Una Concepto básico de perforación

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.

Introducción al concepto básico de orificio pasante de PCB y al método de orificio pasante

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. 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 la reducción del tamaño del orificio al mismo tiempo trae un aumento de 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 cuanto más tiempo se tarda en perforar, más fácil es desviarse de la posición central; 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, si el grosor (profundidad del orificio pasante) de una placa PCB normal de 6 capas es 50 mil, entonces el diámetro mínimo del orificio que los fabricantes de PCB pueden proporcionar es 8 mil. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, el tamaño de la perforación también puede ser cada vez más pequeño. Generalmente, el diámetro del agujero es menor o igual a 6Mils, lo llamamos micro agujero. Los microagujeros se utilizan a menudo en el diseño de HDI (estructura de interconexión de alta densidad). La tecnología de microagujeros permite que el orificio se golpee directamente en la almohadilla (VIA-in-pad), lo que mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra espacio para el cableado.

El orificio pasante en la línea de transmisión es un punto de interrupción de la discontinuidad de impedancia, que provocará el reflejo de la señal. Generalmente, la impedancia equivalente del orificio pasante es aproximadamente un 12% menor que la de la línea de transmisión. Por ejemplo, la impedancia de la línea de transmisión de 50 ohmios disminuirá en 6 ohmios cuando pase a través del orificio pasante (lo específico también está relacionado con el tamaño del orificio pasante y el grosor de la placa, pero no una disminución absoluta). Sin embargo, la reflexión causada por la discontinuidad de la impedancia a través del orificio es realmente muy pequeña y su coeficiente de reflexión es solo: (44-50) / (44 + 50) = 0.06. Los problemas causados ​​por el agujero se centran más en la influencia de la capacitancia e inductancia parásitas.

Capacitancia e inductancia parasitarias a través del orificio.

La capacitancia parásita parásita existe en el agujero mismo. Si el diámetro de la zona de resistencia a la soldadura del orificio en la capa de colocación es D2, el diámetro de la placa de soldadura es D1, el grosor de la placa PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es ε, la capacitancia parásita de el 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 de la almohadilla del orificio pasante es de 20 mil (el diámetro del orificio es de 10 mil) y el diámetro del bloque de soldadura es de 40 mil, podemos aproximar la capacitancia parásita de el orificio pasante por la fórmula anterior: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.040-0.020) = 0.31 pF el cambio de tiempo de subida causado por la capacitancia es aproximadamente el siguiente: T10-90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps A partir de estos valores, se puede ver que aunque el efecto del retardo ascendente y la desaceleración causado por la capacitancia parásita de un solo paso El orificio no es muy obvio, si el orificio pasante se usa para cambiar entre capas varias veces, se usarán múltiples orificios pasantes. Tenga cuidado con su diseño. En el diseño práctico, la capacitancia parásita se puede reducir aumentando la distancia entre el orificio y la zona de colocación de cobre (anti-pad) o reduciendo el diámetro del pad. En el diseño de un circuito digital de alta velocidad, la inductancia parásita del orificio pasante es más dañina que la 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 empírica: L = 5.08h [ln (4h / d) +1]

Donde L se refiere a la inductancia del orificio, H es la longitud del orificio y D es el diámetro del orificio 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.

Tres, cómo usar el agujero.

A través del análisis anterior de las características parásitas de los orificios pasantes, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los orificios pasantes aparentemente simples a menudo traen grandes efectos negativos al diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos del efecto parásito del agujero, podemos intentar hacer lo siguiente en el diseño:

1. Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se selecciona un tamaño de orificio razonable. Si es necesario, considere usar diferentes tamaños de orificios. Por ejemplo, para cables de alimentación o de tierra, considere la posibilidad de utilizar tamaños más grandes para reducir la impedancia y, para el cableado de señales, utilice orificios más pequeños. Por supuesto, a medida que disminuye el tamaño del orificio, aumentará el costo correspondiente.

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

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

4. Los pines de la fuente de alimentación y la tierra deben perforarse en el orificio más cercano, y el cable entre el orificio y los pines debe ser lo más corto posible. Se pueden considerar múltiples orificios pasantes en paralelo para reducir la inductancia equivalente.

5. Algunos orificios en el suelo se colocan cerca de los orificios de las capas 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.

6. Para placas de circuito impreso de alta velocidad con mayor densidad, se pueden considerar los microagujeros.