One Basisconcept van perforatie

Through hole (VIA) is een belangrijk onderdeel van Multilayer PCB, en de kosten van het boren van gaten zijn meestal goed voor 30% tot 40% van de kosten van het maken van printplaten. Simpel gezegd, elk gat op een PCB kan een doorgangsgat worden genoemd. Qua functie kan het gat in twee categorieën worden verdeeld: één wordt gebruikt voor de elektrische verbinding tussen lagen; De andere wordt gebruikt voor fixatie of positionering van het apparaat. Qua proces zijn deze doorgaande gaten in het algemeen onderverdeeld in drie categorieën, namelijk blinde via, begraven via en doorgaande via. Blinde gaten bevinden zich aan de boven- en onderkant van de PRINTED-printplaat en hebben een bepaalde diepte om het oppervlaktecircuit te verbinden met het binnenste circuit eronder. De diepte van de gaten overschrijdt meestal een bepaalde verhouding (diafragma) niet. Begraven gaten zijn verbindingsgaten in de binnenste laag van de printplaat die zich niet uitstrekken tot het oppervlak van de printplaat. De twee soorten gaten bevinden zich in de binnenste laag van de printplaat, die wordt voltooid door het doorlopende vormproces vóór het lamineren, en verschillende binnenlagen kunnen elkaar overlappen tijdens de vorming van het doorgaande gat. Het derde type, doorlopende gaten genoemd, loopt door de gehele printplaat en kan worden gebruikt voor interne verbindingen of als montage- en plaatsingsgaten voor componenten. Omdat het doorgaande gat gemakkelijker te implementeren is in het proces, zijn de kosten lager, dus worden de meeste printplaten gebruikt, in plaats van de andere twee soorten doorgaand gat. De volgende doorlopende gaten, zonder speciale uitleg, worden beschouwd als doorgaande gaten.

Basisconcept voor PCB-doorvoer en introductie van de methode voor doorlopende gaten:

Vanuit ontwerpoogpunt bestaat een doorgaand gat hoofdzakelijk uit twee delen, het ene is het boorgat in het midden en het andere is het kussengebied rond het boorgat. De grootte van deze twee delen bepaalt de grootte van het doorgaande gat. Vanzelfsprekend wil de ontwerper bij het ontwerp van hogesnelheidsprintplaten met hoge dichtheid altijd het gat zo klein mogelijk, dit monster kan meer bedradingsruimte achterlaten, bovendien, hoe kleiner het gat, zijn eigen parasitaire capaciteit is kleiner, meer geschikt voor high-speed circuit. Maar de vermindering van de gatgrootte brengt tegelijkertijd de kostenstijging met zich mee, en de grootte van het gat kan niet onbeperkt worden verminderd, het wordt beperkt door boren (boor) en plateren (plating) en andere technologie: hoe kleiner het gat, hoe hoe langer de boortijd, hoe gemakkelijker het is om van de middenpositie af te wijken; Wanneer de diepte van het gat meer dan 6 keer de diameter van het gat is, is het onmogelijk om de uniforme koperbeplating van de gatwand te garanderen. Als de dikte (doorgaande gatdiepte) van een normale 6-laags printplaat bijvoorbeeld 50Mil is, dan is de minimale gatdiameter die PCB-fabrikanten kunnen leveren 8Mil. Met de ontwikkeling van laserboortechnologie kan de boormaat ook steeds kleiner worden. Over het algemeen is de diameter van het gat kleiner dan of gelijk aan 6Mils, we noemen het een microgat. Microgaatjes worden vaak gebruikt in HDI-ontwerp (High Density Interconnect Structure). Microhole-technologie maakt het mogelijk om het gat direct op de pad te slaan (VIA-in-pad), wat de circuitprestaties aanzienlijk verbetert en bedradingsruimte bespaart.

Het doorgaande gat op de transmissielijn is een breekpunt van impedantiediscontinuïteit, die de reflectie van het signaal zal veroorzaken. Over het algemeen is de equivalente impedantie van het doorgaande gat ongeveer 12% lager dan die van de transmissielijn. De impedantie van de 50 ohm transmissielijn zal bijvoorbeeld met 6 ohm afnemen wanneer deze door het doorgaande gat gaat (het specifieke is ook gerelateerd aan de grootte van het doorgaande gat en de plaatdikte, maar geen absolute afname). De reflectie die wordt veroorzaakt door de discontinuïteit van de impedantie door het gat is echter in feite erg klein en de reflectiecoëfficiënt is slechts :(44-50)/(44+50) =0.06. De problemen veroorzaakt door het gat zijn meer gericht op de invloed van parasitaire capaciteit en inductantie.

Parasitaire capaciteit en inductantie door het gat

De parasitaire verdwaalde capaciteit bestaat in het gat zelf. Als de diameter van de lasweerstandszone van het gat op de leglaag D2 is, is de diameter van het laskussen D1, de dikte van de printplaat is T en de diëlektrische constante van het substraat is ε, de parasitaire capaciteit van het gat is ongeveer C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Het belangrijkste effect van parasitaire capaciteit op het circuit is om de stijgtijd van het signaal te verlengen en de circuitsnelheid te verlagen. Bijvoorbeeld, voor een printplaat met een dikte van 50Mil, als de diameter van het doorgaande gat 20Mil is (de diameter van het boorgat is 10Mil) en de diameter van het soldeerblok is 40Mil, kunnen we de parasitaire capaciteit van benaderen het doorgaande gat door de bovenstaande formule: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF de stijgtijdverandering veroorzaakt door capaciteit is ongeveer als volgt: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Uit deze waarden blijkt dat hoewel het effect van stijgende vertraging en vertraging veroorzaakt door parasitaire capaciteit van een enkele gat is niet erg voor de hand liggend, als het doorlopende gat meerdere keren wordt gebruikt om tussen lagen te schakelen, zullen meerdere doorgaande gaten worden gebruikt. Wees voorzichtig in je ontwerp. In praktisch ontwerp kan de parasitaire capaciteit worden verminderd door de afstand tussen het gat en de koperen legzone (anti-pad) te vergroten of door de diameter van de pad te verkleinen. Bij het ontwerp van een snelle digitale schakeling is de parasitaire inductantie van het doorgaande gat schadelijker dan die van de parasitaire capaciteit. De parasitaire serie-inductantie zal de bijdrage van de bypass-capaciteit verzwakken en de filtereffectiviteit van het gehele voedingssysteem verminderen. We kunnen eenvoudig de parasitaire inductantie van een through-hole benadering berekenen met behulp van de volgende empirische formule: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Waar L verwijst naar de inductantie van het gat, is H de lengte van het gat en is D de diameter van het centrale gat. Uit de vergelijking blijkt dat de diameter van het gat weinig invloed heeft op de inductantie, terwijl de lengte van het gat de grootste invloed heeft op de inductantie. Nog steeds met behulp van het bovenstaande voorbeeld, kan de inductantie uit het gat worden berekend als:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Als de signaalstijgtijd 1ns is, dan is de equivalente impedantiegrootte: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Deze impedantie kan niet worden genegeerd in de aanwezigheid van hoogfrequente stroom. In het bijzonder moet de bypass-condensator door twee gaten gaan om de voedingslaag met de formatie te verbinden, waardoor de parasitaire inductantie van het gat wordt verdubbeld.

Drie, hoe het gat te gebruiken?

Door de bovenstaande analyse van de parasitaire kenmerken van de doorgaande gaten, kunnen we zien dat in een high-speed PCB-ontwerp de schijnbaar eenvoudige doorgaande gaten vaak grote negatieve effecten hebben op het circuitontwerp. Om de nadelige effecten van het parasitaire effect van het gat te verminderen, kunnen we in het ontwerp als volgt proberen:

1. Gezien de kosten en de signaalkwaliteit wordt een redelijke gatgrootte gekozen. Overweeg indien nodig gaten van verschillende grootte te gebruiken. Overweeg bijvoorbeeld voor stroom- of aardingskabels grotere maten te gebruiken om de impedantie te verminderen, en gebruik voor signaalbedrading kleinere gaten. Natuurlijk, naarmate de gatgrootte afneemt, zullen de bijbehorende kosten toenemen.

2. De twee hierboven besproken formules laten zien dat het gebruik van dunnere printplaten helpt om de twee parasitaire parameters van de perforaties te verminderen.

3. De signaalbedrading op de printplaat mag niet zo ver mogelijk van laag wisselen, dat wil zeggen, gebruik zo veel mogelijk geen onnodige gaten.

4. De pinnen van de voeding en de grond moeten in het dichtstbijzijnde gat worden geboord en de kabel tussen het gat en de pinnen moet zo kort mogelijk zijn. Meerdere doorgaande gaten kunnen parallel worden overwogen om de equivalente inductantie te verminderen.

5. Sommige grondgaten worden in de buurt van de gaten van signaallagen geplaatst om de dichtstbijzijnde lus voor het signaal te bieden. Je kunt zelfs veel extra grondgaten op de printplaat zetten. Natuurlijk moet je flexibel zijn in je ontwerp. Het hierboven besproken model met doorlopende gaten is een situatie waarbij er in elke laag kussens zijn. Soms kunnen we pads in sommige lagen verminderen of zelfs verwijderen. Vooral in het geval dat de gatdichtheid erg groot is, kan dit leiden tot de vorming van een afgesneden circuitgroef in de koperlaag, om een ​​dergelijk probleem op te lossen, naast het verplaatsen van de locatie van het gat, kunnen we ook het gat overwegen in de koperlaag om de grootte van de pad te verkleinen.

6. Voor high-speed printplaten met een hogere dichtheid kunnen micro-gaten worden overwogen.