Definição de vias cegas, enterradas e microvias

A função da via

As vias são usadas para criar conexões verticais, ou entre camadas, em uma placa de circuito impresso.

Nos primórdios da fabricação de placas, todas as vias atravessavam a placa inteira, de um lado ao outro. Essas thru-hole vias são perfuradas depois que as camadas são fabricadas e as trilhas são definidas por corrosão. As paredes condutoras das vias são formadas nos furos por meio de um processo de metalização química, completando as conexões entre camadas.

O desenvolvimento da tecnologia de fabricação de PCBs trouxe as placas multicamadas e, com elas, a capacidade de perfurar vias entre outros pares de camadas. Ao perfurar vias em determinados momentos do processo de fabricação, tornou-se possível criar vias que abrangessem apenas duas camadas de sinal adjacentes. Elas são chamadas de blind vias (de uma camada superficial até a próxima camada interna) e buried vias (entre duas camadas internas).

As camadas que uma via pode abranger dependem da tecnologia utilizada para fabricar a placa. A abordagem tradicional para fabricar uma placa multicamadas consiste em produzir um conjunto de placas finas de dupla face, que são então unidas sob calor e pressão para formar uma placa multicamadas.

A imagem abaixo mostra uma placa de seis camadas, conforme indicado pelos nomes das camadas no lado esquerdo da imagem. Essa placa seria inicialmente fabricada como três placas de dupla face (Top-Plane1, Mid1-Mid2, Plane2-Bottom) conforme indicado pelas camadas de núcleo hachuradas.

Essas placas de dupla face podem ter os locais das vias perfurados, se necessário, formando o que se conhece como blind vias (via número 1), quando a via se estende de uma camada superficial até uma camada interna; e buried vias, quando uma via se estende de uma camada interna até outra camada interna (via número 2). Depois que as camadas são prensadas para formar uma única placa multicamadas, as vias passantes são perfuradas (via número 3).

Os três tipos de vias que podem ser criados: cegas (1), enterradas (2) e passantes.

Outro tipo de tecnologia de fabricação de placas multicamadas é chamado de tecnologia de construção sequencial (Build-up), na qual as camadas são adicionadas uma após a outra, geralmente sobre uma placa de dupla face ou uma placa multicamadas tradicional. Quando essa tecnologia é utilizada, as vias podem ser perfuradas a laser após a adição de cada camada durante o processo de construção sequencial, resultando em um grande número de possíveis pares de camadas que podem ser interligados. Os pares de camadas usados para cada via são definidos pelas configurações Start Layer e End Layer da via.

Antes de usar vias cegas ou enterradas, é importante verificar o nível de suporte oferecido pelo fabricante. A maioria dos fabricantes oferece suporte a vias cegas e enterradas. As camadas que uma via pode abranger dependem da tecnologia utilizada para fabricar a placa. Com essa tecnologia, uma placa multicamadas é fabricada como um conjunto de placas finas de dupla face, que são então unidas em um “sanduíche”. Isso permite que as vias cegas e enterradas estabeleçam conexões entre as superfícies dessas placas.

As melhorias nas técnicas de fabricação e a introdução da perfuração a laser possibilitaram a criação de vias muito pequenas (<10 mil), formadas entre uma camada superficial e a próxima camada de sinal abaixo dela. Elas são chamadas de µVias. Ao criar µVias à medida que as camadas são adicionadas durante o processo de fabricação (chamado de laminação sequencial ou construção sequencial), agora é possível formar uma pilha de µVias que proporciona transições contínuas de sinal entre camadas.

Todos esses tipos de vias são compatíveis com o Altium Designer.

Todos os diferentes tipos de vias que podem ser fabricados podem ser definidos na aba Tipos de vias do Gerenciador de empilhamento de camadas.

Definição de um tipo de via

1. Para definir um novo tipo de via, acesse a aba Via Types do Gerenciador de empilhamento de camadas. Aqui você define os requisitos de abrangência de camadas no plano Z para cada tipo de via necessário no seu projeto. Ao abrir a aba Via Types, ela incluirá um único tipo de via passante.  Para uma placa de duas camadas, a via padrão recebe o nome Thru 1:2, que reflete o tipo de via e a primeira e a última camada abrangidas pela via. A abrangência padrão da via passante não pode ser excluída.
2. As propriedades do tipo de via atualmente selecionado são editadas no modo Gerenciador de empilhamento de camadas do painel Properties. Se o painel não estiver visível, clique no botão  no canto inferior direito da aplicação para ativá-lo.
3. Clique no botão  para adicionar outro tipo de via e, em seguida, selecione as camadas que esse tipo de via abrange no painel Properties. A nova definição terá o nome <Type> <FirstLayer>:<LastLayer> (por exemplo, Thru 1:2). O software detectará automaticamente o tipo (por exemplo, passante, cega, enterrada) com base nas camadas escolhidas e nomeará o tipo de via de acordo.
4. Configure as opções First Layer e Last Layer para definir a abrangência desse tipo de via.
5. Se uma µVia for necessária, marque a caixa de seleção µVia. Essa opção só estará disponível quando a via abranger camadas adjacentes ou adjacentes +1 (chamada de via com salto).
6. Se a opção Stack Symmetry estiver ativada na região Board do painel Properties, a opção Mirror ficará disponível. Quando Mirror estiver ativada, uma cópia espelhada da via atual, abrangendo as camadas simétricas do empilhamento, será criada automaticamente — ative essa opção, se necessário. 
7. Salve o empilhamento para disponibilizar as alterações no editor de PCB.

Painel Propriedades

Quando o Via Types aba do documento Layer Stack estiver ativa, o Properties painel permite definir os requisitos permitidos de abrangência de camadas no plano Z para as vias usadas no projeto.

O Via Types tab é usado para definir os requisitos permitidos de abrangência de camadas no plano Z para as vias usadas no projeto.

• Via Type
  • Name – o nome da via. O software detecta automaticamente o tipo com base nas camadas escolhidas e nomeia a via de acordo.
  • First layer – a primeira camada abrangida pela via.
  • Last layer – a última camada abrangida pela via.
  • µVia – habilite se for necessária uma microvia.
  • Mirror – quando habilitado, é criada uma cópia espelhada da via atual que abrange as camadas simétricas no empilhamento de camadas. Esta opção só está disponível se a opção Stack Symmetry estiver habilitada.
• Board
  • Stack Symmetry – habilite para adicionar camadas em pares correspondentes, centralizados em torno da camada dielétrica central. Quando habilitado, o empilhamento de camadas é imediatamente verificado quanto à simetria em torno da camada dielétrica central. Se algum par de camadas equidistantes da camada dielétrica central de referência não for idêntico, a caixa de diálogo O empilhamento não é simétrico será aberta.

• Library Compliance – quando habilitado, para cada camada selecionada na Biblioteca de Materiais, as propriedades atuais da camada são verificadas em relação aos valores da definição desse material na biblioteca.
• Substack – estas informações se referem ao subempilhamento atualmente selecionado (camadas, dielétricos, espessuras etc.). Ao alternar de um subempilhamento para outro, estas informações serão atualizadas de acordo com o subempilhamento selecionado.

• Stack Name – insira um nome significativo para o subempilhamento. Este campo é útil quando um subempilhamento de camadas está sendo atribuído à região X/Y do empilhamento.
• Is Flex – habilite se o subempilhamento for flexível.
• Layers – o número total de camadas no subempilhamento.
• Dielectrics – o número total de dielétricos no subempilhamento.
• Conductive Thickness – a espessura das camadas condutoras no subempilhamento. As camadas de sinal de cobre são denominadas camadas condutoras.
• Dielectric Thickness – a espessura das camadas dielétricas no subempilhamento.
• Total Thickness – a espessura total do subempilhamento.

µVias (Microvias)

As µVias são usadas como interconexões entre camadas em projetos de interconexão de alta densidade (HDI), para acomodar a alta densidade de entradas/saídas (I/O) de encapsulamentos de componentes e projetos de placas avançados. A tecnologia de construção sequencial (SBU) é usada para fabricar placas HDI. As camadas HDI geralmente são construídas sobre uma placa de núcleo de dupla face fabricada de forma tradicional ou sobre uma PCB multicamada. À medida que cada camada HDI é construída em cada lado da PCB tradicional, as µVias podem ser formadas usando: perfuração a laser, formação de vias, metalização de vias e preenchimento de vias. Como o furo é perfurado a laser, ele tem formato cônico.

Se uma conexão exigisse um caminho através de várias camadas, a abordagem original era dispor uma série de µVias de forma escalonada, em um padrão semelhante a degraus. Os avanços na tecnologia e nos processos agora permitem que as µVias sejam empilhadas diretamente umas sobre as outras.

As µVias enterradas precisam ser preenchidas, enquanto as µVias cegas nas camadas externas não exigem preenchimento. As µVias empilhadas geralmente são preenchidas com cobre eletrodepositado para estabelecer interconexões elétricas entre as várias camadas HDI e fornecer suporte estrutural aos níveis externos da µVia.

Definição de uma µVia

Suporte a µVias

• O software oferece suporte a dois tipos de µVias:

  • Uma µVia que atravessa de uma camada para uma camada adjacente.
  • Uma Skip µVia, este tipo de µVia pula a camada adjacente e termina na próxima camada de cobre.

• O tipo de via é detectado automaticamente com base na abrangência de camadas definida, conforme mostrado na imagem abaixo.

• A ordem em que First layer e Last layer são escolhidos define a direção de perfuração de uma µVia, conforme indicado pela orientação do formato cônico da µVia na imagem.

• As µVias são empilhadas automaticamente ao atravessar várias camadas durante o roteamento interativo (usando os tipos de via disponíveis). Saiba mais sobre Alterar o tipo de via durante o roteamento.

Considerações sobre a saída de µVias

A tabela de furação da PCB e os arquivos de saída de furação oferecem suporte a µVias.

Tabela de furação

A tabela de furação da PCB inclui pares de camadas de furação de µVias.

A tabela de furação identifica cada furo pelo tamanho; se o mesmo tamanho for usado em vários pares de camadas de furação, ele será sinalizado como misto.

Arquivos de fabricação de furação

NC Drill - um arquivo separado é criado para cada par de camadas de furação de µVias.

Gerber X2 - entradas de configuração específicas para cada plotagem de µVias.

ODB++ - um arquivo de fabricação de furação separado é criado para cada par de camadas de furação de µVias.

Back drilling de vias passantes

Main page: Perfuração com profundidade controlada, ou back drilling

O back drilling, também conhecido como perfuração com profundidade controlada (CDD), é uma técnica usada para remover a porção não utilizada, ou stub, do cilindro de cobre de um furo passante em uma placa de circuito impresso. Quando um sinal de alta velocidade percorre as camadas da PCB através de um cilindro de cobre, ele pode sofrer distorção. Se o uso das camadas de sinal resultar na presença de um stub, e esse stub for longo, a distorção poderá se tornar significativa.

Esses stubs podem ser removidos perfurando novamente esses furos após a conclusão da fabricação, com uma broca ligeiramente maior. O back drilling é realizado até uma profundidade controlada, próxima da última camada usada pela via, mas sem tocá-la. Considerando as variações de fabricação e de material, um bom fabricante pode realizar o back drilling dos furos deixando um stub de 7 mil e, idealmente, o stub restante será menor que 10 mil.

  
Ao perfurar novamente o furo com uma broca de diâmetro maior até uma profundidade específica, a porção não utilizada do cilindro da via é removida, melhorando a integridade desse caminho de sinal.

O back drilling é habilitado no menu Layer Stack Manager's Tools e, em seguida, configurado na aba Back Drills do Layer Stack Manager.