jeden Podstawowa koncepcja perforacji

Przez otwór (VIA) jest ważną częścią Wielowarstwowa płytka drukowana, a koszt wiercenia otworów zwykle stanowi od 30% do 40% kosztu wykonania płytki PCB. Mówiąc najprościej, każdy otwór na płytce drukowanej można nazwać otworem przelotowym. Pod względem funkcji otwór można podzielić na dwie kategorie: jedna służy do elektrycznego połączenia między warstwami; Drugi służy do mocowania lub pozycjonowania urządzenia. Z punktu widzenia procesu, te otwory przelotowe są generalnie podzielone na trzy kategorie, a mianowicie przelotka ślepa, przelotka zakopana i przelotka. Otwory zaślepiające znajdują się na górnej i dolnej powierzchni płytki drukowanej i mają określoną głębokość do połączenia obwodu powierzchniowego z obwodem wewnętrznym poniżej. Głębokość otworów zwykle nie przekracza określonego stosunku (apertury). Zakopane otwory to otwory połączeniowe w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej, które nie wystają na powierzchnię płytki drukowanej. Te dwa rodzaje otworów znajdują się w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej, która jest zakończona procesem formowania otworów przelotowych przed laminowaniem, a kilka warstw wewnętrznych może na siebie nachodzić podczas tworzenia otworu przelotowego. Trzeci typ, zwany otworami przelotowymi, przebiega przez całą płytkę drukowaną i może być używany do połączeń wewnętrznych lub jako otwory montażowe i lokalizacyjne dla komponentów. Ponieważ otwór przelotowy jest łatwiejszy do wdrożenia w procesie, koszt jest niższy, więc większość płytek drukowanych jest używana zamiast dwóch pozostałych rodzajów otworów przelotowych. Poniższe otwory przelotowe, bez specjalnego wyjaśnienia, uważa się za otwory przelotowe.

Podstawowa koncepcja PCB przez otwór i wprowadzenie metody przez otwór

Z punktu widzenia projektu, otwór przelotowy składa się głównie z dwóch części, jedna to otwór wiercony w środku, a druga to obszar podkładki wokół otworu. Wielkość tych dwóch części określa wielkość otworu przelotowego. Oczywiście przy projektowaniu szybkiej płytki drukowanej o dużej gęstości projektant zawsze chce, aby otwór był jak najmniejszy, ta próbka może pozostawić więcej miejsca na okablowanie, ponadto im mniejszy otwór, jego własna pojemność pasożytnicza jest mniejsza, więcej nadaje się do szybkiego toru. Ale zmniejszenie rozmiaru otworu jednocześnie powoduje wzrost kosztów, a rozmiaru otworu nie można zmniejszyć bez ograniczeń, jest on ograniczony przez wiercenie (wiercenie) i poszycie (powlekanie) oraz inną technologię: im mniejszy otwór, tym dłużej trwa wiercenie, tym łatwiej jest odejść od pozycji środkowej; Gdy głębokość otworu jest ponad 6 razy większa od średnicy otworu, nie można zagwarantować równomiernego miedziowania ścianki otworu. Na przykład, jeśli grubość (głębokość otworu przelotowego) normalnej 6-warstwowej płytki PCB wynosi 50Mil, to minimalna średnica otworu, jaką mogą zapewnić producenci PCB, wynosi 8Mil. Wraz z rozwojem technologii wiercenia laserowego wielkość wiercenia może być coraz mniejsza. Ogólnie średnica otworu jest mniejsza lub równa 6Mils, nazywamy to mikrootworem. Mikrootwory są często używane w projektowaniu HDI (struktura połączeń o wysokiej gęstości). Technologia mikrootworów umożliwia bezpośrednie uderzenie otworu w podkładkę (VIA-in-pad), co znacznie poprawia wydajność obwodu i oszczędza miejsce na okablowanie.

Otwór przelotowy na linii transmisyjnej jest punktem załamania nieciągłości impedancji, który spowoduje odbicie sygnału. Generalnie równoważna impedancja otworu przelotowego jest o około 12% niższa niż impedancja linii przesyłowej. Na przykład impedancja linii transmisyjnej 50 omów zmniejszy się o 6 omów, gdy przejdzie przez otwór przelotowy (specyfika jest również związana z rozmiarem otworu przelotowego i grubością płyty, ale nie bezwzględnym spadkiem). Jednak odbicie spowodowane nieciągłością impedancji przez otwór jest w rzeczywistości bardzo małe, a jego współczynnik odbicia wynosi tylko :(44-50)/(44+50)=0.06. Problemy powodowane przez dziurę są bardziej skoncentrowane na wpływie pasożytniczej pojemności i indukcyjności.

Pasożytnicza pojemność i indukcyjność przez otwór

Pasożytnicza pojemność błądząca istnieje w samym otworze. Jeżeli średnica strefy oporu spawania otworu na warstwie układanej wynosi D2, średnica podkładki spawalniczej wynosi D1, grubość płytki PCB wynosi T, a stała dielektryczna podłoża wynosi ε, pojemność pasożytnicza otwór ma około C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Głównym efektem pasożytniczej pojemności w obwodzie jest wydłużenie czasu narastania sygnału i zmniejszenie prędkości obwodu. Na przykład dla płytki PCB o grubości 50Mil, jeśli średnica podkładki przelotowej wynosi 20Mil (średnica otworu to 10Mil), a średnica bloku lutowniczego to 40Mil, możemy w przybliżeniu przyjąć pojemność pasożytniczą otwór przelotowy według powyższego wzoru: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF zmiana czasu narastania spowodowana pojemnością jest z grubsza następująca: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Z tych wartości widać, że chociaż efekt narastania opóźnienia i spowolnienia spowodowany pasożytniczą pojemnością pojedynczego otwór nie jest zbyt oczywisty, jeśli otwór przelotowy jest używany do wielokrotnego przełączania między warstwami, zostanie użytych wiele otworów przelotowych. Bądź ostrożny w swoim projekcie. W praktycznej konstrukcji pojemność pasożytniczą można zmniejszyć, zwiększając odległość między otworem a strefą ułożenia miedzi (antypad) lub zmniejszając średnicę podkładki. W projektowaniu szybkiego obwodu cyfrowego indukcyjność pasożytnicza otworu przelotowego jest bardziej szkodliwa niż indukcyjność pasożytnicza. Jego pasożytnicza indukcyjność szeregowa osłabi wkład pojemności obejściowej i zmniejszy skuteczność filtrowania całego systemu elektroenergetycznego. Możemy po prostu obliczyć indukcyjność pasożytniczą aproksymacji przelotowej za pomocą następującego wzoru empirycznego: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Gdzie L odnosi się do indukcyjności otworu, H jest długością otworu, a D jest średnicą centralnego otworu. Z równania wynika, że ​​średnica otworu ma niewielki wpływ na indukcyjność, natomiast długość otworu ma największy wpływ na indukcyjność. Korzystając z powyższego przykładu, indukcyjność z otworu można obliczyć jako:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Jeżeli czas narastania sygnału wynosi 1ns, to równoważny rozmiar impedancji wynosi: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Tej impedancji nie można zignorować w obecności prądu o wysokiej częstotliwości. W szczególności kondensator bocznikujący musi przejść przez dwa otwory, aby połączyć warstwę zasilającą z formacją, podwajając w ten sposób pasożytniczą indukcyjność otworu.

Trzy, jak korzystać z dziury?

Poprzez powyższą analizę pasożytniczych charakterystyk otworów przelotowych, widzimy, że w szybkich projektach PCB pozornie proste otwory przelotowe często przynoszą duże negatywne skutki w projektowaniu obwodów. In order to reduce the adverse effects of the parasitic effect of the hole, we can try to do as follows in the design:

1. Biorąc pod uwagę koszt i jakość sygnału, wybierany jest rozsądny rozmiar otworu. If necessary, consider using different sizes of holes. For example, for power or ground cables, consider using larger sizes to reduce impedance, and for signal wiring, use smaller holes. Of course, as the hole size decreases, the corresponding cost will increase.

2. Dwie omówione powyżej formuły pokazują, że zastosowanie cieńszych płytek PCB pomaga zredukować dwa pasożytnicze parametry perforacji.

3. Okablowanie sygnałowe na płytce PCB nie powinno w miarę możliwości zmieniać warstw, to znaczy nie używać zbędnych otworów w miarę możliwości.

4. Kołki zasilacza i uziemienia należy wywiercić w najbliższym otworze, a przewód między otworem a kołkami powinien być jak najkrótszy. Wiele otworów przelotowych można rozważać równolegle, aby zmniejszyć równoważną indukcyjność.

5. Niektóre otwory uziemienia są umieszczone w pobliżu otworów warstw sygnału, aby zapewnić najbliższą pętlę dla sygnału. Możesz nawet umieścić wiele dodatkowych otworów uziemiających na płytce drukowanej. Oczywiście musisz być elastyczny w swoim projekcie. Omówiony powyżej model przewlekany to sytuacja, w której w każdej warstwie znajdują się podkładki. Czasami możemy zmniejszyć lub nawet usunąć podkładki w niektórych warstwach. Zwłaszcza w przypadku, gdy gęstość otworów jest bardzo duża, może to prowadzić do powstania rowka obwodu odcinającego w warstwie miedzi, aby rozwiązać taki problem oprócz przesunięcia położenia otworu możemy również wziąć pod uwagę otwór w warstwie miedzi, aby zmniejszyć rozmiar podkładki.

6. W przypadku szybkich płytek PCB o większej gęstości można rozważyć mikrootwory.