Definición de vías ciegas, enterradas y microvías

El papel de la vía

Las vías se utilizan para crear las conexiones verticales, o de capa a capa, en una placa de circuito impreso.

En los primeros tiempos de la fabricación de placas, todas las vías atravesaban completamente la placa, de un lado al otro. Estas thru-hole vias se perforan después de fabricar las capas y grabar el enrutado. Los barriles conductores de las vías se forman en los orificios perforados mediante un proceso de metalización química sin corriente, completando las conexiones de capa a capa.

El desarrollo de la tecnología de fabricación de PCB dio lugar a la introducción de placas multicapa y, con ello, a la posibilidad de perforar vías entre otros pares de capas. Al perforar vías en determinados puntos durante el proceso de fabricación, fue posible crear vías que solo abarcaran dos capas de señal adyacentes. Estas se denominan blind vias (desde una capa superficial hasta la siguiente capa interior) y buried vias (entre dos capas internas).

Las capas posibles que puede abarcar una vía dependen de la tecnología de fabricación utilizada para producir la placa. El enfoque tradicional para fabricar una placa multicapa consiste en crear un conjunto de placas delgadas de doble cara, que luego se apilan bajo calor y presión para formar una placa multicapa.

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

Estas placas de doble cara pueden tener sitios de vía perforados, si es necesario, formando lo que se conoce como blind vias (vía número 1) cuando la vía va desde una capa superficial hasta una capa interna; y buried vias, cuando una vía va de una capa interna a otra capa interna (vía número 2). Después de prensar las capas juntas en una sola placa multicapa, se perforan las vías pasantes (vía número 3).

Los tres tipos de vías que pueden crearse: ciega (1), enterrada (2) y pasante.

Otro tipo de tecnología de fabricación de placas multicapa se denomina tecnología Build-up, 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 pueden perforarse con láser después de añadir cada capa durante el proceso build-up, lo que da como resultado una gran cantidad de posibles pares de capas que pueden abarcarse. 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 establecer el nivel de soporte proporcionado por el fabricante. La mayoría de los fabricantes admiten vías ciegas y enterradas. Las capas posibles que puede abarcar una vía dependen de la tecnología de fabricación utilizada para fabricar la placa. Con esta tecnología, una placa multicapa se fabrica como un conjunto de placas delgadas de doble cara que luego se “apilan” juntas. Esto permite que las vías ciegas y enterradas conecten entre las superficies de estas placas.

Las mejoras en las técnicas de fabricación y la introducción de la perforación por láser permitieron crear vías muy pequeñas (<10 mil), formadas desde una capa superficial hasta la siguiente capa de señal inferior. Estas se denominan µVias. Al crear µVias a medida que las capas se van construyendo durante el proceso de fabricación (denominado laminación secuencial, o build-up secuencial), ahora es posible formar una pila de µVias que proporcione transiciones de señal continuas de capa a capa.

Todos estos tipos de vía son compatibles con Altium Designer.

Todos los distintos tipos de vías que pueden fabricarse pueden definirse en la pestaña Tipos de vía del Layer Stack Manager.

Definición de un tipo de vía

1. Para definir un nuevo tipo de vía, cambie a la pestaña Via Types del Layer Stack Manager. Aquí se definen los requisitos de alcance de capas en el plano Z de cada uno de los tipos de vía necesarios para su diseño. Cuando abra la pestaña Via Types, 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 las capas First y Last que abarca. El alcance pasante predeterminado no puede eliminarse.
2. Las propiedades del tipo de vía actualmente seleccionado se editan en el modo Layer Stack Manager mode del panel Properties. Si el panel no está visible, haga clic en el botón , situado en la parte inferior derecha de la aplicación, para habilitarlo.
3. Haga clic en el botón para añadir un tipo de vía adicional y, a continuación, seleccione las capas que abarca este tipo de vía en el panel Properties. La nueva definición tendrá un nombre de <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (por ejemplo, Thru 1:2). El software detectará automáticamente el tipo (por ejemplo, pasante, ciega, enterrada) según las capas elegidas y nombrará el tipo de vía en consecuencia.
4. Configure los ajustes First Layer y Last Layer para definir el alcance de este tipo de vía.
5. Si se requiere una µVia, habilite la casilla µVia. Esta opción solo estará disponible cuando la vía abarque capas adyacentes, o adyacentes +1 (lo que se denomina una vía Skip).
6. Si la opción Stack Symmetry está habilitada en la región Board del panel Properties, la opción Mirror estará disponible. Cuando Mirror está habilitada, se crea automáticamente un espejo de la vía actual, que abarca las capas simétricas en la pila de capas; habilítela si es necesario. 
7. Guarde el apilado para que los cambios estén disponibles en el editor de PCB.

Panel Properties

Cuando la pestaña Via Types del documento Layer Stack está activa, el panel Properties le permite definir los requisitos permitidos de alcance de capas en el plano Z de la(s) vía(s) utilizada(s) en el diseño.

El Via Types tab se utiliza para definir los requisitos permitidos de alcance de capas en el plano Z de la(s) vía(s) utilizada(s) en el diseño.

• Via Type
  • Name – el nombre de la vía. El software detecta automáticamente el tipo en función de las capas que se hayan elegido y asigna el nombre de la vía en consecuencia.
  • First layer – la primera capa que abarca la vía.
  • Last layer – la última capa que abarca la vía.
  • µVia – habilitar si se requiere una microvía.
  • Mirror – cuando está habilitada, se crea un espejo de la vía actual que abarca las capas simétricas de la pila de capas. Esta opción solo está disponible si la opción Stack Symmetry está habilitada.
• Board
  • Stack Symmetry – habilitar para añadir capas en pares coincidentes, centrados alrededor de la capa dieléctrica media. Cuando está habilitada, la pila de capas se comprueba inmediatamente para verificar la simetría alrededor de la capa dieléctrica central. Si algún par de capas que está a la misma distancia de la capa dieléctrica central de referencia no es idéntico, se abre el cuadro de diálogo Stack is not symmetric dialog.

• Library Compliance – cuando está habilitado, para cada capa que se haya seleccionado de la Biblioteca de materiales, las propiedades actuales de la capa se comprueban con respecto a los valores de esa definición de material en la biblioteca.
• Substack – esta información corresponde al subapilado actualmente seleccionado (capas, dieléctrico, espesores, etc.). Al cambiar de un subapilado a otro, esta información se actualizará en consecuencia (para el subapilado actualmente seleccionado).

• Stack Name – introduzca un nombre significativo para el subapilado. Este campo es útil cuando se asigna un subapilado de capas a la región de apilado X/Y.
• Is Flex – habilitar si el subapilado es flexible.
• Layers – el número total de capas en el subapilado.
• Dielectrics – el número total de dieléctricos en el subapilado.
• Conductive Thickness – el espesor de la(s) capa(s) conductora(s) en el subapilado. Las capas de señal de cobre se denominan capas conductoras.
• Dielectric Thickness – el espesor de la(s) capa(s) dieléctrica(s) en el subapilado.
• Total Thickness – el espesor total del subapilado.

µVias (MicroVias)

Las µVias se utilizan como interconexiones entre capas en diseños de interconexión de alta densidad (HDI), para acomodar la alta densidad de entrada/salida (I/O) de los encapsulados de componentes avanzados y de los diseños de placas. La tecnología de construcción secuencial (SBU) se utiliza para fabricar placas HDI. Las capas HDI suelen construirse sobre una placa núcleo de doble cara fabricada de forma tradicional o sobre una PCB multicapa. A medida que cada capa HDI se construye sobre cada lado de la PCB tradicional, las µVias pueden formarse mediante: taladrado láser, formación de vías, metalización de vías y relleno de vías. Debido a que el orificio se perfora con láser, tiene una forma cónica.

Si una conexión requería una trayectoria a través de múltiples capas, el enfoque original consistía en escalonar una serie de µVias usando un patrón similar a una escalera. Las mejoras en la tecnología y los procesos ahora permiten apilar µVias directamente una sobre otra.

Las µVias enterradas deben rellenarse, mientras que las µVias ciegas en las capas externas no requieren relleno. Las µVias apiladas normalmente se rellenan con cobre electrodepositado para crear interconexiones eléctricas entre las múltiples capas HDI y proporcionar soporte estructural para el/los nivel(es) exterior(es) de la µVia.

Definición de una µVia

Compatibilidad con µVias

• El software admite dos tipos de µVias:

  • Una µVia que atraviesa desde una capa hasta una capa adyacente.
  • Una Skip µVia; este tipo de µVia omite la capa adyacente y aterriza 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 eligen First layer y Last layer define la dirección de perforación de una µVia, tal como lo indica la dirección de la forma cónica de la µVia en la imagen.

• Las µVias se apilan automáticamente al atravesar múltiples capas durante el enrutamiento interactivo (usando los tipos de vía disponibles). Obtenga más información sobre Cambiar el tipo de vía durante el enrutamiento.

Consideraciones de salida para µVias

La tabla de perforación de PCB y los archivos de salida de tipo de perforación admiten µVias.

Tabla de perforación

La tabla de perforación de PCB incluye pares de perforación de µVias.

La tabla de perforación identifica cada orificio por tamaño; si el mismo tamaño se usa en múltiples capas de pares de perforación, se marca como mixto.

Archivos de fabricación de perforación

NC Drill - se crea un archivo separado para cada par de perforación de µVia.

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

ODB++ - se crea un archivo de fabricación de perforación separado para cada par de perforación de µVia.

Back drilling de vías pasantes

Main page: Perforación de profundidad controlada, o back drilling

El back drilling, también conocido como perforación de profundidad controlada (CDD), es una técnica utilizada para eliminar la porción no utilizada, o stub, del barril de cobre de un orificio pasante en una placa de circuito impreso. Cuando una señal de alta velocidad viaja entre capas de PCB a través de un barril de cobre, puede distorsionarse. Si el uso de la capa de señal da como resultado la presencia de un stub, y el stub es largo, entonces esa distorsión puede llegar a ser significativa.

Estos stubs pueden eliminarse volviendo a perforar esos orificios después de completar la fabricación, con una broca ligeramente más grande. Los orificios se someten a back drilling hasta una profundidad controlada, cerca de la última capa utilizada por la vía, pero sin tocarla. Considerando las variaciones de fabricación y de material, un buen fabricante puede realizar back drilling en orificios para dejar un stub de 7 mil y, en condiciones ideales, el stub restante será de menos de 10 mil.

  
Al volver a perforar el orificio con una broca sobredimensionada hasta una profundidad específica, se elimina la porción no utilizada del barril de la vía, mejorando la integridad de esta trayectoria de señal.

El back drilling se habilita en el menú Layer Stack Manager's Tools y luego se configura en la pestaña Back Drills de Layer Stack Manager.