¿Por qué las vías se colocan de esta manera en una PCB?

Anillo de tierra

Alrededor de la PCB y, a veces, las áreas dentro de la PCB, están rodeadas por un anillo de pistas que está conectado a GND. Ese anillo existe en todas las capas de PCB y está conectado junto con un montón de vías.

Para explicar lo que hace esto, necesito describir lo que sucede cuando no tienes el anillo de tierra. Digamos que en la Capa 2 tienes un plano de tierra. En la capa 1, tiene un rastro de señal que llega hasta el borde del plano de tierra y recorre varias pulgadas a lo largo del borde. Este rastro de señal está técnicamente directamente sobre el plano de tierra, pero justo en el borde. En este caso, esa traza irradiará más EMI que otras huellas, además, la impedancia de la traza no estaría tan bien controlada. Simplemente moviendo la traza hacia adentro, para que no esté en el borde del plano de tierra, solucionará el problema. Cuanto más "hacia adentro" lo mueva, mejor, pero la mayoría de los diseñadores de PCB lo moverán al menos 0,050 pulgadas.

Hay problemas similares cuando tienes un avión de potencia. El plano de potencia debe moverse hacia atrás desde el borde del plano GND.

Hacer cumplir estas reglas, que las trazas no pueden estar dentro de 0.050" del borde de un plano, es difícil en la mayoría de los paquetes de software de PCB. No es imposible, pero la mayoría de los diseñadores de PCB son perezosos y no quieren configurar estas reglas complicadas. Además, esto significa que hay áreas de la PCB que simplemente están vacías de rastros útiles.

Una solución a esto es colocar un anillo de tierra y unirlo todo con vías. Esto evitará automáticamente que otras señales entren en esa área de la PCB, pero también proporcionará una mejor prevención de EMI que simplemente mover las pistas hacia atrás. Para el plano de potencia, esto también obliga al plano de potencia a retroceder desde el borde (ya que acaba de colocar un rastro GND allí).

Orificios de montaje

En la mayoría de los casos, desea conectar sus orificios de montaje a GND. Esto es por motivos de EMI y ESD. Sin embargo, los tornillos son realmente malos para las PCB. Digamos que tiene un orificio pasante chapado normal que está conectado a su plano de tierra. El tornillo mismo puede destruir el revestimiento dentro del agujero. La cabeza del tornillo puede destruir la almohadilla en la superficie de la PCB. Y la fuerza de aplastamiento puede destruir el plano GND cerca del tornillo. Las probabilidades de que algo de esto suceda son raras, pero muchos EE han tenido suficientes problemas con esto para encontrar soluciones.

(Debo tener en cuenta que la destrucción del revestimiento y/o la almohadilla generalmente da como resultado que se suelten motas de metal y se produzca un cortocircuito en algo importante).

La solución es esta: agregue vías alrededor del orificio de montaje para conectar las almohadillas al plano GND. Múltiples vías le brindan cierta redundancia y reducen la inductancia / impedancia de todo. Dado que la vía no está debajo de la cabeza del tornillo, es menos probable que se aplaste. Luego, el orificio de montaje se puede quitar el recubrimiento, lo que reduce la posibilidad de que las escamas de metal sueltas produzcan un cortocircuito.

Esta técnica no es infalible, pero funciona mejor que un simple orificio de montaje enchapado. Parece que cada diseñador de PCB tiene un método diferente para hacer esto, pero el pensamiento básico detrás de esto es prácticamente el mismo.

Siempre desea tener la mayor cantidad de plano de tierra sólido posible. Las capas internas pueden tener islas de tierra separadas, por lo que deben estar conectadas a todos los planos/islas juntas.

Sin embargo, hay dos cosas más importantes:

1. evitar tener un bucle de tierra y
2. evitar tener una antena de tierra.

Es por eso que agrega tantas vías como sea posible y también "cose" la PCB.

Los VIA en los orificios de montaje están ahí para reducir el costo de mano de obra del ensamblaje de la placa. Si observa detenidamente, verá que los orificios de montaje no están enchapados y que hay un pequeño espacio entre los orificios y el interior de la almohadilla.

Para soldar a través de los componentes del agujero, las placas pasan por una máquina de soldadura por ondas. Si los orificios de montaje están enchapados, deben enmascararse en la parte inferior con cinta kapton, por ejemplo. Esto evitará que la soldadura suba por el orificio de montaje, pero aumentará el costo de mano de obra del ensamblaje.

Usando los VIA en las almohadillas de los orificios de montaje, permita que los orificios de montaje no estén enchapados y aún tengan las almohadillas conectadas al plano de tierra. En la parte inferior, las almohadillas de los orificios de montaje están cubiertas con la máscara de soldadura. De esta forma, no es necesario enmascararlos antes de pasar por la máquina de soldadura por ola. Cuando la placa de circuito impreso se instala en un gabinete, la cabeza del tornillo hará contacto eléctrico con la almohadilla superior del orificio de montaje y el gabinete.