El orificio pasante (VIA) es una parte importante de PCB multicapa, y el costo de perforar agujeros generalmente representa del 30% al 40% del costo de fabricación de placas PCB. En pocas palabras, cada orificio de una placa de circuito impreso se puede llamar orificio de paso. En términos de función, el agujero se puede dividir en dos categorías: una se utiliza para la conexión eléctrica entre capas; El otro se utiliza para la fijación o el posicionamiento del dispositivo.

En términos del proceso, estos orificios pasantes se dividen generalmente en tres categorías, a saber, vía ciega, vía enterrada y vía pasante. Los orificios ciegos están ubicados en las superficies superior e inferior de la placa de circuito IMPRESO y tienen una cierta profundidad para conectar el circuito de superficie al circuito interno de abajo. La profundidad de los agujeros no suele superar una determinada relación (apertura). Los orificios enterrados son orificios de conexión en la capa interna de la placa de circuito impreso que no se extienden hasta la superficie de la placa de circuito impreso. Los dos tipos de orificios están ubicados en la capa interna de la placa de circuito, que se completa con el proceso de moldeo del orificio pasante antes de la laminación, y varias capas internas pueden superponerse durante la formación del orificio pasante. El tercer tipo, llamado orificios pasantes, atraviesa toda la placa de circuito y se puede utilizar para interconexiones internas o como orificios de montaje y ubicación para componentes. Debido a que el orificio pasante es más fácil de implementar en el proceso, el costo es menor, por lo que la mayoría de las placas de circuito impreso se utilizan en él, en lugar de los otros dos tipos de orificios pasantes. Los siguientes agujeros pasantes, sin explicación especial, se considerarán agujeros pasantes.

¿Cuánto sabe sobre el agujero de diseño de PCB?

Desde el punto de vista del diseño, un orificio pasante 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, como se muestra en la figura siguiente. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del orificio pasante. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, el diseñador siempre quiere que el orificio sea lo más pequeño posible, esta muestra puede dejar más espacio para el cableado, además, cuanto más pequeño es el orificio, su propia capacitancia parásita es más pequeña, más Adecuado para circuito de alta velocidad. Pero el tamaño del orificio disminuye al mismo tiempo que aumenta el costo, y el tamaño del orificio no se puede reducir sin límite, está limitado por la perforación (taladro) y el enchapado (enchapado) y otra tecnología: cuanto más pequeño es el orificio, el más tiempo se tarda en perforar, más fácil es desviarse del centro; Cuando la profundidad del agujero es más de 6 veces el diámetro del agujero, es imposible garantizar el recubrimiento de cobre uniforme de la pared del agujero. Por ejemplo, el grosor normal actual (profundidad del orificio pasante) de una placa PCB 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. La capacitancia parásita del orificio en sí existe hasta el suelo, si el diámetro del orificio de aislamiento es D2, el diámetro de la almohadilla del orificio es D1, el grosor de la placa PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es ε, la capacitancia parásita del agujero es aproximadamente: C = 1.41εTD1 / (D2-D1)

El principal efecto de la capacitancia parásita en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Por ejemplo, para una placa PCB con un grosor de 50 mil, si el diámetro interior del orificio es de 10 mil, el diámetro de la almohadilla es de 20 mil y la distancia entre la almohadilla y el piso de cobre es de 32 mil, podemos aproximar la capacitancia parásita. del agujero utilizando la fórmula anterior: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.032-0.020) = 0.517pF, la variación del tiempo de subida causada por esta parte de la capacitancia es: T10-90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2.2 × 0.517x (55 / 2) = 31.28 ps. A partir de estos valores, está claro que aunque el efecto de la capacitancia parásita de un solo orificio en el retardo de subida no es obvio, los diseñadores deben tener cuidado si se utilizan múltiples orificios para la conmutación de capa a capa.

En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la inductancia parásita de la inductancia parásita a través del orificio es a menudo mayor que el impacto de la capacitancia parásita. Su inductancia en serie parásita debilitará la contribución de la capacitancia de derivación y reducirá la eficacia de filtrado de todo el sistema de energía. Simplemente podemos calcular la inductancia parásita de una aproximación de orificio pasante usando la siguiente fórmula: L = 5.08h [ln (4h / d) +1] donde L se refiere a la inductancia del orificio pasante, h es la longitud del orificio pasante. agujero, y D es el diámetro del agujero central. Puede verse en la ecuación que el diámetro del agujero tiene poca influencia sobre la inductancia, mientras que la longitud del agujero tiene la mayor influencia sobre la inductancia. Aún usando el ejemplo anterior, la inductancia fuera del orificio 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 el tamaño de impedancia equivalente es: XL = πL / T10-90 = 3.19 ω. Esta impedancia no se puede ignorar en presencia de corriente de alta frecuencia. En particular, el condensador de derivación tiene que pasar a través de dos orificios para conectar la capa de suministro a la formación, duplicando así la inductancia parásita del orificio.

A través del análisis anterior de las características parásitas del orificio, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, el orificio aparentemente simple a menudo trae grandes efectos negativos al diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos del efecto parásito del agujero, podemos hacer todo lo posible en el diseño: 1. De los dos aspectos del costo y la calidad de la señal, elija un tamaño razonable del agujero. Por ejemplo, para 6-10 capas de diseño de PCB de módulo de MEMORIA, es mejor elegir 10/20 mil (perforación / almohadilla) a través del orificio, para algunas placas de tamaño pequeño de alta densidad, también puede intentar usar 8 / 18mil a través el agujero. Con la tecnología actual, sería difícil utilizar agujeros más pequeños. Para la fuente de alimentación o el cable a tierra, se puede considerar usar un tamaño más grande para reducir la impedancia.

2. Las dos fórmulas discutidas anteriormente muestran que el uso de placas PCB más delgadas ayuda a reducir los dos parámetros parásitos a través de los orificios.

3. El cableado de señal en la placa PCB no debe cambiar la capa en la medida de lo posible, es decir, tratar de no utilizar agujeros innecesarios.

4. Las clavijas de la fuente de alimentación y la tierra deben perforarse cerca. Cuanto más corto sea el cable entre las clavijas y los orificios, mejor, porque conducirán a un aumento de la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

5. Coloque algunos orificios de conexión a tierra cerca de los orificios del cambio de capa de señal para proporcionar el bucle más cercano para la señal. Incluso puede colocar muchos orificios de tierra adicionales en la PCB. Por supuesto, debe ser flexible en su diseño. El modelo de orificio pasante discutido anteriormente es una situación en la que hay almohadillas en cada capa. A veces, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas en algunas capas. Especialmente en el caso de que la densidad del orificio sea muy grande, puede conducir a la formación de una ranura de circuito de corte en la capa de cobre, para resolver dicho problema, además de mover la ubicación del orificio, también podemos considerar el orificio en la capa de cobre para reducir el tamaño de la almohadilla.