Che cos'è una via per circuiti stampati? Una guida definitiva

Introduzione

Nel mondo dell'ingegneria, in particolare nella progettazione e nel processo di produzione dei circuiti stampati multistrato (PCB)Il termine "via" è diventato diffuso ed essenziale. Una via, parola latina che significa "strada", è parte integrante della funzionalità dei PCB. In particolare, costituisce il percorso che consente la trasmissione dei segnali elettrici da uno strato all'altro del PCB. 

Tuttavia, per i non addetti ai lavori, il termine può rimanere ambiguo. La domanda che rimane è: cosa comporta esattamente un via nell'ambito dei PCB multistrato e come viene sfruttato nei progetti?

In questo articolo ci proponiamo di svelare le complessità che circondano i vias dei circuiti stampati. Ci occuperemo degli strati di gergo tecnico, discutendo di cosa sono, delle loro funzioni e dei diversi tipi disponibili.

 

Che cos'è una Via?

Che cos'è una via

Una via è un piccolo foro che attraversa due o più strati adiacenti, consentendo ai segnali e all'alimentazione di viaggiare tra questi strati. Poiché i circuiti tra gli strati di un PCB multistrato sono indipendenti, i vias sono essenziali per stabilire connessioni tra gli strati.

I vias sono comunemente classificati in tre tipi in base alla loro funzionalità: via cieca, via interrata e via passante.

 

Tipi di vias

tipi di vias per PCB

Via cieca

Una "via cieca" nel contesto della progettazione di circuiti stampati (PCB) è un piccolo foro che inizia su una superficie della scheda, in alto o in basso, ma non arriva fino all'altro lato. Invece, si collega solo a uno o più strati all'interno della scheda. Di conseguenza, è possibile vedere e accedere a una via cieca solo da un lato del PCB, poiché non penetra completamente attraverso l'intera scheda.

Nella progettazione dei circuiti stampati, i blind vias hanno un utilizzo unico e vantaggioso. Uno dei loro principali vantaggi è che creano spazio aggiuntivo sulla scheda, poiché non attraversano tutti gli strati. Questo può essere fondamentale nei progetti compatti, dove lo spazio è minimo. Per questo motivo, sono spesso utilizzati negli assemblaggi di circuiti ad alta densità come i PCB BGA (Ball Grid Array) e HDI (High-Density Interconnect), dove contribuiscono a ottenere un layout più compatto ed efficiente.

 

Seppellito via

Una "via interrata" è un tipo particolare di via utilizzata nella progettazione di circuiti stampati (PCB). A differenza di altre vie, non raggiunge la superficie superiore o inferiore. Invece, interconnette almeno due strati interni della scheda, rendendola invisibile dallo strato esterno. Questa natura di collegamento verso l'interno dei vias interrati li rende completamente nascosti alla vista quando si esamina il PCB dall'esterno.

I vias interrati svolgono un ruolo fondamentale perché facilitano la connessione dei segnali negli strati interni di un PCB. Questo design può portare a una riduzione delle interferenze dei segnali, migliorando così la funzionalità e l'affidabilità complessiva del PCB. Poiché migliorano l'integrità del segnale e presentano un layout più compatto, i vias interrati diventano particolarmente vantaggiosi nei PCB ad alta densità di interconnessione (HDI). 

In progetti di schede così dense, dove è fondamentale conservare lo spazio e mantenere alte le prestazioni, l'applicazione di vias interrati diventa esemplare.

 

Foro passante Via

La "via a foro passante" è il tipo di via più utilizzato nella produzione di circuiti stampati (PCB). Crea un collegamento tra gli strati interni ed esterni del PCB. A differenza di altri tipi di vias, come quelli ciechi e interrati, un via passante taglia l'intera scheda. Questo è il motivo del suo nome: crea letteralmente un "foro passante".

I fori passanti hanno un paio di utilità significative nell'ambito della produzione di PCB. In primo luogo, fungono da canali per le interconnessioni interne alla scheda, consentendo ai segnali elettrici e all'alimentazione di fluire liberamente da uno strato all'altro. 

Inoltre, questi vias possono essere utilizzati come fori di montaggio per vari componenti del PCB. Questa duplice funzionalità ne aumenta la diffusione nella progettazione e produzione di PCB.

 

Attraverso i processi di copertura

Esistono tre metodi principali per i processi di copertura dei vial: vial a tenda, vial non coperti e vial tappati con maschera di saldatura.

 

Tenda Vias

vialetti di fissaggio

Il "vias tenting" è una tecnica utilizzata nella progettazione di circuiti stampati (PCB) per isolare e proteggere i vias. In questo caso, l'anello anulare (il segmento visibile della via che circonda il foro) viene coperto con una sostanza speciale nota come maschera di saldatura. Questa maschera di saldatura funge da barriera isolante, impedendo che si verifichino connessioni elettriche indesiderate.

Tuttavia, per ottenere un efficace tenting dei vias, è necessario tenere conto di alcuni fattori. In primo luogo, è importante che l'anello anulare sia completamente avvolto dalla maschera di saldatura. Una copertura parziale potrebbe lasciare esposte le parti conduttive della via, con il rischio di contatti elettrici accidentali. 

Inoltre, anche lo spessore della maschera di saldatura applicata è importante. Se è troppo sottile, potrebbe non fornire un isolamento adeguato, aprendo la strada a potenziali cortocircuiti. Pertanto, è necessario garantire una copertura accurata e adeguatamente spessa della maschera di saldatura, per tentare efficacemente i vias e proteggere il circuito.

 

Viali non coperti

Viali non coperti

Scegliere "vias non coperti" come approccio progettuale per il circuito stampato (PCB) significa decidere di lasciare esposti sia il foro del via che l'anello circostante, noto anche come anello anulare. Non avranno uno strato di maschera di saldatura, che in genere funge da isolante. L'assenza di maschera di saldatura lascia i vias aperti e nudi.

Questa scelta progettuale, anche se può sembrare fuori dall'ordinario, ha uno scopo particolare. I vias scoperti sono spesso implementati nei casi in cui è necessario eseguire il debug dei segnali di misura, consentendo un accesso e un test più agevoli. Inoltre, senza il rivestimento isolante della maschera di saldatura, i vias esposti possono contribuire a migliorare la dissipazione del calore, poiché offrono una maggiore superficie. 

Questo può essere un vantaggio per i circuiti che generano molto calore. Nonostante questi vantaggi, è essenziale ricordare che i vias non coperti comportano un rischio maggiore di connessioni elettriche o cortocircuiti non voluti, poiché il metallo esposto potrebbe entrare in contatto con materiali conduttori non voluti.

 

Vias tappati con maschera di saldatura

Vias tappati con maschera di saldatura

L'uso di "vias tappati con maschera di saldatura" è un'altra tecnica di progettazione di circuiti stampati (PCB) che offre vantaggi significativi. Il processo prevede il riempimento dei fori di passaggio con un tipo di maschera di saldatura che, in sostanza, li "tappa" o li sigilla. Questa scelta progettuale mira a migliorare la sicurezza e l'efficienza della scheda durante le fasi di produzione e di funzionamento.

Il motivo principale per cui si applicano i tappi della maschera di saldatura ai vias è quello di impedire la formazione delle cosiddette palline di saldatura. Si tratta di piccoli frammenti di saldatura che possono causare cortocircuiti durante il processo di saldatura a onda, un metodo comune per attaccare i componenti al PCB. Inoltre, tappare i vias con la maschera di saldatura aiuta a eliminare i residui di flussante all'interno del foro del vias, che possono causare altri problemi di produzione e di prestazioni. 

Questo approccio tende a essere una necessità nella progettazione di schede con assemblaggio di Ball Grid Array (BGA) o di circuiti integrati (IC), a causa della complessità e della precisione che questi tipi di componenti richiedono. Sigillando efficacemente i vias con la maschera di saldatura, i progettisti possono garantire un assemblaggio e un funzionamento più fluidi e sicuri dei PCB ad alta densità.

 

Conclusione

A differenza dei fori passanti, i fori ciechi e interrati sono disponibili solo su schede con almeno quattro strati. L'uso di fori ciechi o interrati è un modo efficace per aumentare la densità delle schede multistrato, ridurre il numero di strati e minimizzare le dimensioni della scheda. Tuttavia, i fori passanti sono più facili ed economici da produrre e sono quindi più comunemente utilizzati nei progetti di PCB. È sempre possibile rivolgersi a PCBPit per aiuto.

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