¿Qué es una Vía?
Una vía (Vertical Interconnect Access) es un orificio chapado en un PCB que crea conexiones eléctricas entre diferentes capas de cobre. Las vías son esenciales para enrutar señales y energía a través de placas multicapa, pero introducen efectos parásitos que pueden degradar laintegridad de la señala altas frecuencias.
Perspectiva Clave
A frecuencias superiores a 1 GHz, una vía ya no es solo una conexión simple, se convierte en una discontinuidad delínea de transmisióncon su propia impedancia, inductancia y capacitancia. Comprender estos efectos parásitos es crucial para el diseño moderno de alta velocidad, incluido USB 3.x,PCIe yEthernet 10G+.
Una vía típica consta de varios componentes:
- Barril: El cilindro chapado a través de la placa
- Pad: El área de cobre alrededor del orificio en cada capa
- Anillo anular: El anillo de cobre entre el orificio y el borde del pad
- Anti-pad: El orificio de separación en las capas planas
Tipos de Vías Explicados
Elegir el tipo de vía correcto es crucial para equilibrar costo, fabricabilidad y rendimiento. Aquí hay una comparación detallada de cada tipo y cuándo usarlos:
Vía pasante (PTH)
Conecta todas las capas de arriba a abajo. Tipo más común y económico.
Ventajas
- Costo más bajo
- Fabricación simple
- Alta fiabilidad
Desventajas
- Crea stub en capas de señal
- Usa espacio de enrutamiento en todas las capas
- No apto para alta densidad
Mejor para
Enrutamiento general, distribución de energía, señales de baja velocidad
Vía ciega
Conecta la capa exterior a una o más capas internas, pero no atraviesa toda la placa.
Ventajas
- Sin stub en el lado opuesto
- Mejor para alta velocidad
- Ahorra espacio de enrutamiento
Desventajas
- Mayor costo
- Fabricación más compleja
- Requiere laminación secuencial
Mejor para
Señales de alta velocidad, placas HDI, diseños con espacio limitado
Vía enterrada
Conecta solo capas internas, invisible desde ambas superficies.
Ventajas
- Densidad de enrutamiento máxima
- Sin impacto en la superficie
- Excelente para HDI
Desventajas
- Costo más alto
- Fabricación compleja
- Reparabilidad limitada
Mejor para
Diseños HDI, dispositivos móviles, placas multicapa
Microvía
Pequeña vía perforada con láser (≤150µm) que conecta capas adyacentes.
Ventajas
- Efectos parásitos mínimos
- Densidad más alta
- Mejor para alta velocidad
Desventajas
- Relación de aspecto limitada
- Requiere perforación láser
- Costo por vía más alto
Mejor para
Fanout BGA, PCB para teléfonos inteligentes, empaquetado avanzado
Preguntas Frecuentes
¿Qué es el stub de vía y por qué importa?
Un stub de vía es la porción no utilizada de una vía pasante que se extiende más allá de la capa de señal. A altas frecuencias (>3 GHz), este stub actúa como una antena, causando resonancia y reflexión de señal. El stub crea una resonancia de cuarto de onda en f = c/(4×L×√εr), donde L es la longitud del stub. Para un stub de 40 mil en FR-4, la resonancia ocurre alrededor de 9 GHz, degradando significativamente señales como PCIe Gen4 o USB 3.2.
¿Cuándo debo usar la perforación posterior?
Use la perforación posterior cuando: (1) Las frecuencias de señal superen 5 GHz, (2) Los stubs de vía sean más largos de 10 mils, (3) El presupuesto de pérdida de inserción sea ajustado, (4) Esté diseñando PCIe Gen4+, Ethernet 25G o interfaces de alta velocidad similares. La perforación posterior generalmente elimina el stub hasta 8-10 mils de la capa de señal. El aumento de costo es del 10-20% pero mejora drásticamente la integridad de la señal.
¿Cómo calculo la inductancia de una vía?
La inductancia de vía se puede aproximar como: L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH, donde h es la altura de la vía en pulgadas y d es el diámetro de la vía. Una vía típica de 10 mil a través de una placa de 62 mil tiene ~1 nH de inductancia. Reduzca la inductancia: usando vías de mayor diámetro, agregando vías de tierra cercanas, usando múltiples vías paralelas para alimentación, o usando microvías para rutas más cortas.
¿Qué es vía en pad y cuándo debo usarlo?
La vía en pad coloca la vía directamente en el pad del componente en lugar de enrutar a una vía separada. Úselo para: BGAs de pitch fino (<0.8mm), gestión térmica (dispositivos de potencia), condensadores de bypass de alta frecuencia y diseños con restricciones de espacio. La vía debe rellenarse y aplanarse (proceso VIPPO) para permitir una soldadura adecuada. Esto añade ~$0.02-0.05 por vía pero permite diseños más densos.
¿Cuántas vías de tierra necesito alrededor de una vía de señal?
Para una ruta de retorno de señal óptima: use al menos 2 vías de tierra por vía de señal para señales single-ended, 4-6 vías de tierra para pares diferenciales. Coloque las vías de tierra dentro de 20 mils de las vías de señal para frecuencias superiores a 5 GHz. Esto mantiene la impedancia a través de la transición de vía y minimiza la inductancia. Para frecuencias muy altas (>25 GHz), considere jaulas de vías o estructuras de vías coaxiales.