Une Concept de base de la perforation

Le trou traversant (VIA) est une partie importante de PCB Multilayer, et le coût du perçage des trous représente généralement 30 à 40 % du coût de fabrication des circuits imprimés. En termes simples, chaque trou sur un PCB peut être appelé un trou de passage. En termes de fonction, le trou peut être divisé en deux catégories : l’une est utilisée pour la connexion électrique entre les couches ; L’autre est utilisé pour la fixation ou le positionnement de l’appareil. En termes de procédé, ces trous traversants sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les vias borgnes, les vias enterrés et les vias traversants. Des trous borgnes sont situés sur les surfaces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur pour connecter le circuit de surface au circuit interne ci-dessous. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas un certain rapport (ouverture). Les trous enterrés sont des trous de connexion dans la couche interne de la carte de circuit imprimé qui ne s’étendent pas jusqu’à la surface de la carte de circuit imprimé. Les deux types de trous sont situés dans la couche interne de la carte de circuit imprimé, qui est complétée par le processus de moulage du trou traversant avant la stratification, et plusieurs couches internes peuvent se chevaucher pendant la formation du trou traversant. Le troisième type, appelé trous traversants, traverse toute la carte de circuit imprimé et peut être utilisé pour les interconnexions internes ou comme trous de montage et de positionnement pour les composants. Parce que le trou traversant est plus facile à mettre en œuvre dans le processus, le coût est inférieur, donc la plupart des cartes de circuits imprimés sont utilisées, plutôt que les deux autres types de trou traversant. Les trous traversants suivants, sans explication particulière, doivent être considérés comme des trous traversants.

Concept de base du trou traversant PCB et introduction de la méthode du trou traversant

Du point de vue de la conception, un trou traversant est principalement composé de deux parties, l’une est le trou de perçage au milieu et l’autre est la zone de tampon autour du trou de perçage. La taille de ces deux parties détermine la taille du trou traversant. De toute évidence, dans la conception de circuits imprimés à haute vitesse et haute densité, le concepteur veut toujours que le trou soit aussi petit que possible, cet échantillon peut laisser plus d’espace de câblage, de plus, plus le trou est petit, sa propre capacité parasite est plus petite, plus adapté pour circuit à grande vitesse. Mais la réduction de la taille du trou entraîne en même temps une augmentation des coûts, et la taille du trou ne peut pas être réduite sans limite, elle est limitée par le perçage (perçage) et le placage (placage) et d’autres technologies : plus le trou est petit, plus plus le temps de perçage est long, plus il est facile de s’écarter de la position centrale ; Lorsque la profondeur du trou est supérieure à 6 fois le diamètre du trou, il est impossible de garantir le placage de cuivre uniforme de la paroi du trou. Par exemple, si l’épaisseur (profondeur du trou traversant) d’une carte PCB à 6 couches normale est de 50 mil, alors le diamètre de trou minimum que les fabricants de PCB peuvent fournir est de 8 mil. Avec le développement de la technologie de perçage laser, la taille du perçage peut également être de plus en plus petite. Généralement, le diamètre du trou est inférieur ou égal à 6Mils, on l’appelle micro trou. Les microtrous sont souvent utilisés dans la conception HDI (structure d’interconnexion à haute densité). La technologie Microhole permet de frapper le trou directement sur le pad (VIA-in-pad), ce qui améliore considérablement les performances du circuit et économise de l’espace de câblage.

Le trou traversant sur la ligne de transmission est un point de rupture de discontinuité d’impédance, qui provoquera la réflexion du signal. Généralement, l’impédance équivalente du trou traversant est d’environ 12 % inférieure à celle de la ligne de transmission. Par exemple, l’impédance de la ligne de transmission de 50 ohms diminuera de 6 ohms lorsqu’elle traverse le trou traversant (la spécificité est également liée à la taille du trou traversant et à l’épaisseur de la plaque, mais pas à une diminution absolue). Cependant, la réflexion provoquée par la discontinuité d’impédance à travers le trou est en réalité très faible, et son coefficient de réflexion n’est que de :(44-50)/(44+50) =0.06. Les problèmes causés par le trou sont davantage axés sur l’influence de la capacité et de l’inductance parasites.

Capacité parasite et inductance à travers le trou

La capacité parasite parasite existe dans le trou lui-même. Si le diamètre de la zone de résistance de soudage du trou sur la couche de pose est D2, le diamètre du plot de soudage est D1, l’épaisseur de la carte PCB est T et la constante diélectrique du substrat est , la capacité parasite de le trou est d’environ C=1.41εTD1/ (D2-D1).

L’effet principal de la capacité parasite sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit. Par exemple, pour une carte PCB d’une épaisseur de 50Mil, si le diamètre de la pastille traversante est de 20Mil (le diamètre du trou de forage est de 10Mils) et le diamètre du bloc de soudure est de 40Mil, nous pouvons approximer la capacité parasite de le trou traversant par la formule ci-dessus : C=1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.040-0.020) = 0.31 pF le changement de temps de montée causé par la capacité est à peu près comme suit : T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps A partir de ces valeurs, on peut voir que bien que l’effet du retard croissant et du ralentissement causé par la capacité parasite d’un seul passage le trou n’est pas très évident, si le trou traversant est utilisé pour basculer entre les couches plusieurs fois, plusieurs trous traversants seront utilisés. Soyez prudent dans votre conception. Dans la conception pratique, la capacité parasite peut être réduite en augmentant la distance entre le trou et la zone de pose du cuivre (anti-pad) ou en réduisant le diamètre du plot. Dans la conception d’un circuit numérique à grande vitesse, l’inductance parasite du trou traversant est plus nocive que celle de la capacité parasite. Son inductance série parasite affaiblira la contribution de la capacité de dérivation et réduira l’efficacité de filtrage de l’ensemble du système d’alimentation. On peut calculer simplement l’inductance parasite d’une approximation traversante en utilisant la formule empirique suivante : L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Où L fait référence à l’inductance du trou, H est la longueur du trou et D est le diamètre du trou central. On peut voir à partir de l’équation que le diamètre du trou a peu d’influence sur l’inductance, tandis que la longueur du trou a la plus grande influence sur l’inductance. Toujours en utilisant l’exemple ci-dessus, l’inductance hors du trou peut être calculée comme suit :

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Si le temps de montée du signal est de 1ns, alors la taille d’impédance équivalente est : XL=πL/T10-90=3.19 ω. Cette impédance ne peut être ignorée en présence de courant haute fréquence. En particulier, le condensateur de dérivation doit traverser deux trous pour connecter la couche d’alimentation à la formation, doublant ainsi l’inductance parasite du trou.

Trois, comment utiliser le trou

Grâce à l’analyse ci-dessus des caractéristiques parasites des trous traversants, nous pouvons voir que dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, les trous traversants apparemment simples ont souvent de grands effets négatifs sur la conception du circuit. Afin de réduire les effets néfastes de l’effet parasite du trou, nous pouvons essayer de procéder comme suit dans la conception :

1. Compte tenu du coût et de la qualité du signal, une taille de trou raisonnable est sélectionnée. Si nécessaire, envisagez d’utiliser différentes tailles de trous. Par exemple, pour les câbles d’alimentation ou de terre, envisagez d’utiliser des tailles plus grandes pour réduire l’impédance, et pour le câblage des signaux, utilisez des trous plus petits. Bien entendu, à mesure que la taille du trou diminue, le coût correspondant augmentera.

2. Les deux formules évoquées ci-dessus montrent que l’utilisation de cartes PCB plus fines permet de réduire les deux paramètres parasites des perforations.

3. Le câblage du signal sur la carte PCB ne doit pas changer de couche autant que possible, c’est-à-dire n’utilisez pas autant que possible des trous inutiles.

4. Les broches de l’alimentation et de la terre doivent être percées dans le trou le plus proche, et le fil entre le trou et les broches doit être aussi court que possible. Plusieurs trous traversants peuvent être envisagés en parallèle pour réduire l’inductance équivalente.

5. Certains trous de masse sont placés à proximité des trous de stratification du signal afin de fournir la boucle la plus proche pour le signal. Vous pouvez même mettre beaucoup de trous de masse supplémentaires sur le PCB. Bien sûr, vous devez être flexible dans votre conception. Le modèle de trou traversant discuté ci-dessus est une situation où il y a des plots dans chaque couche. Parfois, nous pouvons réduire ou même supprimer les coussinets dans certaines couches. Surtout dans le cas où la densité de trous est très grande, cela peut conduire à la formation d’un sillon de circuit coupé dans la couche de cuivre, pour résoudre un tel problème en plus de déplacer l’emplacement du trou, nous pouvons également considérer le trou dans la couche de cuivre pour réduire la taille de la pastille.

6. Pour les cartes PCB à haute vitesse avec une densité plus élevée, des micro-trous peuvent être envisagés.