (HDI) requieren muchos tipos y tamaños diferentes de orificios de paso. Es necesario gestionar cada orificio de paso para utilizarlo correctamente, garantizando el máximo rendimiento de la placa y una capacidad de fabricación sin errores. Este artículo profundizará en la necesidad de gestionar los orificios pasantes de alta densidad en el diseño de PCB y cómo lograrlo.

Factores que impulsan el diseño de PCB de alta densidad 

A medida que la demanda de pequeños dispositivos electrónicos sigue creciendo, las placas de circuito impreso que alimentan estos dispositivos tienen que reducirse para poder encajar en ellos. Al mismo tiempo, para cumplir con los requisitos de mejora del rendimiento, los dispositivos electrónicos deben agregar más dispositivos y circuitos en la placa. El tamaño de los dispositivos PCB disminuye constantemente y el número de pines aumenta, por lo que hay que utilizar pines más pequeños y espacios más estrechos para el diseño, lo que complica el problema. Para los diseñadores de PCB, esto es el equivalente a que la bolsa se haga cada vez más pequeña, mientras contiene cada vez más cosas. Los métodos tradicionales de diseño de placas de circuito alcanzan rápidamente sus límites.

Para satisfacer la necesidad de agregar más circuitos a un tamaño de placa más pequeño, surgió un nuevo método de diseño de PCB: la interconexión de alta densidad o HDI. El diseño HDI utiliza técnicas de fabricación de placas de circuito más avanzadas, anchos de línea más pequeños, materiales más delgados y microagujeros ciegos y enterrados o perforados con láser. Gracias a estas características de alta densidad, se pueden colocar más circuitos en una placa más pequeña y proporcionar una solución de conexión viable para circuitos integrados multipin.

Existen otros beneficios al utilizar estos orificios de alta densidad: 

Canales de cableado:Dado que los orificios y microagujeros ciegos y enterrados no penetran en la pila de capas, se crean canales de cableado adicionales en la estructura. Al colocar estratégicamente estos diferentes orificios pasantes, los diseñadores pueden cablear dispositivos con cientos de pines. Si sólo se utilizan orificios pasantes estándar, los dispositivos con tantas clavijas normalmente bloquearán todos los canales de cableado internos.

Integridad de la señal:Muchas señales en dispositivos electrónicos pequeños también tienen requisitos específicos de integridad de la señal y los orificios pasantes no cumplen con dichos requisitos de diseño. Estos agujeros pueden formar antenas, introducir problemas de EMI o afectar la ruta de retorno de la señal de redes críticas. El uso de orificios ciegos y enterrados o microagujeros elimina posibles problemas de integridad de la señal causados ​​por el uso de orificios pasantes.

Para comprender mejor estos orificios pasantes, veamos los diferentes tipos de orificios pasantes que se pueden utilizar en diseños de alta densidad y sus aplicaciones.

Tipo y estructura de orificios de interconexión de alta densidad. 

Un orificio de paso es un orificio en la placa de circuito que conecta dos o más capas. En general, el orificio transmite la señal transportada por el circuito desde una capa de la placa al circuito correspondiente en la otra capa. Para conducir señales entre las capas de cableado, los orificios se metalizan durante el proceso de fabricación. Según el uso específico, el tamaño del orificio y de la almohadilla son diferentes. Los orificios pasantes más pequeños se utilizan para el cableado de señales, mientras que los orificios pasantes más grandes se utilizan para el cableado de alimentación y tierra, o para ayudar a calentar dispositivos de sobrecalentamiento.

Diferentes tipos de agujeros en la placa de circuito.

agujero pasante

El orificio pasante es el orificio pasante estándar que se ha utilizado en las placas de circuito impreso de doble cara desde que se introdujeron por primera vez. Los orificios se perforan mecánicamente en toda la placa de circuito y se galvanizan. Sin embargo, el orificio mínimo que puede perforarse con un taladro mecánico tiene ciertas limitaciones, dependiendo de la relación de aspecto del diámetro de la broca con respecto al espesor de la placa. En términos generales, la apertura del orificio pasante no es inferior a 0,15 mm.

Agujero ciego:

Al igual que los agujeros pasantes, los agujeros se perforan mecánicamente, pero con más pasos de fabricación, sólo se perfora una parte de la placa desde la superficie. Los agujeros ciegos también enfrentan el problema de la limitación del tamaño de la broca; Pero dependiendo de en qué lado del tablero estemos, podemos cablear por encima o por debajo del agujero ciego.

Agujero enterrado:

Los agujeros enterrados, al igual que los agujeros ciegos, se perforan mecánicamente, pero comienzan y terminan en la capa interna del tablero en lugar de en la superficie. Este orificio pasante también requiere pasos de fabricación adicionales debido a la necesidad de incrustarlo en la pila de placas.

microporo

Esta perforación se elimina con un láser y la apertura es inferior al límite de 0,15 mm de una broca mecánica. Debido a que los microagujeros abarcan sólo dos capas adyacentes del tablero, la relación de aspecto hace que los agujeros disponibles para el revestimiento sean mucho más pequeños. También se pueden colocar microagujeros en la superficie o en el interior del tablero. Los microagujeros suelen estar rellenos y recubiertos, esencialmente ocultos y, por lo tanto, pueden colocarse en bolas de soldadura de elementos de montaje superficial de componentes como los conjuntos de rejillas de bolas (BGA). Debido a la pequeña apertura, la almohadilla necesaria para el microagujero también es mucho más pequeña que el orificio normal, aproximadamente 0,300 mm.

Según los requisitos de diseño, los diferentes tipos de orificios anteriores se pueden configurar para que funcionen juntos. Por ejemplo, los microporos se pueden apilar con otros microporos, así como con agujeros enterrados. Estos agujeros también pueden estar escalonados. Como se mencionó anteriormente, los microagujeros se pueden colocar en almohadillas con pasadores de elementos de montaje en superficie. El problema de la congestión del cableado se alivia aún más por la ausencia del recorrido tradicional desde la plataforma de montaje en superficie hasta la salida del ventilador.