Una Concetto di base di perforazione

Il foro passante (VIA) è una parte importante di PCB multistrato, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di schede PCB. In poche parole, ogni foro su un PCB può essere chiamato foro di passaggio. Dal punto di vista funzionale, il foro può essere suddiviso in due categorie: una è utilizzata per il collegamento elettrico tra gli strati; L’altro è utilizzato per il fissaggio o il posizionamento del dispositivo. In termini di processo, questi fori passanti sono generalmente suddivisi in tre categorie, vale a dire via cieca, via interrata e via passante. I fori ciechi si trovano sulle superfici superiore e inferiore del circuito STAMPATO e hanno una certa profondità per collegare il circuito superficiale al circuito interno sottostante. La profondità dei fori di solito non supera un certo rapporto (apertura). I fori interrati sono fori di connessione nello strato interno del circuito stampato che non si estendono alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori si trovano nello strato interno del circuito stampato, che viene completato dal processo di stampaggio a foro passante prima della laminazione, e più strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione del foro passante. Il terzo tipo, chiamato fori passanti, attraversa l’intero circuito stampato e può essere utilizzato per interconnessioni interne o come fori di montaggio e posizionamento per i componenti. Poiché il foro passante è più facile da implementare nel processo, il costo è inferiore, quindi viene utilizzata la maggior parte dei circuiti stampati, piuttosto che gli altri due tipi di foro passante. I seguenti fori passanti, senza particolari spiegazioni, sono da considerarsi come fori passanti.

PCB attraverso il concetto di base del foro e introduzione al metodo del foro passante

Da un punto di vista progettuale, un foro passante è composto principalmente da due parti, una è il foro centrale e l’altra è l’area del cuscinetto attorno al foro. La dimensione di queste due parti determina la dimensione del foro passante. Ovviamente, nella progettazione di PCB ad alta velocità e ad alta densità, il progettista vuole sempre il foro il più piccolo possibile, questo campione può lasciare più spazio di cablaggio, inoltre, più piccolo è il foro, la sua capacità parassita è più piccola, più adatto per circuito ad alta velocità. Ma la riduzione della dimensione del foro allo stesso tempo porta l’aumento dei costi e la dimensione del foro non può essere ridotta senza limiti, è limitata dalla perforazione (trapano) e dalla placcatura (placcatura) e da altre tecnologie: più piccolo è il foro, più maggiore è il tempo di foratura, più facile è deviare dalla posizione centrale; Quando la profondità del foro è superiore a 6 volte il diametro del foro, è impossibile garantire la ramatura uniforme della parete del foro. Ad esempio, se lo spessore (profondità del foro passante) di una normale scheda PCB a 6 strati è 50 Mil, il diametro minimo del foro che i produttori di PCB possono fornire è 8 Mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, anche le dimensioni della perforazione possono essere sempre più piccole. Generalmente, il diametro del foro è inferiore o uguale a 6 Mils, lo chiamiamo microforo. I microfori sono spesso utilizzati nella progettazione HDI (struttura di interconnessione ad alta densità). La tecnologia Microhole consente di colpire il foro direttamente sul pad (VIA-in-pad), il che migliora notevolmente le prestazioni del circuito e consente di risparmiare spazio di cablaggio.

Il foro passante sulla linea di trasmissione è un punto di rottura della discontinuità di impedenza, che causerà la riflessione del segnale. In genere l’impedenza equivalente del foro passante è di circa il 12% inferiore a quella della linea di trasmissione. Ad esempio, l’impedenza della linea di trasmissione da 50 ohm diminuirà di 6 ohm quando passa attraverso il foro passante (la specifica è anche correlata alla dimensione del foro passante e allo spessore della piastra, ma non una diminuzione assoluta). Tuttavia, la riflessione causata dalla discontinuità dell’impedenza attraverso il foro è in realtà molto piccola e il suo coefficiente di riflessione è solo :(44-50)/(44+50) =0.06. I problemi causati dal foro sono più focalizzati sull’influenza della capacità e dell’induttanza parassite.

Capacità parassita e induttanza attraverso il foro

La capacità parassita parassita esiste nel foro stesso. Se il diametro della zona di resistenza di saldatura del foro sullo strato di posa è D2, il diametro del pad di saldatura è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato è ε, la capacità parassita di il foro è approssimativamente C=1.41εTD1/ (D2-D1).

L’effetto principale della capacità parassita sul circuito è quello di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50 Mil, se il diametro del pad del foro passante è 20 Mil (il diametro del foro è 10 Mil) e il diametro del blocco di saldatura è 40 Mil, possiamo approssimare la capacità parassita di il foro passante con la formula sopra: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.040-0.020) = 0.31 pF la variazione del tempo di salita causata dalla capacità è approssimativamente la seguente: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05 ps Da questi valori si può notare che, sebbene l’effetto del ritardo crescente e del rallentamento causato dalla capacità parassita di un singolo foro non è molto evidente, se il foro passante viene utilizzato per passare da uno strato all’altro più volte, verranno utilizzati più fori passanti. Fai attenzione nel tuo design. Nella progettazione pratica, la capacità parassita può essere ridotta aumentando la distanza tra il foro e la zona di posa del rame (anti-pad) o riducendo il diametro del pad. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, l’induttanza parassita del foro passante è più dannosa di quella della capacità parassita. La sua induttanza parassita in serie indebolirà il contributo della capacità di bypass e ridurrà l’efficacia del filtraggio dell’intero sistema di alimentazione. Possiamo semplicemente calcolare l’induttanza parassita di un’approssimazione a foro passante usando la seguente formula empirica: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Dove L si riferisce all’induttanza del foro, H è la lunghezza del foro e D è il diametro del foro centrale. Dall’equazione si può vedere che il diametro del foro ha poca influenza sull’induttanza, mentre la lunghezza del foro ha la maggiore influenza sull’induttanza. Sempre usando l’esempio sopra, l’induttanza fuori dal foro può essere calcolata come:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Se il tempo di salita del segnale è 1ns, la dimensione dell’impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Questa impedenza non può essere ignorata in presenza di corrente ad alta frequenza. In particolare, il condensatore di bypass deve passare attraverso due fori per collegare lo strato di alimentazione alla formazione, raddoppiando così l’induttanza parassita del foro.

Tre, come usare il buco

Attraverso l’analisi di cui sopra delle caratteristiche parassite dei fori passanti, possiamo vedere che nella progettazione di PCB ad alta velocità, i fori passanti apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti negativi dell’effetto parassita del foro, possiamo provare a fare come segue nella progettazione:

1. Considerando il costo e la qualità del segnale, viene selezionata una dimensione del foro ragionevole. Se necessario, considerare l’utilizzo di fori di dimensioni diverse. Ad esempio, per i cavi di alimentazione o di terra, considerare l’utilizzo di dimensioni maggiori per ridurre l’impedenza e per il cablaggio del segnale utilizzare fori più piccoli. Naturalmente, man mano che la dimensione del foro diminuisce, il costo corrispondente aumenterà.

2. Le due formule discusse sopra mostrano che l’uso di schede PCB più sottili aiuta a ridurre i due parametri parassiti delle perforazioni.

3. Il cablaggio del segnale sulla scheda PCB non deve cambiare i livelli il più possibile, vale a dire, non utilizzare fori non necessari il più possibile.

4. I pin dell’alimentatore e la messa a terra devono essere forati nel foro più vicino e il cavo tra il foro e i pin deve essere il più corto possibile. Si possono considerare più fori passanti in parallelo per ridurre l’induttanza equivalente.

5. Alcuni fori di terra sono posizionati vicino ai fori di stratificazione del segnale per fornire il loop più vicino per il segnale. Puoi anche mettere molti fori di messa a terra extra sul PCB. Certo, devi essere flessibile nel tuo design. Il modello a foro passante discusso sopra è una situazione in cui sono presenti imbottiture in ogni strato. A volte, possiamo ridurre o addirittura rimuovere i pad in alcuni strati. Soprattutto nel caso in cui la densità del foro è molto grande, può portare alla formazione di una scanalatura del circuito tagliata nello strato di rame, per risolvere tale problema oltre a spostare la posizione del foro, possiamo anche considerare il foro nello strato di rame per ridurre le dimensioni del pad.

6. Per schede PCB ad alta velocità con densità più elevata, è possibile considerare i microfori.