Satu Konsep dasar perforasi

Melalui lubang (VIA) adalah bagian penting dari PCB Multilayer, dan biaya lubang pengeboran biasanya menyumbang 30% hingga 40% dari biaya pembuatan papan PCB. Sederhananya, setiap lubang pada PCB bisa disebut lubang lulus. Dari segi fungsi, lubang dapat dibagi menjadi dua kategori: satu digunakan untuk sambungan listrik antar lapisan; Yang lainnya digunakan untuk fiksasi atau pemosisian perangkat. Dari segi proses, lubang tembus ini umumnya dibagi menjadi tiga kategori, yaitu melalui buta, terkubur melalui dan melalui melalui. Lubang buta terletak di permukaan atas dan bawah papan sirkuit PRINTED dan memiliki kedalaman tertentu untuk menghubungkan sirkuit permukaan ke sirkuit dalam di bawah ini. Kedalaman lubang biasanya tidak melebihi rasio tertentu (bukaan). Lubang terkubur adalah lubang sambungan di lapisan dalam papan sirkuit tercetak yang tidak meluas ke permukaan papan sirkuit tercetak. Dua jenis lubang terletak di lapisan dalam papan sirkuit, yang diselesaikan dengan proses pencetakan lubang tembus sebelum laminasi, dan beberapa lapisan dalam mungkin tumpang tindih selama pembentukan lubang tembus. Jenis ketiga, yang disebut lubang tembus, mengalir melalui seluruh papan sirkuit dan dapat digunakan untuk interkoneksi internal atau sebagai lubang pemasangan dan penempatan komponen. Karena lubang tembus lebih mudah diterapkan dalam proses, biayanya lebih rendah, sehingga sebagian besar papan sirkuit tercetak menggunakannya, daripada dua jenis lubang tembus lainnya. Lubang tembus berikut, tanpa penjelasan khusus, harus dianggap sebagai lubang tembus.

PCB melalui konsep dasar lubang dan pengenalan metode melalui lubang

Dari sudut pandang desain, lubang tembus terutama terdiri dari dua bagian, satu adalah lubang bor di tengah, dan yang lainnya adalah area bantalan di sekitar lubang bor. Ukuran kedua bagian ini menentukan ukuran lubang tembus. Jelas, dalam desain kecepatan tinggi, kepadatan tinggi PCB, perancang selalu menginginkan lubang sekecil mungkin, sampel ini dapat meninggalkan lebih banyak ruang kabel, selain itu, semakin kecil lubangnya, kapasitansi parasitnya sendiri lebih kecil, lebih cocok untuk sirkuit berkecepatan tinggi. Tetapi pengurangan ukuran lubang pada saat yang sama membawa peningkatan biaya, dan ukuran lubang tidak dapat dikurangi tanpa batas, dibatasi oleh pengeboran (bor) dan pelapisan (plating) dan teknologi lainnya: semakin kecil lubang, semakin semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mengebor, semakin mudah menyimpang dari posisi tengah; Ketika kedalaman lubang lebih dari 6 kali diameter lubang, tidak mungkin untuk menjamin pelapisan tembaga yang seragam dari dinding lubang. Misalnya, jika ketebalan (kedalaman lubang tembus) dari papan PCB 6-lapisan normal adalah 50Mil, maka diameter lubang minimum yang dapat disediakan oleh produsen PCB adalah 8Mil. Dengan berkembangnya teknologi laser drilling, ukuran pengeboran juga bisa semakin mengecil. Umumnya diameter lubang kurang dari atau sama dengan 6Mils, kita menyebutnya lubang mikro. Lubang mikro sering digunakan dalam desain HDI (struktur interkoneksi kepadatan tinggi). Teknologi lubang mikro memungkinkan lubang dipukul langsung pada pad (VIA-in-pad), yang sangat meningkatkan kinerja sirkuit dan menghemat ruang kabel.

Lubang tembus pada saluran transmisi merupakan titik putus dari diskontinuitas impedansi, yang akan menyebabkan pantulan sinyal. Umumnya, impedansi ekivalen dari lubang tembus adalah sekitar 12% lebih rendah dari saluran transmisi. Misalnya, impedansi saluran transmisi 50ohm akan berkurang 6 ohm ketika melewati lubang tembus (spesifik juga terkait dengan ukuran lubang tembus dan ketebalan pelat, tetapi bukan penurunan mutlak). Namun, pemantulan yang disebabkan oleh diskontinuitas impedansi melalui lubang sebenarnya sangat kecil, dan koefisien pemantulannya hanya :(44-50)/(44+50) =0.06. Masalah yang ditimbulkan oleh lubang lebih terfokus pada pengaruh kapasitansi dan induktansi parasit.

Kapasitansi parasit dan induktansi melalui lubang

Kapasitansi nyasar parasit ada di lubang itu sendiri. Jika diameter zona ketahanan las lubang pada lapisan peletakan adalah D2, diameter bantalan las adalah D1, ketebalan papan PCB adalah T, dan konstanta dielektrik substrat adalah , kapasitansi parasit lubangnya kira-kira C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Efek utama kapasitansi parasit pada rangkaian adalah memperpanjang waktu naik sinyal dan mengurangi kecepatan rangkaian. Misalnya, untuk papan PCB dengan ketebalan 50Mil, jika diameter bantalan lubang tembus adalah 20Mil (diameter lubang bor adalah 10Mil) dan diameter blok solder adalah 40Mil, kita dapat memperkirakan kapasitansi parasit dari lubang tembus dengan rumus di atas: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) = 0.31pF perubahan waktu naik yang disebabkan oleh kapasitansi kira-kira sebagai berikut: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Dari nilai-nilai tersebut, dapat dilihat bahwa meskipun pengaruh kenaikan delay dan perlambatan disebabkan oleh kapasitansi parasit dari single through- lubang tidak terlalu jelas, jika lubang tembus digunakan untuk berpindah antar lapisan beberapa kali, beberapa lubang tembus akan digunakan. Hati-hati dalam desain Anda. Dalam desain praktis, kapasitansi parasit dapat dikurangi dengan meningkatkan jarak antara lubang dan zona peletakan tembaga (anti-pad) atau dengan mengurangi diameter pad. Dalam desain sirkuit digital berkecepatan tinggi, induktansi parasit melalui lubang lebih berbahaya daripada kapasitansi parasit. Induktansi seri parasitnya akan melemahkan kontribusi kapasitansi bypass dan mengurangi efektivitas penyaringan seluruh sistem tenaga. Kita cukup menghitung induktansi parasit dari pendekatan lubang tembus menggunakan rumus empiris berikut: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Dimana L mengacu pada induktansi lubang, H adalah panjang lubang, dan D adalah diameter lubang pusat. Dapat dilihat dari persamaan bahwa diameter lubang mempunyai pengaruh yang kecil terhadap induktansi, sedangkan panjang lubang mempunyai pengaruh paling besar terhadap induktansi. Masih menggunakan contoh di atas, induktansi keluar dari lubang dapat dihitung sebagai:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Jika waktu naik sinyal adalah 1ns, maka ukuran impedansi ekivalennya adalah: XL=πL/T10-90=3.19 . Impedansi ini tidak dapat diabaikan dengan adanya arus frekuensi tinggi. Secara khusus, kapasitor bypass harus melewati dua lubang untuk menghubungkan lapisan suplai ke formasi, sehingga menggandakan induktansi parasit lubang.

Tiga, cara menggunakan lubang

Melalui analisis karakteristik parasit lubang tembus di atas, kita dapat melihat bahwa dalam desain PCB berkecepatan tinggi, lubang tembus yang tampaknya sederhana sering kali membawa efek negatif yang besar pada desain sirkuit. Untuk mengurangi efek buruk dari efek parasit lubang, kita dapat mencoba melakukan hal berikut dalam desain:

1. Mempertimbangkan biaya dan kualitas sinyal, ukuran lubang yang masuk akal dipilih. Jika perlu, pertimbangkan untuk menggunakan ukuran lubang yang berbeda. Misalnya, untuk kabel daya atau arde, pertimbangkan untuk menggunakan ukuran yang lebih besar untuk mengurangi impedansi, dan untuk kabel sinyal, gunakan lubang yang lebih kecil. Tentu saja, ketika ukuran lubang berkurang, biaya yang terkait akan meningkat.

2. Dua formula yang dibahas di atas menunjukkan bahwa penggunaan papan PCB yang lebih tipis membantu mengurangi dua parameter parasit perforasi.

3. Kabel sinyal pada papan PCB tidak boleh mengubah lapisan sejauh mungkin, artinya, sejauh mungkin tidak menggunakan lubang yang tidak perlu.

4. Pin catu daya dan tanah harus dibor di lubang terdekat, dan ujung antara lubang dan pin harus sesingkat mungkin. Beberapa lubang tembus dapat dipertimbangkan secara paralel untuk mengurangi induktansi ekivalen.

5. Beberapa lubang tanah ditempatkan di dekat lubang lapisan sinyal untuk menyediakan loop terdekat untuk sinyal. Anda bahkan dapat menempatkan banyak lubang tanah tambahan pada PCB. Tentu saja, Anda harus fleksibel dalam desain Anda. Model lubang tembus yang dibahas di atas adalah situasi di mana ada bantalan di setiap lapisan. Terkadang, kita dapat mengurangi atau bahkan menghapus bantalan di beberapa lapisan. Terutama dalam kasus kepadatan lubang yang sangat besar, dapat menyebabkan pembentukan alur sirkuit terputus di lapisan tembaga, untuk mengatasi masalah seperti itu selain memindahkan lokasi lubang, kita juga dapat mempertimbangkan lubang di lapisan tembaga untuk mengurangi ukuran bantalan.

6. Untuk papan PCB berkecepatan tinggi dengan kepadatan lebih tinggi, lubang mikro dapat dipertimbangkan.