אחת מושג בסיסי של ניקוב

חור דרך (VIA) הוא חלק חשוב רב שכבתי PCB, ועלות קידוח חורים מהווה בדרך כלל 30% עד 40% מעלות המחיר לייצור לוח PCB. במילים פשוטות, כל חור ב- PCB יכול להיקרא חור מעבר. מבחינת התפקוד, ניתן לחלק את החור לשתי קטגוריות: האחת משמשת לחיבור החשמלי בין השכבות; השני משמש לקיבוע או מיקום המכשיר. מבחינת התהליך, חורי המעבר הללו מחולקים בדרך כלל לשלוש קטגוריות, כלומר עיוורים דרך, קבורים דרך ודרך דרך. חורים עיוורים ממוקמים על המשטחים העליונים והתחתונים של לוח המעגלים PRINTED ובעלי עומק מסוים לחיבור מעגל פני השטח למעגל הפנימי שמתחת. עומק החורים בדרך כלל אינו חורג מיחס מסוים (צמצם). חורים קבורים הם חורי חיבור בשכבה הפנימית של הלוח המודפס שאינם משתרעים על פני הלוח המודפס. שני סוגי החורים ממוקמים בשכבה הפנימית של הלוח, המסתיים בתהליך הדפוס של החור העובר לפני למינציה, וכמה שכבות פנימיות עשויות להיות חופפות במהלך היווצרות החור העובר. הסוג השלישי, הנקרא חורי דרך, עובר בכל לוח המעגלים וניתן להשתמש בו לחיבורים פנימיים או כחורי הרכבה ואיתור לרכיבים. מכיוון שקל יותר ליישם את החור העובר בתהליך, העלות נמוכה יותר, ולכן רוב הלוחות המודפסים משתמשים בו, ולא בשני סוגי החורים האחרים. החורים הבאים, ללא הסבר מיוחד, ייחשבו כחורים דרך.

קונספט בסיסי של PCB דרך חור ומבוא לשיטת דרך חור

מנקודת מבט עיצובית, חור דרך מורכב בעיקר משני חלקים, האחד הוא חור הקידוח באמצע, והשני הוא אזור הרפידה סביב חור הקידוח. גודל שני החלקים הללו קובע את גודל החור העובר. ברור, בעיצוב PCB במהירות גבוהה וצפיפות גבוהה, המעצב תמיד רוצה את החור קטן ככל האפשר, מדגם זה יכול להשאיר יותר שטח חיווט, בנוסף, ככל שהחור קטן יותר, הקיבול הטפיל שלו קטן יותר, יותר מתאים למעגל במהירות גבוהה. אך הקטנת גודל החור בו זמנית מביאה את עליית העלויות, ולא ניתן להקטין את גודל החור ללא הגבלה, הוא מוגבל על ידי קידוח (מקדחה) וציפוי (ציפוי) וטכנולוגיה אחרת: ככל שהחור קטן יותר, זמן הקידוח ארוך יותר, כך קל יותר לסטות מהמיקום המרכזי; כאשר עומק החור גדול מפי 6 מקוטר החור, אי אפשר להבטיח את ציפוי הנחושת האחיד של קיר החור. לדוגמה, אם העובי (עומק החור) של לוח PCB רגיל בן 6 שכבות הוא 50Mil, אז קוטר החור המינימלי שיצרני PCB יכולים לספק הוא 8Mil. עם התפתחות טכנולוגיית קידוח הלייזר, גם גודל הקידוח יכול להיות קטן יותר ויותר. באופן כללי, קוטר החור קטן או שווה ל -6 מיל, אנו קוראים לו חור מיקרו. מיקרו-חורים משמשים לעתים קרובות בתכנון HDI (מבנה חיבורים בצפיפות גבוהה). טכנולוגיית המיקרו-חור מאפשרת לפגוע בחור ישירות על הרפידה (VIA-in-pad), מה שמשפר מאוד את ביצועי המעגל וחוסך מקום בחיווט.

החור המעבר בקו ההולכה הוא נקודת שבירה של אי רציפות עכבה, מה שיגרום להחזרת האות. בדרך כלל, העכבה המקבילה של החור המעבר נמוכה בכ-12% מזו של קו ההולכה. לדוגמה, העכבה של קו ההולכה של 50 אוהם תקטן ב-6 אוהם כשהוא עובר דרך החור (הספציפי קשור גם לגודל החור המעבר ולעובי הלוח, אך לא לירידה מוחלטת). עם זאת, ההשתקפות הנגרמת מחוסר המשכיות של העכבה דרך החור היא למעשה קטנה מאוד, ומקדם ההשתקפות שלה הוא רק :(44-50)/(44+50) =0.06. הבעיות הנגרמות מהחור מתמקדות יותר בהשפעת הקיבול וההשראות הטפילים.

קיבול טפילי והשראות דרך החור

קיבול התועה הטפילי קיים בחור עצמו. אם קוטר אזור ההתנגדות לריתוך של החור בשכבת הנחת הוא D2, קוטר כרית הריתוך הוא D1, עובי לוח ה-PCB הוא T, והקבוע הדיאלקטרי של המצע הוא ε, הקיבול הטפילי של החור הוא בערך C=1.41εTD1/ (D2-D1).

ההשפעה העיקרית של קיבול טפילי על המעגל היא להאריך את זמן עליית האות ולהפחית את מהירות המעגל. לדוגמה, עבור לוח PCB בעובי של 50Mil, אם הקוטר של משטח החור דרך הוא 20Mil (קוטר הקידוח הוא 10Mils) וקוטר גוש ההלחמה הוא 40Mil, נוכל להעריך את הקיבול הטפילי של החור העובר לפי הנוסחה למעלה: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF השינוי בזמן העלייה הנגרם מהקיבול הוא בערך כדלקמן: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps מערכים אלה, ניתן לראות שלמרות שהשפעת ההשהיה וההאטה הגוברת הנגרמת על ידי קיבול טפילי של דרך יחידה. החור אינו ברור במיוחד, אם החור העובר משמש למעבר בין שכבות למספר פעמים, ישמשו חורים מרובים. היזהר בעיצוב שלך. בתכנון מעשי, ניתן להפחית קיבול טפילי על ידי הגדלת המרחק בין החור לאזור הנחת הנחושת (אנטי רפידה) או על ידי הקטנת קוטר הרפידה. בתכנון של מעגל דיגיטלי במהירות גבוהה, השראות הטפילית של החור המעבר מזיקה יותר מזו של הקיבול הטפילי. השראות הסדרה הטפילית שלו תחליש את התרומה של קיבול המעקפים ותפחית את יעילות הסינון של מערכת החשמל כולה. אנו יכולים פשוט לחשב את השראות הטפילית של קירוב דרך חור באמצעות הנוסחה האמפירית הבאה: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

כאשר L מתייחס לשראות החור, H הוא אורך החור, ו-D הוא קוטר החור המרכזי. ניתן לראות מהמשוואה שלקוטר החור יש השפעה מועטה על השראות, בעוד שלאורך החור יש את ההשפעה הגדולה ביותר על השראות. עדיין באמצעות הדוגמה לעיל, ניתן לחשב את השראות החור מהחור כך:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh אם זמן עליית האות הוא 1ns, אז גודל העכבה המקביל הוא: XL=πL/T10-90=3.19 ω. אי אפשר להתעלם מעכבה זו בנוכחות זרם בתדר גבוה. בפרט, קבל המעקף צריך לעבור דרך שני חורים כדי לחבר את שכבת האספקה ​​למבנה, ובכך להכפיל את ההשראות הטפילית של החור.

שלוש, איך להשתמש בחור

באמצעות הניתוח לעיל של המאפיינים הטפיליים של חורי המעבר, אנו יכולים לראות כי בתכנון PCB במהירות גבוהה, החורים הפשוטים לכאורה מביאים לעתים קרובות השפעות שליליות גדולות על עיצוב המעגל. על מנת להפחית את ההשפעות השליליות של ההשפעה הטפילית של החור, אנו יכולים לנסות לעשות כדלקמן בתכנון:

1. בהתחשב בעלות ובאיכות האות, נבחר גודל חור סביר. במידת הצורך, שקול להשתמש בגדלים שונים של חורים. לדוגמה, עבור כבלי חשמל או קרקע, שקול להשתמש בגדלים גדולים יותר כדי להפחית את העכבה, ולחיווט אותות, השתמש בחורים קטנים יותר. כמובן שככל שיורד גודל החור העלות המתאימה תגדל.

2. שתי הנוסחאות שנדונו לעיל מראות שהשימוש בלוחות PCB דקים יותר עוזר להפחית את שני הפרמטרים הטפיליים של הנקבים.

3. חיווט האותות בלוח ה-PCB לא אמור לשנות שכבות ככל האפשר, כלומר אין להשתמש בחורים מיותרים עד כמה שניתן.

4. יש לקדוח את הפינים של ספק הכוח והאדמה בחור הקרוב ביותר, והעופרת בין החור לפינים צריכה להיות קצרה ככל האפשר. ניתן לשקול מספר חורים דרך במקביל כדי להפחית השראות שווה.

5. כמה חורי קרקע ממוקמים ליד חורי שכבת האותות על מנת לספק את הלולאה הקרובה ביותר לאות. אתה יכול אפילו לשים הרבה חורי קרקע נוספים על הלוח המודרני. כמובן שאתה צריך להיות גמיש בעיצוב שלך. מודל החור הנדון לעיל הוא מצב שבו יש רפידות בכל שכבה. לפעמים, אנו יכולים לצמצם או אפילו להסיר רפידות בשכבות מסוימות. במיוחד במקרה של צפיפות החור גדולה מאוד, היא עלולה להוביל להיווצרות חריץ מעגל מנותק בשכבת הנחושת, כדי לפתור בעיה כזו בנוסף להזיז את מיקום החור, נוכל לשקול גם את החור בשכבת הנחושת כדי להקטין את גודל הכרית.

6. עבור לוחות PCB מהירים עם צפיפות גבוהה יותר, ניתן לשקול חורים מיקרו.