un Concepto básico de perforación

O burato pasante (VIA) é unha parte importante do PCB multicapa, e o custo de perforar buratos adoita representar do 30% ao 40% do custo da fabricación de placas de PCB. Simplificando, cada burato dun PCB pode denominarse burato de paso. En canto á función, o burato pódese dividir en dúas categorías: unha úsase para a conexión eléctrica entre capas; O outro úsase para a fixación ou o posicionamento do dispositivo. En termos de proceso, estes buratos pasantes xeralmente divídense en tres categorías, a saber, vía cega, vía enterrada e vía vía. Os buracos cegos están situados nas superficies superior e inferior da placa de circuíto PRINTED e teñen unha certa profundidade para conectar o circuíto superficial ao circuíto interno de abaixo. A profundidade dos buratos normalmente non supera unha determinada proporción (apertura). Os buratos enterrados son buratos de conexión na capa interna da placa de circuíto impreso que non se estenden á superficie da placa de circuíto impreso. Os dous tipos de buratos localízanse na capa interna da placa de circuíto, que se completa co proceso de moldura por burato pasante antes da laminación e pódense superpoñer varias capas internas durante a formación do burato pasante. O terceiro tipo, chamado buratos pasantes, percorre toda a placa de circuíto e pode usarse para interconexións internas ou como buratos de montaxe e localización de compoñentes. Debido a que o burato pasante é máis doado de implementar no proceso, o custo é menor, polo que a maioría das placas de circuítos impresos úsano en lugar dos outros dous tipos de burato pasante. Os seguintes buratos pasantes, sen explicacións especiais, consideraranse buratos pasantes.

Concepto básico de PCB a través do buraco e introdución do método de través do burato

Desde o punto de vista do deseño, un burato pasante está composto principalmente por dúas partes, unha é a broca no medio e a outra é a zona de almofada ao redor do broca. O tamaño destas dúas partes determina o tamaño do burato pasante. Obviamente, no deseño de PCB de alta velocidade e alta densidade, o deseñador sempre quere que o burato sexa o máis pequeno posible, esta mostra pode deixar máis espazo para o cableado. Ademais, canto menor sexa o burato, a súa propia capacidade parasitaria é menor, máis adecuado para circuítos de alta velocidade. Pero a redución do tamaño do burato ao mesmo tempo trae un aumento do custo, e o tamaño do burato non se pode reducir sen límite, está limitado pola perforación (brocadura) e o chapado (chapado) e outras tecnoloxías: canto menor sexa o burato, máis máis tempo se tarda en perforar, máis fácil é desviarse da posición central; Cando a profundidade do burato é máis de 6 veces o diámetro do burato, é imposible garantir o revestimento de cobre uniforme da parede do burato. Por exemplo, se o grosor (profundidade do burato pasante) dunha placa de PCB normal de 6 capas é de 50Mil, o diámetro mínimo do burato que poden proporcionar os fabricantes de PCB é de 8Mil. Co desenvolvemento da tecnoloxía de perforación láser, o tamaño da perforación tamén pode ser cada vez menor. Xeralmente, o diámetro do buraco é inferior ou igual a 6 Mils, chamámoslle micro burato. Os microburacos úsanse a miúdo no deseño HDI (estrutura de interconexión de alta densidade). A tecnoloxía microhole permite golpear o burato directamente sobre a almofada (VIA-in-pad), o que mellora moito o rendemento do circuíto e aforra espazo no cableado.

O burato pasante da liña de transmisión é un punto de interrupción da discontinuidade da impedancia, o que provocará a reflexión do sinal. Xeralmente, a impedancia equivalente do burato pasante é aproximadamente un 12% inferior á da liña de transmisión. Por exemplo, a impedancia da liña de transmisión de 50ohm diminuirá 6 ohm cando pasa polo burato pasante (o específico tamén está relacionado co tamaño do burato pasante e o grosor da placa, pero non unha diminución absoluta). Non obstante, a reflexión causada pola descontinuidade da impedancia a través do burato é en realidade moi pequena e o seu coeficiente de reflexión é só :(44-50)/(44+50) =0.06. Os problemas causados ​​polo burato están máis centrados na influencia da capacitancia e inductancia parasitarias.

Capacitancia e indutancia parasitarias polo burato

A capacitancia perdida parasitaria existe no propio buraco. Se o diámetro da zona de resistencia de soldeo do burato na capa de colocación é D2, o diámetro da almofada de soldadura é D1, o grosor da placa PCB é T e a constante dieléctrica do substrato é ε, a capacidade parasitaria de o burato é aproximadamente C=1.41εTD1/ (D2-D1).

O principal efecto da capacidade parasitaria no circuíto é prolongar o tempo de subida do sinal e reducir a velocidade do circuíto. Por exemplo, para unha placa PCB cun grosor de 50 mil, se o diámetro da almofada do orificio pasante é de 20 mil (o diámetro do pozo é de 10 mil) e o diámetro do bloque de soldadura é de 40 mil, podemos aproximar a capacidade parasitaria de o burato pasante pola fórmula anterior: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.040-0.020) = 0.31 pF o cambio de tempo de subida causado pola capacidade é aproximadamente o seguinte: T10-90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps A partir destes valores, pódese ver que, aínda que o efecto do atraso ascendente e da desaceleración causado pola capacidade parasitaria dun só paso o burato non é moi obvio, se o burato pasante se usa para cambiar entre capas varias veces, usaranse varios buratos pasantes. Teña coidado no seu deseño. No deseño práctico, a capacidade parasitaria pode reducirse aumentando a distancia entre o burato e a zona de colocación de cobre (anti-almofada) ou reducindo o diámetro da almofada. No deseño do circuíto dixital de alta velocidade, a inductancia parasitaria do orificio pasante é máis prexudicial que a da capacidade parasitaria. A súa indutancia parásita en serie debilitará a contribución da capacidade de derivación e reducirá a eficacia de filtrado de todo o sistema de enerxía. Simplemente podemos calcular a inductancia parasitaria dunha aproximación por burato pasante usando a seguinte fórmula empírica: L = 5.08h [ln (4h / d) +1]

Onde L refírese á inductancia do buraco, H é a lonxitude do burato e D é o diámetro do burato central. Pola ecuación pódese ver que o diámetro do burato ten pouca influencia sobre a inductancia, mentres que a lonxitude do burato ten a maior influencia sobre a inductancia. Aínda usando o exemplo anterior, a inductancia fóra do burato pódese calcular como:

L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050 / 0.010) +1] = 1.015 nh Se o tempo de subida do sinal é 1ns, entón o tamaño de impedancia equivalente é: XL = πL / T10-90 = 3.19 ω. Esta impedancia non se pode ignorar en presenza de corrente de alta frecuencia. En particular, o condensador de derivación ten que pasar por dous buratos para conectar a capa de subministración á formación, duplicando así a indutancia parasitaria do burato.

Tres, como usar o burato

A través da análise anterior das características parasitarias dos orificios pasantes, podemos ver que no deseño de PCB de alta velocidade, os orificios pasantes aparentemente sinxelos adoitan ter grandes efectos negativos no deseño do circuíto. Para reducir os efectos adversos do efecto parasitario do burato, podemos intentar facer o seguinte no deseño:

1. Tendo en conta o custo e a calidade do sinal, selecciónase un tamaño de burato razoable. Se é necesario, considere usar diferentes tamaños de buratos. Por exemplo, para os cables de alimentación ou de terra, considere usar tamaños maiores para reducir a impedancia, e para o cableado de sinal, use buratos máis pequenos. Por suposto, a medida que o tamaño do burato diminúe, o custo correspondente aumentará.

2. As dúas fórmulas comentadas anteriormente mostran que o uso de placas de PCB máis delgadas axuda a reducir os dous parámetros parasitarios das perforacións.

3. O cableado de sinal na placa PCB non debería cambiar as capas na medida do posible, é dicir, non use buratos innecesarios na medida do posible.

4. Os pinos da fonte de alimentación e do chan deben perforarse no burato máis próximo e o cable entre o burato e os pinos debe ser o máis curto posible. Pódense considerar varios buratos pasantes en paralelo para reducir a inductancia equivalente.

5. Algúns buracos de chan colócanse preto dos buracos de capa de sinal para proporcionar o bucle máis próximo ao sinal. Incluso podes poñer moitos buratos de chan extra no PCB. Por suposto, debes ser flexible no teu deseño. O modelo de burato pasante comentado anteriormente é unha situación na que hai almofadas en cada capa. Ás veces, podemos reducir ou incluso eliminar almofadas nalgunhas capas. Especialmente no caso de que a densidade do burato sexa moi grande, pode levar á formación dunha ranura de circuíto cortada na capa de cobre, para solucionar este problema ademais de mover a situación do burato, tamén podemos considerar o burato na capa de cobre para reducir o tamaño da almofada.

6. Para placas PCB de alta velocidade con maior densidade, pódense considerar micro-buratos.