Uno. El concepto básico de vías

Via es uno de los componentes importantes de PCB multicapa, y el costo de perforación generalmente representa del 30% al 40% del costo de fabricación de PCB. En pocas palabras, cada orificio de la placa de circuito impreso se puede llamar vía.

Desde el punto de vista de la función, las vías se pueden dividir en dos categorías: una se utiliza para conexiones eléctricas entre capas; el otro se utiliza para fijar o posicionar dispositivos.

En términos de proceso, estas vías se dividen generalmente en tres categorías, a saber, vías ciegas, vías enterradas y vías pasantes. Los orificios ciegos se encuentran en las superficies superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen una cierta profundidad. Se utilizan para conectar la línea de la superficie y la línea interior subyacente. La profundidad del agujero no suele superar una determinada relación (apertura). El agujero enterrado se refiere al agujero de conexión ubicado en la capa interior de la placa de circuito impreso, que no se extiende hasta la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de orificios mencionados anteriormente están ubicados en la capa interna de la placa de circuito y se completan mediante un proceso de formación de orificios pasantes antes de la laminación, y varias capas internas pueden superponerse durante la formación de la vía. El tercer tipo se denomina orificio pasante, que penetra en toda la placa de circuito y se puede utilizar para la interconexión interna o como orificio de posicionamiento de montaje de componentes. Debido a que el orificio pasante es más fácil de implementar en el proceso y el costo es menor, la mayoría de las placas de circuito impreso lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de orificios pasantes. Los siguientes orificios de paso, a menos que se especifique lo contrario, se consideran orificios de paso.

Desde el punto de vista del diseño, una vía se compone principalmente de dos partes, una es el orificio de perforación en el medio y la otra es el área de la almohadilla alrededor del orificio de perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño de la vía. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre esperan que cuanto más pequeño sea el orificio de paso, mejor, para poder dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto más pequeño sea el orificio de paso, la capacitancia parásita propia. Cuanto más pequeño es, más adecuado es para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del orificio también conlleva un aumento en el costo, y el tamaño de la vía no se puede reducir indefinidamente. Está restringido por tecnologías de proceso como la perforación y el enchapado: cuanto más pequeño es el orificio, el taladro Cuanto más tiempo tarda el orificio, más fácil es desviarse de la posición central; y cuando la profundidad del orificio excede 6 veces el diámetro del orificio perforado, no se puede garantizar que la pared del orificio se pueda recubrir uniformemente con cobre. Por ejemplo, el grosor (profundidad del orificio pasante) de una placa PCB normal de 6 capas es de aproximadamente 50 mil, por lo que el diámetro mínimo de perforación que los fabricantes de PCB pueden proporcionar solo puede alcanzar los 8 mil.

En segundo lugar, la capacitancia parásita de la vía

La vía en sí tiene una capacitancia parásita a tierra. Si se sabe que el diámetro del orificio de aislamiento en la capa de tierra de la vía es D2, el diámetro de la almohadilla de vía es D1, el grosor de la placa PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es ε, el tamaño de la capacitancia parásita de la vía es aproximadamente: C = 1.41εTD1 / (D2-D1) La capacitancia parásita de la vía hará que el circuito prolongue el tiempo de subida de la señal y reduzca la velocidad del circuito. Por ejemplo, para una placa de circuito impreso con un espesor de 50Mil, si se utiliza una vía con un diámetro interior de 10Mil y un diámetro de pad de 20Mil, y la distancia entre el pad y el área de cobre de tierra es de 32Mil, entonces podemos aproximar la vía. usando la fórmula anterior La capacitancia parásita es aproximadamente: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.032-0.020) = 0.517pF, el cambio de tiempo de subida causado por esta parte de la capacitancia es: T10-90 = 2.2C (Z0 /2)=2.2 x0.517x (55/2) = 31.28ps. Se puede ver a partir de estos valores que aunque el efecto del retardo de subida causado por la capacitancia parásita de una sola vía no es obvio, si la vía se usa varias veces en la traza para cambiar entre capas, el diseñador debe considerar con cuidado.

En tercer lugar, la inductancia parasitaria de la vía

De manera similar, existen inductancias parásitas junto con la capacitancia parásita de las vías. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inductancia parásita de las vías suele ser mayor que el impacto de la capacitancia parásita. Su inductancia en serie parásita debilitará la contribución del condensador de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Simplemente podemos calcular la inductancia parásita aproximada de una vía con la siguiente fórmula: L = 5.08h [ln (4h / d) +1] donde L se refiere a la inductancia de la vía, h es la longitud de la vía, yd es el centro El diámetro del agujero. Puede verse en la fórmula que el diámetro de la vía tiene una pequeña influencia sobre la inductancia, y la longitud de la vía tiene la mayor influencia sobre la inductancia. Aún usando el ejemplo anterior, la inductancia de la vía se puede calcular como: L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050 / 0.010) +1] = 1.015nH. Si el tiempo de subida de la señal es 1ns, entonces su impedancia equivalente es: XL = πL / T10-90 = 3.19Ω. Dicha impedancia ya no puede ignorarse cuando pasan corrientes de alta frecuencia. Se debe prestar especial atención al hecho de que el condensador de derivación debe pasar por dos vías al conectar el plano de potencia y el plano de tierra, de modo que la inductancia parásita de las vías aumentará exponencialmente.

Cuarto, a través del diseño en PCB de alta velocidad.

A través del análisis anterior de las características parásitas de las vías, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, las vías aparentemente simples a menudo traen grandes efectos negativos al diseño de circuitos. Para reducir los efectos adversos provocados por los efectos parasitarios de las vías, en el diseño se puede hacer lo siguiente:

1. Desde la perspectiva del costo y la calidad de la señal, seleccione un tamaño razonable a través de. Por ejemplo, para el diseño de PCB de módulo de memoria de 6-10 capas, es mejor utilizar vías de 10/20 mil (perforadas / almohadilladas). Para algunas tablas de tamaño pequeño de alta densidad, también puede intentar usar 8 / 18Mil. agujero. En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar vías más pequeñas. Para vías de alimentación o de tierra, puede considerar usar un tamaño más grande para reducir la impedancia.

2. De las dos fórmulas discutidas anteriormente se puede concluir que el uso de un PCB más delgado es propicio para reducir los dos parámetros parásitos de la vía.

3. Trate de no cambiar las capas de los rastros de señal en la placa PCB, es decir, trate de no utilizar vías innecesarias.

4. Las clavijas de alimentación y tierra deben perforarse cerca, y el cable entre la vía y la clavija debe ser lo más corto posible, ya que aumentarán la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

5. Coloque algunas vías con conexión a tierra cerca de las vías de la capa de señal para proporcionar el bucle más cercano para la señal. Incluso es posible colocar una gran cantidad de vías de tierra redundantes en la placa PCB. Por supuesto, el diseño debe ser flexible. El modelo de vía discutido anteriormente es el caso en el que hay almohadillas en cada capa. En ocasiones, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas de algunas capas. Especialmente cuando la densidad de las vías es muy alta, puede conducir a la formación de una ranura de rotura que separa el bucle en la capa de cobre. Para solucionar este problema, además de mover la posición de la vía, también podemos considerar colocar la vía sobre la capa de cobre. Se reduce el tamaño de la almohadilla.