O Concept de bază de perforare

O gaură de trecere (VIA) este o parte importantă a PCB multistrat, iar costul găuririi găurilor reprezintă de obicei 30% până la 40% din costul fabricării plăcilor PCB. Pur și simplu, fiecare gaură de pe un PCB poate fi numită gaură de trecere. În ceea ce privește funcția, orificiul poate fi împărțit în două categorii: una este utilizată pentru conexiunea electrică între straturi; Celălalt este utilizat pentru fixarea sau poziționarea dispozitivului. În ceea ce privește procesul, aceste găuri de trecere sunt în general împărțite în trei categorii, și anume via orbă, îngropată via și via via. Găurile orb sunt situate pe suprafețele superioare și inferioare ale plăcii de circuite PRINTED și au o anumită adâncime pentru conectarea circuitului de suprafață la circuitul interior de mai jos. Adâncimea găurilor nu depășește de obicei un anumit raport (deschidere). Găurile îngropate sunt găuri de conectare în stratul interior al plăcii cu circuite imprimate care nu se extind la suprafața plăcii cu circuite imprimate. Cele două tipuri de găuri sunt situate în stratul interior al plăcii de circuit, care este completat de procesul de turnare prin găuri înainte de laminare, iar mai multe straturi interioare pot fi suprapuse în timpul formării găurii traversante. Al treilea tip, numit găuri de trecere, trece prin întreaga placă de circuit și poate fi utilizat pentru interconectări interne sau ca găuri de montare și localizare pentru componente. Deoarece orificiul de trecere este mai ușor de implementat în proces, costul este mai mic, astfel încât cele mai multe plăci de circuite imprimate sunt utilizate, mai degrabă decât celelalte două tipuri de orificii de trecere. Următoarele găuri trecătoare, fără explicații speciale, vor fi considerate ca găuri trecătoare.

PCB prin conceptul de bază al orificiului și introducerea metodei prin orificiu

Din punct de vedere al proiectării, o gaură de trecere este compusă în principal din două părți, una este gaura de găurit din mijloc, iar cealaltă este zona tamponului din jurul găurii de burghie. Mărimea acestor două părți determină mărimea găurii de trecere. Evident, în proiectarea PCB de mare viteză și densitate mare, proiectantul dorește întotdeauna gaura cât mai mică posibil, acest eșantion poate lăsa mai mult spațiu de conectare, în plus, cu cât gaura este mai mică, capacitatea sa parazitară este mai mică, mai mult potrivit pentru circuit de mare viteză. Dar reducerea dimensiunii găurii aduce în același timp o creștere a costurilor, iar dimensiunea găurii nu poate fi redusă fără limită, este limitată prin găurire (găurire) și placare (placare) și alte tehnologii: cu cât gaura este mai mică, cu atât mai mult timp durează pentru găurire, cu atât este mai ușor să devii de la poziția centrală; Când adâncimea găurii este de peste 6 ori diametrul găurii, este imposibil să se garanteze placarea uniformă de cupru a peretelui găurii. De exemplu, dacă grosimea (adâncimea orificiului de trecere) a unei plăci PCB normale cu 6 straturi este de 50 mil, atunci diametrul minim al orificiului pe care îl pot furniza producătorii de PCB este de 8 mil. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de găurire cu laser, dimensiunea găuririi poate fi, de asemenea, din ce în ce mai mică. În general, diametrul găurii este mai mic sau egal cu 6Mils, îl numim micro gaură. Microgăurile sunt adesea folosite în proiectarea HDI (structură de interconectare de înaltă densitate). Tehnologia Microhole permite lovirea orificiului direct pe tampon (VIA-in-pad), ceea ce îmbunătățește foarte mult performanța circuitului și economisește spațiu de cablare.

Orificiul de trecere de pe linia de transmisie este un punct de întrerupere a discontinuității impedanței, care va cauza reflectarea semnalului. În general, impedanța echivalentă a găurii de trecere este cu aproximativ 12% mai mică decât cea a liniei de transmisie. De exemplu, impedanța liniei de transmisie de 50 ohmi va scădea cu 6 ohmi atunci când trece prin gaura de trecere (specificul este legat și de dimensiunea orificiului de trecere și de grosimea plăcii, dar nu o scădere absolută). Cu toate acestea, reflexia cauzată de discontinuitatea impedanței prin gaură este de fapt foarte mică, iar coeficientul său de reflexie este doar :(44-50)/(44+50) =0.06. Problemele cauzate de gaură se concentrează mai mult pe influența capacității parazitare și a inductanței.

Capacitate parazită și inductanță prin gaură

Capacitatea parazitară vagabondă există în gaura însăși. Dacă diametrul zonei de rezistență la sudare a găurii de pe stratul de așezare este D2, diametrul plăcii de sudură este D1, grosimea plăcii PCB este T și constanta dielectrică a substratului este ε, capacitatea parazită a gaura este aproximativ C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Efectul principal al capacității parazitare asupra circuitului este de a prelungi timpul de creștere a semnalului și de a reduce viteza circuitului. De exemplu, pentru o placă PCB cu o grosime de 50 mil, dacă diametrul plăcuței pentru orificiul traversant este de 20 mil (diametrul găurii este de 10 mil) și diametrul blocului de lipit este de 40 mil, putem aproxima capacitatea parazitară a gaura prin formula de mai sus: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.040-0.020) =0.31pF modificarea timpului de creștere cauzată de capacitate este aproximativ după cum urmează: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Din aceste valori, se poate observa că, deși efectul de întârziere de creștere și încetinire cauzat de capacitatea parazitară a unei singure treceri- gaura nu este foarte evidentă, dacă orificiul de trecere este utilizat pentru comutarea între straturi de mai multe ori, vor fi utilizate orificii de trecere multiple. Fii atent la design. În proiectarea practică, capacitatea parazitară poate fi redusă prin creșterea distanței dintre gaură și zona de așezare a cuprului (anti-tampon) sau prin reducerea diametrului tamponului. În proiectarea circuitului digital de mare viteză, inductanța parazită a găurii de trecere este mai dăunătoare decât cea a capacității parazite. Inductanța sa de serie parazită va slăbi contribuția capacității de bypass și va reduce eficiența filtrării întregului sistem de alimentare. Putem calcula pur și simplu inductanța parazită a unei aproximații prin gaură prin următoarea formulă empirică: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Unde L se referă la inductanța găurii, H este lungimea găurii și D este diametrul găurii centrale. Se poate vedea din ecuație că diametrul găurii are puțină influență asupra inductanței, în timp ce lungimea găurii are cea mai mare influență asupra inductanței. Folosind încă exemplul de mai sus, inductanța din orificiu poate fi calculată ca:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Dacă timpul de creștere a semnalului este de 1ns, atunci mărimea impedanței echivalente este: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Această impedanță nu poate fi ignorată în prezența curentului de înaltă frecvență. În special, condensatorul de bypass trebuie să treacă prin două găuri pentru a conecta stratul de alimentare la formație, dublând astfel inductanța parazită a găurii.

Trei, cum să folosești gaura

Prin analiza de mai sus a caracteristicilor parazitare ale găurilor de trecere, putem vedea că în proiectarea PCB de mare viteză, găurile de trecere aparent simple aduc adesea efecte negative mari asupra designului circuitului. Pentru a reduce efectele adverse ale efectului parazit al găurii, putem încerca să facem după cum urmează în proiectare:

1. Având în vedere costul și calitatea semnalului, este selectată o dimensiune rezonabilă a găurii. Dacă este necesar, luați în considerare utilizarea diferitelor dimensiuni de găuri. De exemplu, pentru cablurile de alimentare sau de împământare, luați în considerare utilizarea de dimensiuni mai mari pentru a reduce impedanța, iar pentru cablurile de semnal, utilizați găuri mai mici. Desigur, pe măsură ce dimensiunea găurii scade, costul corespunzător va crește.

2. Cele două formule discutate mai sus arată că utilizarea plăcilor PCB mai subțiri ajută la reducerea celor doi parametri paraziți ai perforațiilor.

3. Cablajul de semnal de pe placa PCB nu ar trebui să schimbe straturile pe cât posibil, adică nu folosiți găuri inutile pe cât posibil.

4. Pinii sursei de alimentare și pământul trebuie să fie găuriți în cea mai apropiată gaură, iar cablul dintre gaură și știfturi trebuie să fie cât mai scurt posibil. Mai multe găuri de trecere pot fi considerate în paralel pentru a reduce inductanța echivalentă.

5. Unele găuri de pământ sunt plasate lângă găurile de stratificare a semnalului pentru a oferi cea mai apropiată buclă pentru semnal. Puteți chiar pune o mulțime de găuri de masă suplimentare pe PCB. Desigur, trebuie să fii flexibil în design. Modelul orificiului traversant discutat mai sus este o situație în care există tampoane în fiecare strat. Uneori, putem reduce sau chiar elimina tampoanele din unele straturi. Mai ales în cazul în care densitatea găurii este foarte mare, aceasta poate duce la formarea unei caneluri a circuitului tăiat în stratul de cupru, pentru a rezolva o astfel de problemă pe lângă deplasarea locației găurii, putem lua în considerare și gaura în stratul de cupru pentru a reduce dimensiunea tamponului.

6. Pentru plăcile PCB de mare viteză cu densitate mai mare, pot fi luate în considerare micro-găuri.