Jeden Základná koncepcia perforácie

Prostredníctvom diery (VIA) je dôležitou súčasťou Viacvrstvové PCB, a náklady na vŕtanie otvorov zvyčajne predstavujú 30% až 40% nákladov na výrobu dosiek plošných spojov. Jednoducho povedané, každú dieru na doske plošných spojov možno nazvať priechodnou dierou. Pokiaľ ide o funkciu, otvor je možné rozdeliť do dvoch kategórií: jedna sa používa na elektrické spojenie medzi vrstvami; Druhý slúži na fixáciu alebo polohovanie zariadenia. Pokiaľ ide o postup, tieto priechodné otvory sú spravidla rozdelené do troch kategórií, a to slepé priechody, zakopané priechodné a priechodné priechodky. Slepé otvory sú umiestnené na hornom a dolnom povrchu dosky plošných spojov PRINTED a majú určitú hĺbku na pripojenie povrchového obvodu k vnútornému obvodu nižšie. Hĺbka otvorov spravidla nepresahuje určitý pomer (clonu). Zakopané otvory sú spojovacie otvory vo vnútornej vrstve dosky s plošnými spojmi, ktoré nepresahujú na povrch dosky s plošnými spojmi. Dva typy otvorov sú umiestnené vo vnútornej vrstve dosky s plošnými spojmi, ktorá je dokončená procesom tvarovania priechodným otvorom pred laminovaním, a niekoľko vnútorných vrstiev sa môže pri vytváraní priechodného otvoru prekrývať. Tretí typ, nazývaný priechodné otvory, prechádza celou doskou plošných spojov a môže byť použitý na vnútorné prepojenie alebo ako montážne a polohovacie otvory pre súčiastky. Pretože je priechodný otvor ľahšie implementovateľný v tomto procese, náklady sú nižšie, takže sa používa väčšina dosiek plošných spojov, a nie ostatné dva druhy priechodných otvorov. Nasledujúce priechodné otvory, bez osobitného vysvetlenia, sa budú považovať za priechodné otvory.

Základná koncepcia PCB cez dieru a zavedenie metódy cez dieru

Z konštrukčného hľadiska je priechodný otvor zložený hlavne z dvoch častí, jednou je vyvŕtaný otvor v strede a druhou oblasť podložky okolo vyvŕtaného otvoru. Veľkosť týchto dvoch častí určuje veľkosť priechodného otvoru. Je zrejmé, že pri návrhu vysokorýchlostných plošných spojov s vysokou hustotou dizajnér vždy chce, aby bol otvor čo najmenší, táto vzorka môže zanechať viac miesta na zapojenie, navyše čím menší je otvor, tým je vlastná parazitná kapacita menšia a väčšia. vhodné pre vysokorýchlostný okruh. Zmenšenie veľkosti otvoru však zároveň prináša zvýšenie nákladov a veľkosť otvoru nemožno zmenšiť bez obmedzenia, je obmedzená vŕtaním (vŕtaním) a pokovovaním (pokovovaním) a inou technológiou: čím menší je otvor, tým čím dlhší čas trvá vŕtanie, tým ľahšie je odchýliť sa od stredovej polohy; Keď je hĺbka otvoru viac ako 6 -násobok priemeru otvoru, nie je možné zaručiť rovnomerné medené pokovovanie steny otvoru. Napríklad, ak je hrúbka (hĺbka priechodného otvoru) normálnej 6-vrstvovej dosky plošných spojov 50 miliónov, potom minimálny priemer otvoru, ktorý môžu výrobcovia plošných spojov poskytnúť, je 8 miliónov. S rozvojom technológie laserového vŕtania môže byť veľkosť vŕtania tiež menšia a menšia. Priemer otvoru je spravidla menší alebo rovný 6 miliónom, nazývame ho mikrootvor. Mikrootvory sa často používajú v dizajne HDI (high density Interconnect structure). Technológia mikro dier umožňuje zasiahnuť dieru priamo na podložku (VIA-in-pad), čo výrazne zlepšuje výkon obvodu a šetrí miesto na kabeláži.

Priechodný otvor na prenosovej linke je bod zlomu impedančnej diskontinuity, ktorý spôsobí odraz signálu. Vo všeobecnosti je ekvivalentná impedancia priechodného otvoru asi o 12 % nižšia ako impedancia prenosového vedenia. Impedancia 50 ohmového prenosového vedenia sa napríklad pri prechode priechodným otvorom zníži o 6 ohmov (konkrétne to súvisí aj s veľkosťou priechodného otvoru a hrúbkou platne, ale nie s absolútnym poklesom). Odraz spôsobený diskontinuitou impedancie otvorom je však v skutočnosti veľmi malý a jeho koeficient odrazu je iba: (44-50)/(44+50) = 0.06. Problémy spôsobené dierou sú viac zamerané na vplyv parazitnej kapacity a indukčnosti.

Parazitická kapacita a indukčnosť cez otvor

Parazitická rozptylová kapacita existuje v samotnej diere. Ak je priemer zóny zváracieho odporu otvoru na ukladacej vrstve D2, priemer zváracej podložky je D1, hrúbka dosky plošných spojov je T a dielektrická konštanta substrátu je ε, parazitná kapacita otvor je približne C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Hlavným účinkom parazitnej kapacity na obvod je predĺženie doby nárastu signálu a zníženie rýchlosti obvodu. Napríklad pre dosku plošných spojov s hrúbkou 50 mil., Ak je priemer podložky priechodného otvoru 20 mil. (Priemer vrtu je 10 mil.) A priemer spájkovacieho bloku je 40 mil., Môžeme aproximovať parazitickú kapacitu priechodný otvor podľa vyššie uvedeného vzorca: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.040-0.020) = 0.31 pF, zmena doby nábehu spôsobená kapacitou je zhruba nasledovná: T10-90 = 2.2c (Z0/2) = 2.2 × 0.31x (50/2) = 17.05ps Z týchto hodnôt je zrejmé, že aj keď je vplyv rastúceho oneskorenia a spomalenia spôsobený parazitnou kapacitou jednej priechodnej diera nie je veľmi zrejmá, ak sa priechodný otvor používa na prepínanie medzi vrstvami viackrát, použije sa viac priechodných otvorov. Buďte opatrní vo svojom dizajne. V praktickom dizajne môže byť parazitná kapacita znížená zväčšením vzdialenosti medzi otvorom a medenou zónou kladenia (anti-pad) alebo zmenšením priemeru podložky. Pri návrhu vysokorýchlostného digitálneho obvodu je parazitná indukčnosť priechodného otvoru škodlivejšia ako parazitná kapacita. Jeho parazitická sériová indukčnosť oslabí príspevok obtokovej kapacity a zníži účinnosť filtrácie celého energetického systému. Parazitickú indukčnosť aproximácie priechodnou dierou môžeme jednoducho vypočítať pomocou nasledujúceho empirického vzorca: L = 5.08 h [ln (4h/d) +1]

Kde L označuje indukčnosť otvoru, H je dĺžka otvoru a D je priemer centrálneho otvoru. Z rovnice je zrejmé, že priemer otvoru má malý vplyv na indukčnosť, zatiaľ čo dĺžka otvoru má najväčší vplyv na indukčnosť. Pri použití vyššie uvedeného príkladu je možné indukčnosť z otvoru vypočítať ako:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Ak je čas nábehu signálu 1ns, potom veľkosť ekvivalentnej impedancie je: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Túto impedanciu nemožno ignorovať v prítomnosti vysokofrekvenčného prúdu. Obtokový kondenzátor musí predovšetkým prejsť dvoma otvormi, aby pripojil napájaciu vrstvu k formácii, čím sa zdvojnásobí parazitná indukčnosť otvoru.

Tri, ako využiť dieru

Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy parazitických charakteristík priechodných otvorov vidíme, že vo vysokorýchlostnom dizajne PCB zdanlivo jednoduché priechodné otvory často prinášajú veľké negatívne účinky na návrh obvodu. Aby sme znížili nepriaznivé účinky parazitického účinku otvoru, môžeme sa v návrhu pokúsiť urobiť nasledovné:

1. Vzhľadom na náklady a kvalitu signálu je zvolená rozumná veľkosť otvoru. V prípade potreby zvážte použitie dier rôznych veľkostí. Napríklad pri napájacích alebo uzemňovacích kábloch zvážte použitie väčších rozmerov na zníženie impedancie a pri signálových kábloch použite menšie otvory. Samozrejme, ako sa veľkosť otvoru zmenšuje, zodpovedajúce náklady sa zvýšia.

2. Dva vzorce diskutované vyššie ukazujú, že použitie tenších dosiek PCB pomáha znižovať dva parazitické parametre perforácií.

3. Signálne vedenie na doske plošných spojov by nemalo meniť vrstvy tak ďaleko, ako je to možné, to znamená, nepoužívať pokiaľ možno zbytočné otvory.

4. Kolíky napájacieho zdroja a zem by mali byť vyvŕtané v najbližšom otvore a vedenie medzi otvorom a kolíkmi by malo byť čo najkratšie. Paralelne je možné zvážiť viac priechodných otvorov, aby sa znížila ekvivalentná indukčnosť.

5. Niektoré uzemňovacie otvory sú umiestnené v blízkosti otvorov vrstvenia signálu, aby poskytli najbližšiu slučku pre signál. Na DPS môžete dokonca dať veľa ďalších zemných otvorov. Samozrejme, musíte byť vo svojom návrhu flexibilní. Vyššie diskutovaný model priechodného otvoru je situácia, keď sú v každej vrstve podložky. Niekedy môžeme v niektorých vrstvách vankúšiky zmenšiť alebo dokonca odstrániť. Zvlášť v prípade, že je hustota otvoru veľmi veľká, môže to viesť k vytvoreniu odrezanej obvodovej drážky v medenej vrstve, na vyriešenie tohto problému okrem pohybu umiestnenia otvoru môžeme tiež zvážiť otvor v medenej vrstve, aby sa zmenšila veľkosť podložky.

6. Pri vysokorýchlostných doskách plošných spojov s vyššou hustotou je možné uvažovať s mikrootvormi.