Definición de vías ciegas, enterradas y microvías

La función de las vías

Las vías se utilizan para crear conexiones verticales, o entre capas, en una placa de circuito impreso.

En los primeros tiempos de la fabricación de placas, todas las vías atravesaban la placa por completo, de un lado al otro. Estas thru-hole vias se taladran después de fabricar las capas y realizar el grabado de las pistas. Las paredes conductoras de las vías se forman en los orificios taladrados mediante un proceso de metalización química, completando las conexiones entre capas.

El desarrollo de la tecnología de fabricación de PCB trajo consigo la introducción de las placas multicapa y, con ellas, la posibilidad de taladrar vías entre otros pares de capas. Al taladrar vías en determinados momentos del proceso de fabricación, fue posible crear vías que abarcaran únicamente dos capas de señal adyacentes. Estas se denominan blind vias (desde una capa superficial hasta la siguiente capa hacia el interior) y buried vias (entre dos capas internas).

Las capas que puede abarcar una vía dependen de la tecnología empleada para fabricar la placa. El método tradicional para fabricar una placa multicapa consiste en crear un conjunto de placas delgadas de doble cara, que después se unen mediante calor y presión para formar una placa multicapa.

La imagen siguiente muestra una placa de seis capas, tal como indican los nombres de las capas en el lado izquierdo de la imagen. Esta placa se fabricaría inicialmente como tres placas de doble cara (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) tal como indican las capas de núcleo sombreadas.

En estas placas de doble cara se pueden taladrar los orificios para las vías, si es necesario, formando lo que se conoce como blind vias (vía número 1) cuando la vía abarca desde una capa superficial hasta una capa interna; y buried vias, cuando una vía abarca desde una capa interna hasta otra capa interna (vía número 2). Una vez que las capas se han prensado para formar una única placa multicapa, se taladran las vías pasantes (vía número 3).

Los tres tipos de vías que se pueden crear: ciegas (1), enterradas (2) y pasantes.

Otro tipo de tecnología de fabricación de placas multicapa se denomina tecnología de acumulación de capas, en la que las capas se añaden una tras otra, a menudo sobre una placa de doble cara o una placa multicapa tradicional. Cuando se utiliza esta tecnología, las vías se pueden taladrar con láser después de añadir cada capa durante el proceso de acumulación, lo que da lugar a un gran número de posibles pares de capas que pueden abarcar. Los pares de capas utilizados para cada vía se definen mediante los ajustes Start Layer y End Layer de la vía.

Antes de utilizar vías ciegas o enterradas, es importante determinar qué capacidades ofrece el fabricante. La mayoría de los fabricantes admiten vías ciegas y enterradas. Las capas que puede abarcar una vía dependen de la tecnología empleada para fabricar la placa. Con esta tecnología, una placa multicapa se fabrica como un conjunto de placas delgadas de doble cara que después se unen formando un «sándwich». Esto permite que las vías ciegas y enterradas establezcan conexiones entre las superficies de estas placas.

Las mejoras en las técnicas de fabricación y la introducción del taladrado láser permitieron crear vías muy pequeñas (<10 mil), que van desde una capa superficial hasta la siguiente capa de señal hacia el interior. Estas se denominan µVias. Al crear µVias a medida que se añaden las capas durante el proceso de fabricación (denominado laminación secuencial o acumulación secuencial de capas), ahora es posible formar una pila de µVias que proporcione transiciones de señal continuas entre capas.

Altium Designer admite todos estos tipos de vías.

Todos los tipos de vías que se pueden fabricar se pueden definir en la pestaña Tipos de vías del Administrador de apilado de capas.

Definir un tipo de vía

1. Para definir un nuevo tipo de vía, cambie a la pestaña Via Types del Administrador de apilado de capas. Aquí se definen los requisitos de alcance entre capas en el plano Z de cada uno de los tipos de vías necesarios para su diseño. Al abrir la pestaña Via Types, esta incluirá un único tipo de vía pasante.  Para una placa de dos capas, la vía predeterminada se denomina Thru 1:2; el nombre refleja el tipo de vía y la primera y la última capa que abarca. El alcance de la vía pasante predeterminada no se puede eliminar.
2. Las propiedades del tipo de vía seleccionado se editan en el modo Administrador de apilado de capas del panel Properties. Si el panel no está visible, haga clic en el botón  situado en la parte inferior derecha de la aplicación para activarlo.
3. Haga clic en el botón  para añadir otro tipo de vía y, a continuación, seleccione las capas que abarca este tipo de vía en el panel Properties. La nueva definición tendrá el nombre <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (por ejemplo, Thru 1:2). El software detectará automáticamente el tipo (por ejemplo, pasante, ciega o enterrada) según las capas elegidas y asignará el nombre correspondiente al tipo de vía.
4. Configure los ajustes First Layer y Last Layer para definir el alcance de este tipo de vía.
5. Si se necesita una µVia, active la casilla µVia. Esta opción solo estará disponible cuando la vía abarque capas adyacentes o capas adyacentes +1 (lo que se denomina vía de salto).
6. Si la opción Stack Symmetry está activada en la sección Board del panel Properties, la opción Mirror estará disponible. Cuando se activa Mirror, se crea automáticamente una vía simétrica a la actual que abarca las capas simétricas del apilado de capas; active esta opción si es necesario. 
7. Guarde el apilado para que los cambios estén disponibles en el editor de PCB.

Panel Propiedades

Cuando el Via Types del documento de apilado de capas está activa, el Properties panel permite definir los requisitos de alcance entre capas en el plano Z permitidos para las vías utilizadas en el diseño.

El Via Types tab se utiliza para definir los requisitos de alcance entre capas en el plano Z permitidos para las vías utilizadas en el diseño.

• Via Type
  • Name – el nombre de la vía. El software detecta automáticamente el tipo según las capas seleccionadas y asigna el nombre correspondiente a la vía.
  • First layer – la primera capa que abarca la vía.
  • Last layer – la última capa que abarca la vía.
  • µVia – active esta opción si se requiere una microvía.
  • Mirror – cuando está activada, se crea una copia reflejada de la vía actual que abarca las capas simétricas del apilado de capas. Esta opción solo está disponible si la opción Stack Symmetry está activada.
• Board
  • Stack Symmetry – active esta opción para añadir capas en pares coincidentes, centrados en la capa dieléctrica central. Al activarla, se comprueba inmediatamente la simetría del apilado de capas respecto a la capa dieléctrica central. Si algún par de capas equidistantes de la capa dieléctrica de referencia central no es idéntico, se abre el cuadro de diálogo El apilado no es simétrico.

• Library Compliance – cuando está activada, se comprueba que las propiedades actuales de cada capa seleccionada de la biblioteca de materiales coincidan con los valores de la definición de ese material en la biblioteca.
• Substack – esta información corresponde al subapilado seleccionado actualmente (capas, dieléctricos, espesores, etc.). Al cambiar de un subapilado a otro, la información se actualiza en consecuencia para reflejar el subapilado seleccionado.

• Stack Name – introduzca un nombre descriptivo para el subapilado. Este campo es útil cuando se asigna un subapilado de capas a la región de apilado X/Y.
• Is Flex – active esta opción si el subapilado es flexible.
• Layers – el número total de capas del subapilado.
• Dielectrics – el número total de dieléctricos del subapilado.
• Conductive Thickness – el espesor de las capas conductoras del subapilado. Las capas de señal de cobre se denominan capas conductoras.
• Dielectric Thickness – el espesor de las capas dieléctricas del subapilado.
• Total Thickness – el espesor total del subapilado.

µVías (microvías)

Las µVías se utilizan como interconexiones entre capas en diseños de interconexión de alta densidad (HDI), para dar cabida a la alta densidad de entradas/salidas (E/S) de los encapsulados de componentes y diseños de placas avanzados. Para fabricar placas HDI se utiliza la tecnología de construcción secuencial por capas (SBU). Las capas HDI suelen construirse sobre una placa de núcleo de doble cara fabricada de forma tradicional o sobre una PCB multicapa. A medida que se añade cada capa HDI a cada lado de la PCB tradicional, se pueden formar µVías mediante perforación láser, formación de vías, metalización de vías y relleno de vías. Como el orificio se perfora con láser, tiene forma cónica.

Si una conexión requería un recorrido a través de varias capas, el método original consistía en disponer una serie de µVías de forma escalonada. Las mejoras en la tecnología y los procesos permiten ahora apilar las µVías directamente unas sobre otras.

Las µVías enterradas deben rellenarse, mientras que las µVías ciegas de las capas externas no requieren relleno. Las µVías apiladas suelen rellenarse con cobre electrodepositado para establecer interconexiones eléctricas entre las distintas capas HDI y proporcionar soporte estructural a los niveles exteriores de la µVía.

Definición de una µVía

Compatibilidad con µVías

• El software admite dos tipos de µVías:

  • Una µVia que va de una capa a otra adyacente.
  • Una Skip µVia; este tipo de µVía omite la capa adyacente y termina en la siguiente capa de cobre.

• El tipo de vía se detecta automáticamente según el intervalo de capas definido, como se muestra en la imagen siguiente.

• El orden en que se seleccionan First layer y Last layer define la dirección de perforación de una µVía, tal como indica la orientación de la forma cónica de la µVía en la imagen.

• Las µVías se apilan automáticamente al atravesar varias capas durante el enrutamiento interactivo (utilizando los tipos de vía disponibles). Obtenga más información sobre cómo cambiar el tipo de vía durante el enrutamiento.

Consideraciones sobre los archivos de salida de µVías

La tabla de taladros de la PCB y los archivos de salida de perforación admiten µVías.

Tabla de taladros

La tabla de taladros de la PCB incluye pares de perforación de µVías.

La tabla de taladros identifica cada orificio por su tamaño; si se utiliza el mismo tamaño en varios pares de capas de perforación, se marca como mixto.

Archivos de fabricación de taladros

NC Drill - se crea un archivo independiente para cada par de perforación de µVías.

Gerber X2 - entradas de configuración específicas para cada trazado de µVías.

ODB++ - se crea un archivo de fabricación de taladros independiente para cada par de perforación de µVías.

Taladrado posterior de vías pasantes

Main page: Taladrado de profundidad controlada o taladrado posterior

El taladrado posterior, también conocido como taladrado de profundidad controlada (CDD), es una técnica que se utiliza para eliminar la parte no utilizada, o tramo residual, del cilindro de cobre de un orificio pasante de una placa de circuito impreso. Cuando una señal de alta velocidad viaja entre capas de la PCB a través de un cilindro de cobre, puede distorsionarse. Si las capas utilizadas por la señal dejan un tramo residual y este es largo, la distorsión puede ser considerable.

Estos tramos residuales pueden eliminarse volviendo a perforar los orificios una vez finalizada la fabricación, con una broca ligeramente más grande. Los orificios se vuelven a perforar hasta una profundidad controlada, cerca de la última capa utilizada por la vía, pero sin tocarla. Teniendo en cuenta las variaciones de fabricación y de los materiales, un buen fabricante puede realizar el taladrado posterior de modo que quede un tramo residual de 7 mil; idealmente, el tramo restante será inferior a 10 mil.

  
Al volver a perforar el orificio con una broca de mayor diámetro hasta una profundidad específica, se elimina la parte no utilizada del cilindro de la vía, lo que mejora la integridad de esta ruta de señal.

El taladrado posterior se activa en el menú Layer Stack Manager's Tools y, a continuación, se configura en la pestaña Back Drills de Layer Stack Manager.