Jedan Osnovni koncept perforacije

Kroz rupu (VIA) važan je dio Višeslojni PCB, a troškovi bušenja rupa obično čine 30% do 40% troškova izrade PCB ploča. Jednostavno rečeno, svaka rupa na PCB -u može se nazvati prolaznom rupom. U pogledu funkcije, rupa se može podijeliti u dvije kategorije: jedna se koristi za električno povezivanje slojeva; Drugi se koristi za pričvršćivanje ili pozicioniranje uređaja. Što se tiče procesa, ove prolazne rupe su općenito podijeljene u tri kategorije, naime slijepe, zatrpane i prolazne. Slepe rupe se nalaze na gornjoj i donjoj površini štampane ploče i imaju određenu dubinu za povezivanje površinskog kola sa unutrašnjim krugom ispod. Dubina rupa obično ne prelazi određeni omjer (otvor). Ukopane rupe su rupe za povezivanje u unutrašnjem sloju štampane ploče koje se ne protežu do površine štampane ploče. Dvije vrste rupa nalaze se u unutrašnjem sloju ploče, koja je dovršena postupkom oblikovanja kroz rupu prije laminiranja, a nekoliko unutarnjih slojeva može se preklopiti tijekom formiranja prolazne rupe. Treći tip, nazvan prolazni otvor, prolazi kroz cijelu ploču i može se koristiti za unutarnje međusobne veze ili kao montažne i lokacijske rupe za komponente. Budući da je kroz proces lakše implementirati prolazni otvor, troškovi su niži, pa se koristi većina štampanih ploča, a ne druge dvije vrste prolaznih rupa. Sljedeće proreze, bez posebnog objašnjenja, smatrat će se prolazima.

Osnovni koncept PCB kroz rupu i uvod u metodu rupa

Sa stanovišta dizajna, prolazna rupa se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je rupa za bušenje u sredini, a drugi je područje podmetača oko bušotine. Veličina ova dva dijela određuje veličinu prolaznog otvora. Očigledno, u dizajnu brzih PCB-a velike gustoće, dizajner uvijek želi rupu što je moguće manjom, ovaj uzorak može ostaviti više prostora za ožičenje, osim toga, što je rupa manja, vlastiti parazitski kapacitet je manji, više pogodan za krug velike brzine. Ali smanjenje veličine rupe u isto vrijeme donosi i povećanje troškova, a veličina rupe se ne može bezgranično smanjiti, ograničena je bušenjem (bušenjem) i oplatom (plating) i drugom tehnologijom: što je manja rupa, to je što je duže vrijeme potrebno za bušenje, lakše je odstupiti od središnjeg položaja; Kada je dubina rupe više od 6 puta promjera rupe, nemoguće je jamčiti jednoliku bakrenu oblogu stijenke rupe. Na primjer, ako je debljina (dubina otvora) normalne 6-slojne PCB ploče 50 Mil, tada je minimalni promjer rupe koji proizvođači PCB-a mogu osigurati 8 Mil. S razvojem tehnologije laserskog bušenja, veličina bušenja također može biti sve manja. Općenito, promjer rupe je manji ili jednak 6 Mils, mi to nazivamo mikro rupa. Mikrorupe se često koriste u dizajnu HDI (struktura interkonekcije visoke gustine). Microhole tehnologija omogućava da se rupa udari direktno na podlogu (VIA-in-pad), što uvelike poboljšava performanse kola i štedi prostor za ožičenje.

Prolazni otvor na dalekovodu je tačka prekida diskontinuiteta impedanse, koja će uzrokovati refleksiju signala. Generalno, ekvivalentna impedansa prolazne rupe je oko 12% niža od one na dalekovodu. Na primjer, impedancija dalekovoda od 50 oma smanjit će se za 6 oma kada prođe kroz otvor (specifičnost je također povezana s veličinom prolazne rupe i debljinom ploče, ali ne i apsolutno smanjenje). Međutim, refleksija uzrokovana diskontinuitetom impedanse kroz rupu je zapravo vrlo mala, a njen koeficijent refleksije je samo :(44-50)/(44+50) =0.06. Problemi uzrokovani rupom su više usmjereni na utjecaj parazitskog kapaciteta i induktivnosti.

Parazitni kapacitet i induktivnost kroz rupu

Parazitski zalutali kapacitet postoji u samoj rupi. Ako je promjer zone otpora zavarivanja rupe na sloju polaganja D2, promjer podloge za zavarivanje je D1, debljina PCB ploče je T, a dielektrična konstanta podloge je ε, parazitski kapacitet rupa je približno C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Glavni učinak parazitskog kapaciteta na krug je produljenje vremena porasta signala i smanjenje brzine kruga. Na primjer, za PCB ploču debljine 50Mil, ako je prečnik jastučića kroz rupu 20Mil (prečnik bušotine je 10Mil), a prečnik bloka lemljenja je 40Mil, možemo aproksimirati parazitski kapacitet kroz rupu po gornjoj formuli: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF promjena vremena porasta uzrokovana kapacitivnošću je otprilike sljedeća: T10-90 = 2.2c (Z0/2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps Iz ovih vrijednosti se može vidjeti da, iako je učinak porasta kašnjenja i usporavanja uzrokovan parazitskim kapacitetom jednog kroz rupa nije vrlo očita, ako se prolazna rupa koristi za višestruko prebacivanje između slojeva, bit će korišteno više prolaznih rupa. Budite pažljivi u svom dizajnu. U praktičnom dizajnu, parazitski kapacitet se može smanjiti povećanjem udaljenosti između rupe i zone polaganja bakra (anti-pad) ili smanjenjem promjera jastučića. U dizajnu digitalnog kola velike brzine, parazitska induktivnost prolaznog otvora je štetnija od parazitske kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost oslabit će doprinos zaobilaznog kapaciteta i smanjiti učinkovitost filtriranja cijelog elektroenergetskog sustava. Možemo jednostavno izračunati parazitsku induktivnost aproksimacije kroz rupu koristeći sljedeću empirijsku formulu: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Gdje se L odnosi na induktivnost rupe, H je dužina rupe, a D je promjer središnje rupe. Iz jednadžbe se može vidjeti da promjer rupe ima mali utjecaj na induktivitet, dok duljina rupe ima najveći utjecaj na induktivitet. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost iz rupe može se izračunati kao:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Ako je vrijeme porasta signala 1ns, tada je ekvivalentna veličina impedanse: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Ova impedancija se ne može zanemariti u prisustvu visokofrekventne struje. Konkretno, zaobilazni kondenzator mora proći kroz dvije rupe kako bi spojio dovodni sloj s formacijom, udvostručujući parazitsku induktivnost rupe.

Treće, kako koristiti rupu

Kroz gornju analizu parazitnih karakteristika prolaznih rupa, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavne prolazne rupe često donose velike negativne efekte na dizajn kola. Da bismo smanjili štetne efekte parazitskog efekta rupe, možemo pokušati u dizajnu učiniti sljedeće:

1. Uzimajući u obzir cijenu i kvalitet signala, odabire se razumna veličina rupe. Ako je potrebno, razmislite o korištenju rupa različitih veličina. Na primjer, za kablove za napajanje ili uzemljenje razmislite o upotrebi većih veličina za smanjenje impedancije, a za ožičenje signala upotrijebite manje rupe. Naravno, kako se veličina rupe smanjuje, odgovarajući trošak će se povećati.

2. Dvije formule o kojima smo gore govorili pokazuju da upotreba tanjih PCB ploča pomaže u smanjenju dva parazitska parametra perforacija.

3. Signalno ožičenje na PCB ploči ne bi trebalo da menja slojeve što je više moguće, odnosno ne koristite nepotrebne rupe koliko god je to moguće.

4. Igle napajanja i uzemljenje trebaju biti izbušene u najbližoj rupi, a olovo između rupe i igala treba biti što je moguće kraće. Paralelno se mogu razmatrati više prolaznih rupa radi smanjenja ekvivalentne induktivnosti.

5. Neke rupe za uzemljenje postavljaju se u blizini rupa slojevitosti signala kako bi se osigurala najbliža petlja za signal. Možete čak staviti i puno dodatnih rupa za uzemljenje na PCB. Naravno, morate biti fleksibilni u svom dizajnu. Gore opisani model prolaza je situacija u kojoj se u svakom sloju nalaze jastučići. Ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti jastučiće u nekim slojevima. Posebno u slučaju da je gustoća rupe vrlo velika, to može dovesti do stvaranja odsječenog utora strujnog kruga u sloju bakra, kako bi se riješio takav problem osim pomicanja lokacije rupe, možemo uzeti u obzir i rupu u bakrenom sloju kako bi se smanjila veličina jastučića.

6. Za PCB ploče velike brzine sa većom gustinom, mogu se uzeti u obzir mikro rupe.