Um Conceito básico de perfuração

Orifício de passagem (VIA) é uma parte importante do PCB multicamada, e o custo de fazer furos geralmente é responsável por 30% a 40% do custo de fabricação de placas de PCB. Simplificando, cada orifício em um PCB pode ser chamado de orifício de passagem. Em termos de função, o furo pode ser dividido em duas categorias: uma é usada para a conexão elétrica entre as camadas; O outro é usado para fixação ou posicionamento do dispositivo. Em termos de processo, estes furos de passagem dividem-se geralmente em três categorias, nomeadamente via cega, via enterrada e via soterrada. Os orifícios cegos estão localizados nas superfícies superior e inferior da placa de circuito IMPRESSO e têm uma certa profundidade para conectar o circuito da superfície ao circuito interno abaixo. A profundidade dos furos geralmente não excede uma certa proporção (abertura). Os orifícios enterrados são orifícios de conexão na camada interna da placa de circuito impresso que não se estendem até a superfície da placa de circuito impresso. Os dois tipos de orifícios estão localizados na camada interna da placa de circuito, que é completada pelo processo de moldagem através do orifício antes da laminação, e várias camadas internas podem ser sobrepostas durante a formação do orifício. O terceiro tipo, chamado de orifícios de passagem, percorre toda a placa de circuito e pode ser usado para interconexões internas ou como orifícios de montagem e localização para componentes. Como o orifício de passagem é mais fácil de implementar no processo, o custo é menor, então a maioria das placas de circuito impresso é usado nele, ao invés dos outros dois tipos de orifício. Os furos passantes a seguir, sem explicação especial, devem ser considerados como furos passantes.

Conceito básico de furo passante de PCB e introdução do método de furo passante

Do ponto de vista do projeto, um orifício de passagem é composto principalmente de duas partes, uma é o orifício de perfuração no meio e a outra é a área de apoio ao redor do orifício de perfuração. O tamanho dessas duas peças determina o tamanho do orifício de passagem. Obviamente, no projeto de PCB de alta velocidade e alta densidade, o projetista sempre quer o orifício o menor possível, esta amostra pode deixar mais espaço de fiação, além disso, quanto menor o orifício, sua própria capacitância parasita é menor, mais adequado para circuito de alta velocidade. Mas a redução do tamanho do furo traz, ao mesmo tempo, o aumento de custo, e o tamanho do furo não pode ser reduzido sem limite, é limitado pela perfuração (broca) e metalização (metalização) e outras tecnologias: quanto menor o furo, o quanto mais tempo leva para perfurar, mais fácil é desviar da posição central; Quando a profundidade do furo é mais de 6 vezes o diâmetro do furo, é impossível garantir o revestimento de cobre uniforme da parede do furo. Por exemplo, se a espessura (profundidade do orifício) de uma placa de PCB de 6 camadas normal for 50Mil, o diâmetro mínimo do orifício que os fabricantes de PCB podem fornecer é 8Mil. Com o desenvolvimento da tecnologia de perfuração a laser, o tamanho da perfuração também pode ser cada vez menor. Geralmente, o diâmetro do furo é menor ou igual a 6Mils, chamamos de micro furo. Microfuros são freqüentemente usados ​​em projetos de HDI (estrutura de interconexão de alta densidade). A tecnologia de microfuros permite que o orifício seja atingido diretamente no pad (VIA-in-pad), o que melhora muito o desempenho do circuito e economiza espaço de fiação.

O orifício na linha de transmissão é um ponto de interrupção da descontinuidade da impedância, que causará a reflexão do sinal. Geralmente, a impedância equivalente do orifício de passagem é cerca de 12% menor do que a da linha de transmissão. Por exemplo, a impedância da linha de transmissão de 50 ohm diminuirá em 6 ohm quando ela passar pelo orifício de passagem (o específico também está relacionado ao tamanho do orifício de passagem e à espessura da placa, mas não é uma diminuição absoluta). No entanto, a reflexão causada pela descontinuidade da impedância através do orifício é realmente muito pequena, e seu coeficiente de reflexão é apenas: (44-50) / (44 + 50) = 0.06. Os problemas causados ​​pelo furo estão mais focados na influência da capacitância e indutância parasitas.

Capacitância e indutância parasitas através do orifício

A capacitância parasita parasita existe no próprio orifício. Se o diâmetro da zona de resistência de soldagem do orifício na camada de colocação for D2, o diâmetro da almofada de soldagem será D1, a espessura da placa de PCB será T e a constante dielétrica do substrato é ε, a capacitância parasita de o furo é de aproximadamente C = 1.41εTD1 / (D2-D1).

O principal efeito da capacitância parasita no circuito é prolongar o tempo de aumento do sinal e reduzir a velocidade do circuito. Por exemplo, para uma placa de PCB com uma espessura de 50Mil, se o diâmetro da almofada do orifício for 20Mil (o diâmetro do furo é 10Mil) e o diâmetro do bloco de solda é 40Mil, podemos aproximar a capacitância parasita de o orifício de passagem pela fórmula acima: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.040-0.020) = 0.31pF a mudança do tempo de subida causada pela capacitância é aproximadamente a seguinte: T10-90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps A partir desses valores, pode-se ver que embora o efeito do aumento do atraso e da desaceleração causado pela capacitância parasita de um único canal orifício não é muito óbvio, se o orifício de passagem for usado para alternar entre as camadas várias vezes, vários orifícios de passagem serão usados. Seja cuidadoso em seu design. Na concepção prática, a capacitância parasita pode ser reduzida aumentando a distância entre o orifício e a zona de colocação de cobre (anti-almofada) ou reduzindo o diâmetro da almofada. No projeto de circuito digital de alta velocidade, a indutância parasita do orifício de passagem é mais prejudicial do que a da capacitância parasita. Sua indutância em série parasita enfraquecerá a contribuição da capacitância de desvio e reduzirá a eficácia de filtragem de todo o sistema de energia. Podemos simplesmente calcular a indutância parasita de uma aproximação através do orifício usando a seguinte fórmula empírica: L = 5.08h [ln (4h / d) +1]

Onde L se refere à indutância do furo, H é o comprimento do furo e D é o diâmetro do furo central. Pode-se perceber pela equação que o diâmetro do furo tem pouca influência na indutância, enquanto o comprimento do furo tem maior influência na indutância. Ainda usando o exemplo acima, a indutância para fora do orifício pode ser calculada como:

L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050 / 0.010) +1] = 1.015nh Se o tempo de aumento do sinal for 1ns, então o tamanho da impedância equivalente é: XL = πL / T10-90 = 3.19 ω. Esta impedância não pode ser ignorada na presença de corrente de alta frequência. Em particular, o capacitor de desvio tem que passar por dois orifícios para conectar a camada de alimentação à formação, dobrando assim a indutância parasita do orifício.

Três, como usar o buraco

Através da análise acima das características parasitas dos orifícios de passagem, podemos ver que no projeto de PCB de alta velocidade, os orifícios aparentemente simples geralmente trazem grandes efeitos negativos ao projeto do circuito. A fim de reduzir os efeitos adversos do efeito parasitário do buraco, podemos tentar fazer o seguinte no projeto:

1. Considerando o custo e a qualidade do sinal, um tamanho de orifício razoável é selecionado. Se necessário, considere o uso de furos de tamanhos diferentes. Por exemplo, para cabos de alimentação ou aterramento, considere o uso de tamanhos maiores para reduzir a impedância e, para fiação de sinal, use orifícios menores. É claro que, à medida que o tamanho do furo diminui, o custo correspondente aumentará.

2. As duas fórmulas discutidas acima mostram que o uso de placas de PCB mais finas ajuda a reduzir os dois parâmetros parasitas das perfurações.

3. A fiação de sinal na placa PCB não deve mudar de camada tanto quanto possível, ou seja, não use orifícios desnecessários tanto quanto possível.

4. Os pinos da fonte de alimentação e o aterramento devem ser perfurados no orifício mais próximo, e o cabo entre o orifício e os pinos deve ser o mais curto possível. Vários orifícios de passagem podem ser considerados em paralelo para reduzir a indutância equivalente.

5. Alguns orifícios de aterramento são colocados próximos aos orifícios da camada de sinal para fornecer o loop mais próximo para o sinal. Você pode até colocar muitos orifícios de aterramento extras no PCB. Claro, você precisa ser flexível em seu design. O modelo de furo passante discutido acima é uma situação em que há almofadas em cada camada. Às vezes, podemos reduzir ou até mesmo remover almofadas em algumas camadas. Especialmente no caso da densidade do furo ser muito grande, pode levar à formação de uma ranhura do circuito de corte na camada de cobre, para resolver esse problema além de mover a localização do furo, também podemos considerar o furo na camada de cobre para reduzir o tamanho da almofada.

6. Para placas de PCB de alta velocidade com densidade mais alta, podem ser considerados microfuros.