Tecnología de vías enterradas en PCBs multicapa: Impulsando la miniaturización y la integridad de la señal

In the race to pack more functionality into smaller electronics—from 5G smartphones to medical implants—multilayer PCBs rely on innovative via technologies to maximize density without sacrificing performanceEntre estos, la tecnología enterrada se destaca como un factor crítico, que permite a los ingenieros conectar capas internas sin consumir espacio valioso en las superficies externas.Al eliminar las vías de agujero que perforan toda la tablaLas vías enterradas desbloquean una mayor densidad de componentes, trayectorias de señal más cortas y una mejor gestión térmica, clave para los dispositivos modernos de alta frecuencia y alta fiabilidad.Esta guía explora cómo funciona el enterramiento a través de la tecnología, sus ventajas en PCB avanzados, desafíos de fabricación y soluciones para garantizar una calidad constante.

¿Qué son las vías enterradas?
Las vías enterradas son vías conductoras que conectan solo las capas internas de un PCB multicapa, permaneciendo completamente ocultas dentro del núcleo de la placa (sin exposición en las capas externas).A diferencia de las vías de agujero (que abarcan todas las capas) o vías ciegas (que conectan las capas externas a las capas internas), las vías enterradas se encapsulan completamente durante la laminación, haciéndolas invisibles en el PCB final.

Características clave:
1Ubicación: En su totalidad dentro de las capas interiores; sin contacto con las superficies exteriores de cobre.
2Tamaño: Típicamente de 0,1 ∼ 0,3 mm de diámetro (más pequeño que las vías de orificio), lo que permite diseños de alta densidad.
3.Construcción: perforado en capas interiores individuales antes de la laminación, luego revestido con cobre y llenado con epoxi o pasta conductiva para garantizar la integridad estructural.

Cómo las vías enterradas transforman el diseño de PCB multicapa
Buried via technology aborda dos puntos críticos en el diseño moderno de PCB: las limitaciones de espacio y la degradación de la señal.

1. Maximizando la densidad de la tabla
Al confinar las vías a las capas interiores, las vías enterradas liberan las capas exteriores de los componentes activos (por ejemplo, BGA, QFP) y las microvias,aumento de la densidad de los componentes en un 30~50% en comparación con los diseños que utilizan solo vías de agujero.

Ejemplo: un PCB 5G de 12 capas que utiliza vias enterradas puede caber un 20% más de componentes en la misma huella que un diseño de agujero a través, lo que permite módulos de estación base más pequeños.

2Mejora de la integridad de la señal
Las largas y serpenteantes trayectorias de señal en los diseños de agujeros provocan pérdida de señal, intermitencia y problemas críticos de latencia para las señales de alta frecuencia (28 GHz +).Las vías enterradas acortan las rutas de la señal conectando directamente las capas internas, reduciendo:

a.Retraso en la propagación: las señales viajan 20-30% más rápido entre las capas internas.
b.Crosstalk: confinar las pistas de alta velocidad a capas internas (aisladas por planos de tierra) reduce la interferencia en un 40%.
c. Desajuste de la impedancia: los puntos más cortos minimizan los reflejos en las interfaces de alta velocidad (por ejemplo, PCIe 6.0, USB4).

3Mejora de la gestión térmica
Las vías enterradas actúan como vías térmicas cuando están llenas de epoxi o cobre conductor, difundiendo calor de las capas internas calientes (por ejemplo, los circuitos integrados de administración de energía) a las capas externas o los disipadores de calor.Esto reduce los puntos calientes en 15-25 °C en los PCB densamente empaquetados, prolongando la vida útil de los componentes.

Aplicaciones: Donde brillan las vías enterradas
El enterrado a través de la tecnología es indispensable en industrias que exigen miniaturización, velocidad y confiabilidad.
15G y telecomunicaciones
Las estaciones base y routers 5G requieren PCB que manejen señales de onda mm de 28 ∼ 60 GHz con pérdidas mínimas.

a. Habilitar diseños de más de 10 capas con espaciado de traza estrecho (2 ∼3 milis) para trayectorias de alta frecuencia.
b. Soporte de conjuntos densos de componentes de RF (por ejemplo, amplificadores de potencia, filtros) en recintos compactos.
c. Reducir la pérdida de señal en los circuitos de formación de haz, crítico para extender la cobertura 5G.

2Electrónica de consumo
Los teléfonos inteligentes, los wearables y las tabletas dependen de vías enterradas para empacar más características (cámaras, módems 5G, baterías) en diseños delgados:

a. Un PCB típico para teléfonos inteligentes utiliza 812 capas con cientos de vías enterradas, lo que reduce el grosor en 0,3 mm.
b.Los dispositivos portátiles (por ejemplo, los relojes inteligentes) utilizan vías enterradas para conectar matrices de sensores sin aumentar el tamaño del dispositivo.

3. Dispositivos médicos
Las herramientas médicas miniaturizadas (por ejemplo, endoscopios, marcapasos) exigen PCB que sean pequeños, confiables y biocompatibles:

a. Las vías enterradas permiten PCB de más de 16 capas en endoscopios, sensores de imagen y transmisores de datos en pozos de 10 mm de diámetro.
b.En los marcapasos, las vías enterradas reducen la EMI aislando las huellas de energía de alto voltaje de los circuitos sensibles de detección.

4. Electrónica automotriz
Los sistemas ADAS (Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor) y los sistemas de gestión de la energía de los vehículos eléctricos requieren PCB robustos y compactos:

a. Las vías enterradas conectan 12-20 capas en módulos de radar ADAS, lo que permite el funcionamiento a 77 GHz en espacios reducidos debajo del capó.
b.En los sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos (BMS), las vías enterradas mejoran la conductividad térmica, evitando el sobrecalentamiento en las vías de alta corriente.

Desafíos de fabricación de vías enterradas
Si bien las vías enterradas ofrecen beneficios significativos, su producción es más compleja que las vías tradicionales, lo que requiere precisión y procesos avanzados:
1Alineación de las capas
Las vías enterradas deben alinearse con las almohadillas de destino en capas internas adyacentes dentro de ± 5 μm para evitar aberturas o cortes.

Solución: los fabricantes utilizan sistemas de alineación óptica automatizada (AOI) durante la laminación, con fijaciones de referencia en cada capa para garantizar la precisión.

2. Perforación de precisión
Las vías enterradas requieren diámetros pequeños (0,1 ∼0,3 mm) y altas proporciones de aspecto (profundidad / diámetro = 3: 1 o más), lo que hace que la perforación mecánica sea poco práctica debido al desgaste y la deriva de la herramienta.

Solución: la perforación láser (lasers UV o CO2) logra una precisión de posición de ± 2 μm y agujeros limpios y libres de burrs, críticos para las vías pequeñas en PCB de alta frecuencia.

3. Uniformidad de la chapa
El revestimiento de cobre en el interior de las vías enterradas debe ser uniforme (25μm de espesor) para garantizar la conductividad y la resistencia estructural.

Solución: Revestimiento de cobre sin electrolitos seguido de revestimiento electrolítico, con monitoreo de espesor en tiempo real mediante fluorescencia de rayos X (XRF).

4Costo y complejidad
El enterrado a través de la producción agrega pasos (perforación de pre-laminado, llenado, revestimiento) que aumentan el tiempo de fabricación y el costo en un 20-30% en comparación con los diseños de agujeros.

Solución: los diseños híbridos (que combinan vías enterradas para capas internas y vías ciegas para capas externas) equilibran la densidad y el costo para aplicaciones de gama media.

Mejores prácticas para el enterramiento a través de la aplicación
Para aprovechar las vías enterradas de manera efectiva, siga estas pautas de diseño y fabricación:
1Diseño para la fabricación (DFM)
a. Tamaño de vía versus número de capas: para PCB de más de 10 capas, utilice vias enterradas de 0.15 mm para equilibrar la densidad y la fabricabilidad. Las vías más grandes (0.2 mm) son mejores para placas de 6 8 capas.
b. Espaciado: Mantener 2 ¢ 3x a través del diámetro entre las vías enterradas para evitar problemas de interferencia de señal y revestimiento.
c. Planificación de acumulación: Colocar los planos de potencia/tierra adyacentes a las capas de señal con vías enterradas para mejorar el blindaje y la transferencia térmica.

2Selección del material
a.Substratos: utilizar laminados de alta Tg FR-4 (Tg ≥170°C) o de baja pérdida (por ejemplo, Rogers RO4830) para los diseños de alta frecuencia, ya que resisten la deformación durante la laminación.
b.Materiales de llenado: las vías enterradas llenas de epoxi funcionan para la mayoría de las aplicaciones; el llenado de pasta conductiva es mejor para la gestión térmica en PCB de potencia.

3Control de calidad
a.Inspección: utilizar la inspección de rayos X para verificar mediante el revestimiento, la alineación y el llenado (sin huecos).
b.Ensayo: realizar ensayos de continuidad en el 100% de las vías enterradas utilizando probadores de sonda voladora para capturar aberturas o cortes.

Estudio de caso: Vias enterradas en un PCB 5G de 16 capas
Un fabricante líder de telecomunicaciones necesitaba un PCB de 16 capas para un módulo 5G mmWave, con requisitos:

a. trayectorias de señal de 28 GHz con pérdida < 1 dB por pulgada.
b.Densidad de componentes: más de 200 componentes por pulgada cuadrada (incluidos los BGA de 0,4 mm de tono).
c. espesor: < 2,0 mm.

Solución:

a. Utilizó vías enterradas de 0,2 mm para conectar capas internas de señal (capas 3 ∼14), reduciendo la longitud del camino de la señal en un 40%.
b. Combinado con vías ciegas de 0,15 mm para las capas exteriores (1 ̇2, 15 ̇16) para conectar BGA.
c. vias perforadas por láser con revestimiento de cobre sin electro (30 μm de espesor) y relleno epoxi.

Resultado:

a. Pérdida de señal reducida a 0,8 dB/pulgada a 28 GHz.
b. El espesor de la tabla alcanzado es de 1,8 mm, un 10% por debajo del objetivo.
c. El rendimiento del primer paso mejoró del 65% (usando vías perforadas) al 92% con vías enterradas.

El futuro de los enterrados mediante la tecnología
A medida que el número de capas de PCB aumenta (20+ capas) y los tramos de los componentes se reducen (<0,3 mm), la tecnología enterrada a través de la tecnología evolucionará para satisfacer nuevas demandas:

a.Vías más pequeñas: vias de 0,05 ∼0,1 mm de diámetro, habilitadas mediante perforación láser avanzada.
b.3D integración: vías enterradas combinadas con microvias apiladas para el embalaje 3D, reduciendo el factor de forma en un 50% en los dispositivos IoT.
c.Diseño basado en IA: herramientas de aprendizaje automático para optimizar mediante la colocación, reduciendo el ruido cruzado y los errores de fabricación.

Preguntas frecuentes
P: ¿Cómo difieren las vías enterradas de las vías ciegas?
R: Las vías enterradas solo conectan las capas internas y están completamente ocultas, mientras que las vías ciegas conectan las capas externas a las capas internas y son parcialmente visibles en la superficie de la placa.

P: ¿Son las vías enterradas adecuadas para PCB de alta potencia?
R: Sí, cuando se llenan con pasta conductiva, las vías enterradas mejoran la conductividad térmica y pueden transportar corrientes moderadas (hasta 5A).3 mm+) con chapa de cobre gruesa.

P: ¿Cuál es la prima de coste de las vías enterradas?
R: Las vías enterradas añaden un 20-30% a los costos de los PCB debido a los pasos de procesamiento adicionales, pero esto a menudo se compensa con una reducción del tamaño de la placa y un mejor rendimiento.

P: ¿Se pueden utilizar vias enterradas en PCB flexibles?
R: Sí, pero con precaución. Las vías enterradas en los PCB flexibles (que utilizan sustratos de poliimida) requieren un relleno de epoxi delgado y flexible para evitar grietas durante la flexión.

Conclusión
Enterrado a través de la tecnología es una piedra angular del diseño moderno de PCB multicapa, lo que permite la miniaturización y el rendimiento necesarios para 5G, electrónica médica y automotriz.Aunque existen desafíos en la industria manufacturera, la alineaciónLa precisión de la perforación, el coste y el rendimiento de las máquinas son manejables con procesos avanzados (perforación láser, inspección automatizada) y un diseño bien pensado.

Para los ingenieros, la clave es equilibrar la densidad con la fabricabilidad, aprovechando las vías enterradas para acortar las rutas de señal y el espacio libre sin complicar demasiado la producción.Con el socio y los procesos adecuados, las vías enterradas transforman el diseño de PCB de un factor limitante a una ventaja competitiva.

Las vías enterradas no son sólo una técnica de fabricación, son un catalizador para la innovación, permitiendo a los ingenieros construir más pequeñas y más rápidas.y electrónica más confiable en un mundo cada vez más conectado.