Elegir el tamaño adecuado de la vía es un compromiso entre capacidad de corriente, fabricabilidad y espacio.
- Vías estándar: 0.2mm - 0.5mm (8-20 mils) son comunes para señales.
- Vías de potencia: Vías más grandes (0.5mm+) o matrices de vías pequeñas son preferibles para líneas de potencia para minimizar resistencia e inductancia.
- Metalizado: El metalizado estándar suele ser 25μm (aprox. 1 mil). Un metalizado más grueso aumenta la capacidad sin aumentar el diámetro del taladro.
Múltiples vías
Si una sola vía no soporta la corriente requerida, utiliza el campo Número de Vías. Usar varias vías en paralelo distribuye la corriente y reduce la inductancia total.
Consejo: Cuando uses múltiples vías para corrientes altas, no asumas reparto perfecto; suele ser sensato aplicar un factor de seguridad (p. ej. 80–90%) debido a diferencias térmicas y geométricas.
Definición
Una vía (Vertical Interconnect Access) es un orificio metalizado que conecta capas distintas de una PCB. El rendimiento y la corriente admisible dependen del área de la sección transversal del conductor (el barril de cobre), el entorno térmico y la geometría del metalizado.
Fórmula IPC-2221 (resumen)
Esta calculadora usa la relación empírica IPC-2221 para estimar la corriente en régimen estacionario ($I$):
$$ I = k \cdot (\Delta T)^{0.44} \cdot A^{0.725} $$
Donde:
- k: Constante empírica (0.048 para capas externas, 0.024 para internas). Usamos el valor de capas externas por defecto.
- ΔT: Aumento de temperatura permitido sobre el ambiente (°C).
- A: Área de la sección transversal del conductor (IPC usa históricamente mils²; esta calculadora convierte unidades automáticamente).
Sección transversal — vías metalizadas vs rellenadas
El área relevante es el área de cobre del conductor, no el orificio vacío. Casos comunes:
- Vía metalizada (anular) — barril hueco:
El área de la sección transversal del anillo (usando unidades lineales consistentes) es:
$$ A = \pi\,\bigl(d\,t + t^{2}\bigr) $$
Derivación (anillo)
Comienza con la diferencia de las áreas del círculo exterior e interior. Sea el radio exterior $R_{\mathrm{out}}=d/2 + t$ y el radio interior $R_{\mathrm{in}}=d/2$. Entonces:
$$ A = \pi\left(R_{\mathrm{out}}^{2} - R_{\mathrm{in}}^{2}\right) $$
Sustituye los radios:
$$ A = \pi\left(\left(\frac{d}{2} + t\right)^{2} - \left(\frac{d}{2}\right)^{2}\right) $$
Desarrolla el cuadrado:
$$ A = \pi\left(\frac{d^{2}}{4} + d\,t + t^{2} - \frac{d^{2}}{4}\right) $$
Cancela los términos $d^{2}/4$ y simplifica:
$$ A = \pi\left(d\,t + t^{2}\right) $$
Para vías metalizadas típicas donde $t \ll d$, el término cuadrático es despreciable y la aproximación común es:
$$ A \approx \pi\,d\,t \qquad (\text{cuando } t \ll d) $$
- Vía rellenada (cobre sólido):
Se usa el área completa del círculo:
$$ A = \pi \left(\frac{d}{2}\right)^{2} $$
Nota: Las tablas de IPC-2221 históricamente usan mils². Esta calculadora acepta entradas en mm, μm, mil, etc., y las convierte internamente antes de aplicar la fórmula.
Inductancia e impedancia (orientación HF)
Una estimación sencilla de la inductancia de vía útil hasta bajas GHz es:
$$ L_{\mathrm{nH}} \approx 0.2\,h_{\mathrm{mm}}\,\bigl[1+\ln\bigl(4h_{\mathrm{mm}}/d_{\mathrm{mm}}\bigr)\bigr] $$
Fórmula tomada de High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic (Howard Johnson y Martin Graham).
Donde h (longitud de la vía) y d (diámetro) están en mm y el resultado en nH. Para comportamiento en frecuencia se debe considerar piel, proximidad y herramientas EM para precisión.
Múltiples vías
Como primer orden, la inductancia y el área escalas con el número de vías en paralelo:
$$ L_{\mathrm{total}} \approx \frac{L_{\mathrm{single}}}{N}, \qquad A_{\mathrm{total}} = N\,A_{\mathrm{single}} $$
Estas igualdades asumen vías separadas y reparto uniforme. En práctica mutual coupling y caloración pueden requerir derating o simulación.
Una vía es solo una parte del camino de corriente, así que tiene sentido dimensionarla junto con la calculadora de ancho de pista PCB. Así te aseguras de que pista y vía cumplen el mismo objetivo térmico.
Este modelo tiene limitaciones:
- Solo DC/baja frecuencia: A frecuencias altas el efecto piel reduce el área efectiva y aumenta la resistencia.
- Modelo conservador: IPC-2221 es un estándar antiguo; modelos más modernos como IPC-2152 requieren más entradas pero pueden diferir en resultados.
- Vías aisladas: El cálculo térmico asume aislamiento térmico; vías conectadas a planos grandes disipan mejor y soportan más corriente, mientras que bancos de vías pueden recalentarse.
