yksi Perforoinnin peruskäsite

Läpireikä (VIA) on tärkeä osa Monikerroksinen PCBja reikien porauskustannukset ovat yleensä 30-40% PCB -levyjen valmistuskustannuksista. Yksinkertaisesti sanottuna, jokainen piirilevyn reikä voidaan kutsua läpivientireiäksi. Toiminnallisesti reikä voidaan jakaa kahteen luokkaan: toista käytetään kerrosten väliseen sähköliitäntään; Toista käytetään laitteen kiinnittämiseen tai paikannukseen. Prosessin kannalta nämä läpireiät on yleensä jaettu kolmeen luokkaan, nimittäin sokea kautta, haudattu kautta ja kautta. Sokeat reiät sijaitsevat PRINTED -piirilevyn ylä- ja alapinnalla, ja niillä on tietty syvyys pintapiirin liittämiseksi alla olevaan sisäpiiriin. Reikien syvyys ei yleensä ylitä tiettyä suhdetta (aukko). Haudatut reiät ovat piirilevyn sisäkerroksen liitosreikiä, jotka eivät ulotu piirilevyn pintaan. Kaksi reiätyyppiä sijaitsevat piirilevyn sisäkerroksessa, joka viimeistellään läpirei’itysprosessilla ennen laminointia, ja useat sisäkerrokset voivat olla päällekkäisiä läpireiän muodostumisen aikana. Kolmas tyyppi, jota kutsutaan läpireikiksi, kulkee koko piirilevyn läpi ja sitä voidaan käyttää sisäisiin liitäntöihin tai komponenttien asennus- ja paikannusreikiin. Koska läpivientireikä on helpompi toteuttaa prosessissa, kustannukset ovat pienemmät, joten useimmat painetut piirilevyt käyttävät sitä eikä kahden muun tyyppistä läpireikää. Seuraavia läpireikiä pidetään ilman erityisiä selityksiä läpireikinä.

Piirilevyn läpiviennin peruskäsite ja läpireiän menetelmän esittely

Suunnittelun kannalta läpimenevä reikä koostuu pääasiassa kahdesta osasta, joista toinen on porausreikä keskellä ja toinen porausreiän ympärillä. Näiden kahden osan koko määrittää läpireiän koon. On selvää, että suurten nopeiden ja tiheiden piirilevyjen suunnittelussa suunnittelija haluaa aina reiän mahdollisimman pieneksi, tämä näyte voi jättää enemmän johdotustilaa, lisäksi mitä pienempi reikä, sen oma loiskapasitanssi on pienempi, enemmän sopii nopeaan piiriin. Mutta reiän koon pienentäminen tuo samalla kustannusten nousun, eikä reiän kokoa voida pienentää rajattomasti, sitä rajoittavat poraus (pora) ja pinnoitus (pinnoitus) ja muu tekniikka: mitä pienempi reikä, sitä mitä kauemmin poraamiseen kuluu aikaa, sitä helpompi on poiketa keskiasennosta; Kun reiän syvyys on yli 6 kertaa reiän halkaisija, on mahdotonta taata reiän seinän tasaista kuparipinnoitusta. Esimerkiksi, jos normaalin 6-kerroksisen piirilevyn paksuus (läpireiän syvyys) on 50 mil, niin pienin reiän halkaisija, jonka piirilevyjen valmistajat voivat tarjota, on 8 miljoonaa. Laserporaustekniikan kehityksen myötä poraus voi myös olla pienempi ja pienempi. Yleensä reiän halkaisija on pienempi tai yhtä suuri kuin 6 Mils, kutsumme sitä mikroreikään. Mikroreikiä käytetään usein HDI (high density Interconnect structure) -suunnittelussa. Microhole-teknologia mahdollistaa reiän osumisen suoraan tyynyyn (VIA-in-pad), mikä parantaa huomattavasti piirin suorituskykyä ja säästää johtotilaa.

Siirtolinjan läpivientireikä on impedanssin epäjatkuvuuspiste, joka aiheuttaa signaalin heijastumisen. Yleensä läpivientireiän vastaava impedanssi on noin 12% pienempi kuin siirtojohdon. Esimerkiksi 50 ohmin siirtolinjan impedanssi pienenee 6 ohmilla, kun se kulkee läpireiän läpi (ominaisuus liittyy myös läpireiän kokoon ja levyn paksuuteen, mutta ei absoluuttiseen laskuun). Kuitenkin impedanssin epäjatkuvuuden aiheuttama heijastus reiän läpi on itse asiassa hyvin pieni, ja sen heijastuskerroin on vain: (44-50)/(44+50) = 0.06. Reiän aiheuttamat ongelmat keskittyvät enemmän loiskapasitanssin ja induktanssin vaikutukseen.

Parasiittinen kapasitanssi ja induktanssi reiän läpi

Loinen eksyvä kapasitanssi on olemassa itse reiässä. Jos kerroskerroksen reiän hitsausvastusvyöhykkeen halkaisija on D2, hitsaustyynyn halkaisija on D1, piirilevyn paksuus on T ja alustan dielektrisyysvakio on ε, loiskapasitanssi reikä on suunnilleen C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Loiskapasitanssin pääasiallinen vaikutus piiriin on pidentää signaalin nousuaikaa ja pienentää piirin nopeutta. Esimerkiksi PCB-levylle, jonka paksuus on 50Mil, jos läpimenevän reiän tyynyn halkaisija on 20Mil (porareiän halkaisija on 10Mil) ja juotoslohkon halkaisija on 40Mil, voimme arvioida loiskapasitanssin läpimenevä reikä yllä olevan kaavan mukaan: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.040-0.020) = 0.31pF kapasitanssin aiheuttama nousuajan muutos on suunnilleen seuraava: T10-90 = 2.2c (Z0/2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps Näistä arvoista voidaan nähdä, että vaikka yksittäisen läpiviennin loiskapasitanssin aiheuttaman kasvavan viiveen ja hidastumisen vaikutus reikä ei ole kovin ilmeinen, jos läpimenevää reikää käytetään vaihtamiseen kerrosten välillä useita kertoja, käytetään useita läpimeneviä reikiä. Ole varovainen suunnittelussasi. Käytännössä parasiittikapasitanssia voidaan vähentää lisäämällä reiän ja kuparin asettamisalueen (anti-pad) välistä etäisyyttä tai pienentämällä tyynyn halkaisijaa. Suurnopeuksisen digitaalisen piirin suunnittelussa läpireiän loisinduktanssi on haitallisempi kuin loiskapasitanssi. Sen lois -sarjan induktanssi heikentää ohituskapasitanssin vaikutusta ja heikentää koko sähköjärjestelmän suodatustehokkuutta. Voimme yksinkertaisesti laskea läpireiän lähentämisen parasiittisen induktanssin käyttämällä seuraavaa empiiristä kaavaa: L = 5.08h [ln (4h/d) +1]

Kun L viittaa reiän induktanssiin, H on reiän pituus ja D on keskireiän halkaisija. Yhtälöstä voidaan nähdä, että reiän halkaisijalla on vähän vaikutusta induktanssiin, kun taas reiän pituudella on suurin vaikutus induktanssiin. Edelleen käyttämällä yllä olevaa esimerkkiä, reiän induktanssi voidaan laskea seuraavasti:

L=5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050/0.010) +1] = 1.015 nh Jos signaalin nousuaika on 1 ns, vastaava impedanssikoko on: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Tätä impedanssia ei voida sivuuttaa suurtaajuisen virran läsnä ollessa. Erityisesti ohituskondensaattorin on läpäistävä kaksi reikää syöttökerroksen yhdistämiseksi muodostumiseen, mikä kaksinkertaistaa reiän loisinduktanssin.

Kolmanneksi, miten reikää käytetään

Yllä olevan läpivientireikien parasiittisten ominaisuuksien analyysin avulla voimme nähdä, että nopeassa piirilevysuunnittelussa näennäisesti yksinkertaiset läpimenevät reiät tuovat usein suuria negatiivisia vaikutuksia piirisuunnitteluun. Vähentääksemme reiän loisvaikutuksen haitallisia vaikutuksia, voimme yrittää tehdä suunnittelussa seuraavaa:

1. Kustannukset ja signaalin laatu huomioon ottaen valitaan kohtuullinen reiän koko. Harkitse tarvittaessa erikokoisten reikien käyttöä. Harkitse esimerkiksi teho- tai maakaapeleissa suurempia kokoja impedanssin vähentämiseksi ja signaalijohdotuksessa pienempiä reikiä. Tietenkin, kun reiän koko pienenee, vastaavat kustannukset kasvavat.

2. Edellä käsitellyt kaksi kaavaa osoittavat, että ohuempien piirilevylevyjen käyttö auttaa vähentämään rei’itysten kahta loisparametria.

3. Piirilevyn signaalijohdotus ei saa vaihtaa kerroksia niin pitkälle kuin mahdollista, eli älä käytä tarpeettomia reikiä mahdollisimman pitkälle.

4. Virtalähteen ja maan nastat tulee porata lähimpään reikään ja reiän ja nastojen välisen johdon tulee olla mahdollisimman lyhyt. Useita läpireikiä voidaan harkita rinnakkain vastaavan induktanssin vähentämiseksi.

5. Jotkut maadoitusreiät on sijoitettu signaalikerroksen reikien lähelle signaalin lähimmän silmukan aikaansaamiseksi. Voit jopa laittaa paljon ylimääräisiä maareikiä piirilevyyn. Tietenkin sinun on oltava joustava suunnittelussa. Edellä käsitelty läpimenevä malli on tilanne, jossa jokaisessa kerroksessa on tyynyjä. Joskus voimme vähentää tai jopa poistaa tyynyjä joissakin kerroksissa. Erityisesti silloin, kun reiän tiheys on erittäin suuri, se voi johtaa katkaisupiirin uran muodostumiseen kuparikerroksessa, jotta voimme ratkaista tällaisen ongelman reiän sijainnin siirtämisen lisäksi kuparikerroksessa tyynyn koon pienentämiseksi.

6. Suuremman tiheyden suurille nopeille piirilevyille voidaan harkita mikroreikiä.