Jedna Základní koncept perforace

Průchozí otvor (VIA) je důležitou součástí Vícevrstvá deska plošných spojů, a náklady na vrtání otvorů obvykle tvoří 30% až 40% nákladů na výrobu desek plošných spojů. Jednoduše řečeno, každou díru na desce plošných spojů lze nazvat průchozí dírou. Z hlediska funkce lze otvor rozdělit do dvou kategorií: jedna se používá pro elektrické spojení mezi vrstvami; Druhý slouží k fixaci nebo polohování zařízení. Pokud jde o postup, tyto průchozí otvory jsou obecně rozděleny do tří kategorií, a to zaslepené, zakopané skrz a skrz skrz. Slepé otvory jsou umístěny na horním a dolním povrchu desky PRINTED a mají určitou hloubku pro připojení povrchového obvodu k vnitřnímu obvodu níže. Hloubka otvorů obvykle nepřesahuje určitý poměr (clonu). Zakopané otvory jsou spojovací otvory ve vnitřní vrstvě desky s plošnými spoji, které nepřesahují na povrch desky s plošnými spoji. Tyto dva typy otvorů jsou umístěny ve vnitřní vrstvě desky s plošnými spoji, která je dokončena procesem tvarování průchozím otvorem před laminováním, a několik vnitřních vrstev se může při vytváření průchozího otvoru překrývat. Třetí typ, nazývaný průchozí otvory, prochází celou deskou s obvody a lze jej použít pro vnitřní propojení nebo jako montážní a polohovací otvory pro součásti. Vzhledem k tomu, že průchozí otvor je v tomto procesu snadněji implementovatelný, jsou náklady nižší, takže se používá většina desek s plošnými spoji, spíše než ostatní dva druhy průchozích otvorů. Následující průchozí otvory, bez zvláštního vysvětlení, se považují za průchozí otvory.

Základní koncept DPS přes díru a úvod do metody průchozí díry

Z konstrukčního hlediska se průchozí otvor skládá hlavně ze dvou částí, jedna je vyvrtaná díra uprostřed a druhá oblast podložky kolem vyvrtané díry. Velikost těchto dvou částí určuje velikost průchozího otvoru. Je zřejmé, že při návrhu vysokorychlostních desek plošných spojů s vysokou hustotou chce designér vždy otvor co nejmenší, tento vzorek může ponechat více místa pro zapojení, navíc čím menší je otvor, tím je jeho vlastní parazitická kapacita menší, více vhodné pro vysokorychlostní okruh. Zmenšení velikosti otvoru však zároveň přináší zvýšení nákladů a velikost otvoru nelze neomezeně zmenšovat, je omezena vrtáním (vrtáním) a pokovováním (pokovováním) a dalšími technologiemi: čím menší je otvor, tím čím déle trvá vrtání, tím snazší je odchýlit se od středové polohy; Pokud je hloubka otvoru větší než 6násobek průměru otvoru, není možné zaručit rovnoměrné měděné pokovení stěny otvoru. Pokud je například tloušťka (hloubka průchozího otvoru) běžné 6vrstvé desky PCB 50 Mil, pak minimální průměr otvoru, který mohou výrobci PCB poskytnout, je 8 Mil. S rozvojem technologie laserového vrtání může být i velikost vrtání stále menší. Obecně je průměr otvoru menší nebo roven 6 mil, nazýváme to mikrootvor. Mikrootvory se často používají v designu HDI (high density Interconnect structure). Technologie Microhole umožňuje zasáhnout díru přímo na podložku (VIA-in-pad), což výrazně zlepšuje výkon obvodu a šetří místo na kabeláži.

Průchozí otvor na přenosovém vedení je bod zlomu impedanční diskontinuity, který způsobí odraz signálu. Obecně je ekvivalentní impedance průchozího otvoru asi o 12 % nižší než impedance přenosového vedení. Například impedance 50ohmového přenosového vedení se při průchodu průchozím otvorem sníží o 6 ohmů (konkrétní údaj také souvisí s velikostí průchozího otvoru a tloušťkou desky, ale ne s absolutním poklesem). Odraz způsobený nespojitostí impedance skrz otvor je však ve skutečnosti velmi malý a jeho koeficient odrazu je pouze :(44-50)/(44+50) =0.06. Problémy způsobené dírou jsou více zaměřeny na vliv parazitní kapacity a indukčnosti.

Parazitní kapacita a indukčnost skrz otvor

Parazitická zbloudilá kapacita existuje v samotné díře. Pokud je průměr zóny svařovacího odporu otvoru na pokládací vrstvě D2, průměr svařovací podložky je D1, tloušťka desky plošných spojů je T a dielektrická konstanta substrátu je ε, parazitní kapacita otvor je přibližně C = 1.41εTD1/ (D2-D1).

Hlavním účinkem parazitní kapacity na obvodu je prodloužení doby náběhu signálu a snížení rychlosti obvodu. Například u desky plošných spojů o tloušťce 50 mil., Pokud je průměr podložky průchozího otvoru 20 mil (průměr vrtu je 10 mil) a průměr pájecího bloku je 40 mil, můžeme aproximovat parazitní kapacitu průchozí otvor podle výše uvedeného vzorce: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF změna doby náběhu způsobená kapacitou je zhruba následující: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Z těchto hodnot je vidět, že ačkoliv vliv rostoucího zpoždění a zpomalení způsobené parazitní kapacitou jednoho průchozího otvor není příliš zřejmý, pokud je průchozí otvor použit pro přepínání mezi vrstvami vícekrát, bude použito více průchozích otvorů. Buďte ve svém návrhu opatrní. V praktickém provedení může být parazitní kapacita snížena zvětšením vzdálenosti mezi otvorem a měděnou pokládací zónou (anti-pad) nebo zmenšením průměru podložky. Při návrhu vysokorychlostního digitálního obvodu je parazitní indukčnost průchozího otvoru škodlivější než parazitní kapacita. Jeho parazitní řada indukčnost oslabí příspěvek obtokové kapacity a sníží účinnost filtrování celého energetického systému. Můžeme jednoduše vypočítat parazitní indukčnost aproximace průchozí díry pomocí následujícího empirického vzorce: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Kde L označuje indukčnost otvoru, H je délka otvoru a D je průměr středového otvoru. Z rovnice je vidět, že průměr otvoru má malý vliv na indukčnost, zatímco délka otvoru má největší vliv na indukčnost. Stále s použitím výše uvedeného příkladu lze indukčnost z otvoru vypočítat jako:

L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050/0.010) +1] = 1.015nh Pokud je doba náběhu signálu 1ns, pak ekvivalentní velikost impedance je: XL = πL/T10-90 = 3.19 ω. Tuto impedanci nelze v přítomnosti vysokofrekvenčního proudu ignorovat. Obtokový kondenzátor musí zejména projít dvěma otvory, aby připojil napájecí vrstvu k formaci, čímž se zdvojnásobí parazitní indukčnost otvoru.

Za třetí, jak použít díru

Prostřednictvím výše uvedené analýzy parazitních charakteristik průchozích děr můžeme vidět, že ve vysokorychlostním návrhu DPS přinášejí zdánlivě jednoduché průchozí díry často velké negativní účinky na návrh obvodu. Abychom omezili nepříznivé účinky parazitního efektu otvoru, můžeme se v návrhu pokusit provést následující:

1. Vzhledem k ceně a kvalitě signálu je vybrána rozumná velikost otvoru. V případě potřeby zvažte použití různých velikostí otvorů. Například pro napájecí nebo zemnící kabely zvažte použití větších rozměrů pro snížení impedance a pro signálové kabely použijte menší otvory. Samozřejmě, jak se velikost otvoru zmenšuje, odpovídající náklady porostou.

2. Dva vzorce diskutované výše ukazují, že použití tenčích desek plošných spojů pomáhá snížit dva parazitní parametry perforací.

3. Signální vedení na desce plošných spojů by nemělo měnit vrstvy tak daleko, jak je to možné, to znamená, nepoužívat pokud možno zbytečné otvory.

4. Kolíky napájecího zdroje a zem by měly být vyvrtány v nejbližším otvoru a vedení mezi otvorem a kolíky by mělo být co nejkratší. Souběžně lze uvažovat o více průchozích otvorů, aby se snížila ekvivalentní indukčnost.

5. Některé zemnící otvory jsou umístěny poblíž otvorů vrstvení signálu, aby zajistily nejbližší smyčku pro signál. Na desku plošných spojů můžete dokonce umístit spoustu dalších zemních otvorů. Samozřejmě musíte být ve svém návrhu flexibilní. Výše diskutovaný model průchozí díry je situace, kdy jsou v každé vrstvě podložky. Někdy můžeme v některých vrstvách podložky zmenšit nebo dokonce odstranit. Zvláště v případě, že je hustota otvoru velmi velká, může to vést k vytvoření odříznuté obvodové drážky v měděné vrstvě, k vyřešení takového problému kromě přesunutí umístění otvoru můžeme také zvážit otvor v měděné vrstvě, aby se zmenšila velikost podložky.

6. U vysokorychlostních desek plošných spojů s vyšší hustotou lze uvažovat o mikrootvorech.