Один. Основная концепция переходных отверстий

Via – один из важных компонентов многослойная печатная плата, а стоимость сверления обычно составляет от 30% до 40% стоимости производства печатной платы. Проще говоря, каждое отверстие на печатной плате можно назвать переходным отверстием.

С точки зрения функции переходные отверстия можно разделить на две категории: одна используется для электрических соединений между слоями; другой используется для фиксации или позиционирования устройств.

С точки зрения процесса, эти переходные отверстия обычно делятся на три категории: глухие переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и сквозные переходные отверстия. Глухие отверстия расположены на верхней и нижней поверхностях печатной платы и имеют определенную глубину. Они используются для соединения поверхностной линии и лежащей ниже внутренней линии. Глубина отверстия обычно не превышает определенного отношения (диафрагмы). Под скрытым отверстием понимается соединительное отверстие, расположенное во внутреннем слое печатной платы, которое не распространяется на поверхность печатной платы. Вышеупомянутые два типа отверстий расположены во внутреннем слое печатной платы и завершаются процессом формирования сквозных отверстий перед ламинированием, и несколько внутренних слоев могут перекрываться во время формирования переходного отверстия. Третий тип называется сквозным отверстием, которое проходит через всю печатную плату и может использоваться для внутреннего соединения или в качестве отверстия для установки компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче реализовать в процессе, а стоимость ниже, на большинстве печатных плат оно используется вместо двух других типов сквозных отверстий. Следующие сквозные отверстия, если не указано иное, считаются сквозными отверстиями.

С точки зрения конструкции переходное отверстие в основном состоит из двух частей: одна – это просверленное отверстие посередине, а другая – площадка вокруг просверленного отверстия. Размер этих двух частей определяет размер переходного отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростной печатной платы с высокой плотностью монтажа разработчики всегда надеются, что чем меньше будет сквозное отверстие, тем лучше, так что на плате останется больше места для проводки. Кроме того, чем меньше размер сквозного отверстия, тем больше паразитная емкость. Чем он меньше, тем больше подходит для высокоскоростных цепей. Однако уменьшение размера отверстия также приводит к увеличению стоимости, и размер переходного отверстия не может быть уменьшен до бесконечности. Это ограничено технологическими процессами, такими как сверление и нанесение гальванических покрытий: чем меньше отверстие, тем больше будет сверло. Чем больше времени занимает отверстие, тем легче отклониться от центрального положения; и когда глубина отверстия превышает диаметр просверленного отверстия в 6 раз, нельзя гарантировать, что стенка отверстия может быть равномерно покрыта медью. Например, толщина (глубина сквозного отверстия) обычной 6-слойной печатной платы составляет около 50 мил, поэтому минимальный диаметр сверления, который могут предоставить производители печатных плат, может достигать только 8 мил.

Во-вторых, паразитная емкость переходного

Само переходное отверстие имеет паразитную емкость относительно земли. Если известно, что диаметр изоляционного отверстия в заземляющем слое переходного отверстия равен D2, диаметр контактной площадки – D1, толщина печатной платы – T, а диэлектрическая проницаемость подложки платы – ε, размер паразитной емкости переходного отверстия составляет приблизительно: C = 1.41εTD1 / (D2-D1) Паразитная емкость переходного отверстия заставляет схему увеличивать время нарастания сигнала и уменьшать скорость цепи. Например, для печатной платы толщиной 50 мил, если используется переходное отверстие с внутренним диаметром 10 мил и диаметром контактной площадки 20 мил, а расстояние между контактной площадкой и медной поверхностью заземления составляет 32 мил, то мы можем приблизительно оценить переходное отверстие. Используя приведенную выше формулу, паразитная емкость составляет примерно: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.032-0.020) = 0.517 пФ, изменение времени нарастания, вызванное этой частью емкости, составляет: T10-90 = 2.2C (Z0 /2)=2.2 x0.517x (55/2) = 31.28 пс. Из этих значений видно, что, хотя эффект задержки нарастания, вызванный паразитной емкостью одиночного перехода, не очевиден, если переходное отверстие используется на трассе несколько раз для переключения между слоями, разработчик все же должен учитывать осторожно.

В-третьих, паразитная индуктивность переходного

Точно так же существуют паразитные индуктивности наряду с паразитной емкостью переходных отверстий. При проектировании высокоскоростных цифровых схем вред, причиняемый паразитной индуктивностью переходных отверстий, часто больше, чем влияние паразитной емкости. Его паразитная последовательная индуктивность ослабит вклад байпасного конденсатора и ослабит фильтрующий эффект всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать приблизительную паразитную индуктивность переходного отверстия по следующей формуле: L = 5.08h [ln (4h / d) +1], где L относится к индуктивности переходного отверстия, h – длина переходного отверстия, а d центр Диаметр отверстия. Из формулы видно, что диаметр переходного отверстия мало влияет на индуктивность, а длина переходного отверстия имеет наибольшее влияние на индуктивность. По-прежнему используя приведенный выше пример, индуктивность переходного отверстия может быть рассчитана как: L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050 / 0.010) +1] = 1.015 нГн. Если время нарастания сигнала составляет 1 нс, то его эквивалентное сопротивление составляет: XL = πL / T10-90 = 3.19 Ом. Такой импеданс больше нельзя игнорировать при прохождении высокочастотных токов. Особое внимание следует обратить на тот факт, что байпасный конденсатор должен проходить через два переходных отверстия при соединении плоскости питания и заземления, так что паразитная индуктивность переходных отверстий будет экспоненциально увеличиваться.

В-четвертых, благодаря дизайну высокоскоростной печатной платы

Проведя вышеупомянутый анализ паразитных характеристик переходных отверстий, мы можем увидеть, что при проектировании высокоскоростных печатных плат кажущиеся простыми переходные отверстия часто приводят к серьезным негативным последствиям для проектирования схем. Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитными эффектами переходных отверстий, в проекте можно сделать следующее:

1. С точки зрения стоимости и качества сигнала выберите переходник разумного размера. Например, для конструкции печатной платы модуля памяти с 6–10 слоями лучше использовать переходные отверстия 10/20 мил (просверленные / контактные площадки). Для некоторых малогабаритных плат высокой плотности вы также можете попробовать использовать 8 / 18Mil. отверстие. В нынешних технических условиях сложно использовать переходные отверстия меньшего размера. Для переходных отверстий питания или заземления вы можете рассмотреть возможность использования большего размера, чтобы уменьшить импеданс.

2. Из двух рассмотренных выше формул можно сделать вывод, что использование более тонкой печатной платы способствует уменьшению двух паразитных параметров переходного отверстия.

3. Старайтесь не изменять слои дорожек сигнала на плате PCB, то есть старайтесь не использовать ненужные переходные отверстия.

4. Контакты питания и заземления должны быть просверлены рядом, а провод между переходным отверстием и выводом должен быть как можно короче, поскольку они увеличивают индуктивность. В то же время провода питания и заземления должны быть как можно более толстыми, чтобы уменьшить сопротивление.

5. Поместите несколько заземленных переходных отверстий рядом с переходными отверстиями сигнального слоя, чтобы обеспечить ближайшую петлю для сигнала. На печатной плате можно даже разместить большое количество дублирующих переходных отверстий заземления. Конечно, дизайн должен быть гибким. Модель переходных отверстий, обсуждавшаяся ранее, относится к случаю, когда на каждом слое есть контактные площадки. Иногда мы можем уменьшить или даже удалить подушечки некоторых слоев. Когда плотность переходных отверстий очень высока, это может привести к образованию канавки разрыва, разделяющей петлю в медном слое. Чтобы решить эту проблему, помимо изменения положения переходного отверстия, мы также можем рассмотреть возможность размещения переходного отверстия на медном слое. Размер колодки уменьшен.