Un Concepte bàsic de perforació

El forat passant (VIA) és una part important de PCB multicapa, i el cost de la perforació de forats sol representar el 30% al 40% del cost de fabricació de taulers de PCB. En poques paraules, cada forat d’un PCB es pot anomenar forat de pas. En termes de funció, el forat es pot dividir en dues categories: una s’utilitza per a la connexió elèctrica entre capes; L’altre s’utilitza per a la fixació o posicionament de dispositius. Pel que fa al procés, aquests forats passants generalment es divideixen en tres categories, és a dir, via cega, via enterrada i via transitòria. Els forats cecs es troben a la superfície superior i inferior de la placa de circuit PRINTED i tenen una certa profunditat per connectar el circuit superficial al circuit interior inferior. La profunditat dels forats normalment no supera una determinada proporció (obertura). Els forats enterrats són forats de connexió a la capa interna de la placa de circuits impresos que no s’estenen a la superfície de la placa de circuits impresos. Els dos tipus de forats es troben a la capa interna de la placa de circuit, que es completa amb el procés de modelat de forats passants abans de la laminació, i es poden superposar diverses capes interiors durant la formació del forat passant. El tercer tipus, anomenat forats passants, travessa tota la placa de circuits i es pot utilitzar per a interconnexions internes o com a forats de muntatge i localització de components. Com que el forat passant és més fàcil d’implementar en el procés, el cost és inferior, de manera que s’utilitzen la majoria de plaques de circuits impresos en lloc dels altres dos tipus de forats passants. Els següents forats passants, sense una explicació especial, es consideraran forats passants.

PCB mitjançant el concepte bàsic del forat i la introducció del mètode del forat

Des del punt de vista del disseny, un forat de pas es compon principalment de dues parts, una és el forat al mig i l’altra és la zona del coixinet al voltant del forat. La mida d’aquestes dues parts determina la mida del forat passant. Viouslybviament, en el disseny de PCB d’alta velocitat i alta densitat, el dissenyador sempre vol que el forat sigui el més petit possible, aquesta mostra pot deixar més espai de cablejat, a més, com més petit sigui el forat, la seva pròpia capacitat paràsita sigui menor, més apte per a circuits d’alta velocitat. Però la reducció de la mida del forat al mateix temps comporta un augment de costos i la mida del forat no es pot reduir sense límit, es limita mitjançant la perforació (perforació) i el revestiment (revestiment) i altres tecnologies: com més petit sigui el forat, més temps es triga a perforar, més fàcil serà desviar-se de la posició central; Quan la profunditat del forat és més de 6 vegades el diàmetre del forat, és impossible garantir el revestiment de coure uniforme de la paret del forat. Per exemple, si el gruix (profunditat del forat) d’una placa de PCB normal de 6 capes és de 50 mil, el diàmetre mínim del forat que poden proporcionar els fabricants de PCB és de 8 mil. Amb el desenvolupament de la tecnologia de perforació làser, la mida de la perforació també pot ser cada cop més petita. En general, el diàmetre del forat és inferior o igual a 6 Mils, l’anomenem microforat. Els microforats s’utilitzen sovint en el disseny HDI (estructura d’interconnexió d’alta densitat). La tecnologia Microhole permet colpejar el forat directament al coixinet (VIA-in-pad), cosa que millora molt el rendiment del circuit i estalvia espai de cablejat.

El forat passant a la línia de transmissió és un punt de ruptura de discontinuïtat de la impedància, que provocarà la reflexió del senyal. En general, la impedància equivalent del forat passant és aproximadament un 12% inferior a la de la línia de transmissió. Per exemple, la impedància de la línia de transmissió de 50ohm disminuirà 6 ohm quan travessa el forat passant (l’específic també està relacionat amb la mida del forat passant i el gruix de la placa, però no una disminució absoluta). Tanmateix, la reflexió causada per la discontinuïtat de la impedància a través del forat és realment molt petita i el seu coeficient de reflexió només és: (44-50)/(44+50) = 0.06. Els problemes causats pel forat estan més centrats en la influència de la capacitat i la inductància paràsits.

Capacitat i inductància paràsits a través del forat

La capacitat paràsita perduda existeix al mateix forat. Si el diàmetre de la zona de resistència a la soldadura del forat de la capa de col·locació és D2, el diàmetre del coixinet de soldadura és D1, el gruix de la placa PCB és T i la constant dielèctrica del substrat és ε, la capacitat paràsita de el forat és aproximadament C=1.41εTD1/ (D2-D1).

El principal efecte de la capacitat paràsita al circuit és allargar el temps de pujada del senyal i reduir la velocitat del circuit. Per exemple, per a una placa PCB amb un gruix de 50 mil, si el diàmetre del coixinet del forat passant és de 20 mil (el diàmetre del forat és de 10 mil) i el diàmetre del bloc de soldadura és de 40 mil, podem aproximar la capacitat paràsit de el forat passant per la fórmula anterior: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.040-0.020) = 0.31 pF el canvi de temps de pujada causat per la capacitat és aproximadament el següent: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps A partir d’aquests valors, es pot veure que, tot i que l’efecte del retard i la desacceleració de l’augment causats per la capacitat paràsita d’un sol pas- El forat no és molt evident, si el forat passant s’utilitza per canviar entre capes diverses vegades, s’utilitzaran múltiples forats. Aneu amb compte en el vostre disseny. En el disseny pràctic, la capacitat paràsitca es pot reduir augmentant la distància entre el forat i la zona de col·locació de coure (anti-coixinet) o reduint el diàmetre del coixinet. En el disseny de circuits digitals d’alta velocitat, la inductància parasitària del forat passant és més perjudicial que la de la capacitat parasitària. La seva inductància de sèries paràsites debilitarà l’aportació de la capacitat de derivació i reduirà l’eficàcia de filtratge de tot el sistema d’energia. Simplement podem calcular la inductància parasitària d’una aproximació de forat passant mitjançant la fórmula empírica següent: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

On L es refereix a la inductància del forat, H és la longitud del forat i D és el diàmetre del forat central. Es pot veure per l’equació que el diàmetre del forat té poca influència sobre la inductància, mentre que la longitud del forat té la major influència sobre la inductància. Encara utilitzant l’exemple anterior, la inductància fora del forat es pot calcular com:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Si el temps de pujada del senyal és 1ns, aleshores la mida d’impedància equivalent és: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Aquesta impedància no es pot ignorar en presència de corrent d’alta freqüència. En particular, el condensador de derivació ha de passar per dos forats per connectar la capa de subministrament a la formació, duplicant així la inductància paràsita del forat.

Tres, com utilitzar el forat

Mitjançant l’anàlisi anterior de les característiques paràsites dels forats de pas, podem veure que en el disseny de PCB d’alta velocitat, els forats de pas aparentment senzills sovint aporten grans efectes negatius al disseny del circuit. Per reduir els efectes adversos de l’efecte parasitari del forat, podem intentar fer el següent al disseny:

1. Tenint en compte el cost i la qualitat del senyal, es selecciona una mida de forat raonable. Si cal, considereu l’ús de diferents mides de forats. Per exemple, per als cables d’alimentació o de terra, considereu utilitzar mides més grans per reduir la impedància i, per al cablejat del senyal, utilitzeu forats més petits. Per descomptat, a mesura que disminueix la mida del forat, augmentarà el cost corresponent.

2. Les dues fórmules comentades anteriorment mostren que l’ús de plaques de PCB més primes ajuda a reduir els dos paràmetres paràsits de les perforacions.

3. El cablejat del senyal de la placa PCB no ha de canviar de capes tant com sigui possible, és a dir, no utilitzeu forats innecessaris en la mesura del possible.

4. Els passadors de la font d’alimentació i el terra s’han de perforar al forat més proper i el cable entre el forat i els passadors ha de ser el més curt possible. Es poden considerar múltiples forats passants en paral·lel per reduir la inductància equivalent.

5. Alguns forats de terra es col·loquen a prop dels forats de capes de senyal per tal de proporcionar el bucle més proper per al senyal. Fins i tot podeu posar molts forats de terra addicionals al PCB. Per descomptat, cal ser flexible en el disseny. El model de forats passants comentat anteriorment és una situació en què hi ha coixinets a cada capa. De vegades, podem reduir o fins i tot eliminar coixinets d’algunes capes. Especialment en el cas que la densitat del forat sigui molt gran, pot provocar la formació d’una ranura de circuit tallat a la capa de coure, per resoldre aquest problema a més de moure la ubicació del forat, també podem considerar el forat a la capa de coure per reduir la mida del coixinet.

6. Per a taules PCB d’alta velocitat amb densitat més alta, es poden considerar micro-forats.