One Osnovni koncept perforacije

Skozi luknjo (VIA) je pomemben del Večplastna tiskana vezja, stroški vrtanja lukenj pa običajno znašajo 30% do 40% stroškov izdelave PCB plošč. Preprosto povedano, vsako luknjo na tiskanem vezju lahko imenujemo prehodna luknja. Funkcionalno lahko luknjo razdelimo v dve kategoriji: ena se uporablja za električno povezavo med plastmi; Druga se uporablja za pritrditev ali pozicioniranje naprave. Kar zadeva postopek, so te luknje na splošno razdeljene v tri kategorije, in sicer slepe via, zakopane via in through via. Slepe luknje se nahajajo na zgornji in spodnji površini tiskanega vezja in imajo določeno globino za povezavo površinskega vezja z notranjim vezjem spodaj. Globina lukenj običajno ne presega določenega razmerja (odprtine). Zakopane luknje so priključne luknje v notranji plasti tiskanega vezja, ki ne segajo do površine tiskanega vezja. Dve vrsti lukenj se nahajata v notranji plasti tiskanega vezja, ki se zaključi s postopkom oblikovanja skozi luknjo pred laminiranjem, pri oblikovanju skoznje luknje pa se lahko prekriva več notranjih plasti. Tretja vrsta, imenovana skozi luknje, poteka skozi celotno vezje in se lahko uporablja za notranje medsebojne povezave ali kot pritrdilne in namestitvene luknje za komponente. Ker je skozi postopek lažje izvesti skoznjo luknjo, so stroški nižji, zato jo uporablja večina tiskanih vezij kot dve drugi vrsti skoznjih lukenj. Naslednje skoznje luknje brez posebne razlage veljajo za skoznje.

Osnovni koncept PCB skozi luknjo in predstavitev metode skozi luknjo

Z vidika oblikovanja je skoznja luknja večinoma sestavljena iz dveh delov, eden je vrtalna luknja na sredini, drugi pa območje blazinice okoli vrtalne luknje. Velikost teh dveh delov določa velikost prehodne luknje. Očitno je, da oblikovalec pri oblikovanju visokohitrostnega tiskanega vezja z visoko gostoto vedno želi, da je luknja čim manjša, zato lahko ta vzorec pusti več prostora za ožičenje, poleg tega je manjša luknja, njegova lastna parazitska kapacitivnost je manjša, več primeren za hitri tokokrog. Toda zmanjšanje velikosti luknje hkrati prinaša povečanje stroškov, velikosti luknje pa ni mogoče neomejeno zmanjšati, omejena je z vrtanjem (vrtanjem) in prevleko (plating) ter drugo tehnologijo: manjša kot je luknja, tem dlje kot traja vrtanje, lažje je odstopanje od sredinskega položaja; Ko je globina luknje več kot 6 -kratnik premera luknje, ni mogoče zagotoviti enakomerne bakrene prevleke stene luknje. Na primer, če je debelina (globina skozi luknjo) običajne 6-slojne plošče PCB 50Mil, potem je najmanjši premer luknje, ki ga lahko zagotovijo proizvajalci PCB, 8Mil. Z razvojem tehnologije laserskega vrtanja je lahko tudi velikost vrtanja vse manjša. Na splošno je premer luknje manjši ali enak 6 Mils, imenujemo ga mikro luknja. Mikro luknje se pogosto uporabljajo pri oblikovanju HDI (struktura povezav z visoko gostoto). Tehnologija mikro luknje omogoča udarjanje luknje neposredno na blazinico (VIA-in-pad), kar močno izboljša delovanje vezja in prihrani prostor za ožičenje.

Skozi luknjo na daljnovodu je točka prekinitve impedance, ki bo povzročila odboj signala. Na splošno je enakovredna impedanca prehodne luknje za približno 12% nižja od impedance daljnovoda. Na primer, impedanca prenosnega voda 50 ohmov se bo zmanjšala za 6 ohmov, ko bo prešla skozi skoznjo luknjo (specifičnost je povezana tudi z velikostjo skoznje luknje in debelino plošče, ne pa absolutnega zmanjšanja). Vendar je odboj, ki ga povzroči prekinitev impedance skozi luknjo, v resnici zelo majhen, njen odbojni koeficient pa je le :(44-50)/(44+50) =0.06. Težave, ki jih povzroča luknja, so bolj osredotočene na vpliv parazitske kapacitivnosti in induktivnosti.

Parazitska kapacitivnost in induktivnost skozi luknjo

Parazitska potepuška kapacitivnost obstaja v sami luknji. Če je premer varilne cone odprtine na položni plasti D2, je premer varilne blazinice D1, debelina PCB plošče je T, dielektrična konstanta podlage pa ε, parazitska kapacitivnost luknja je približno C = 1.41εTD1/ (D2-D1).

Glavni učinek parazitske kapacitivnosti na vezje je podaljšanje časa porasta signala in zmanjšanje hitrosti vezja. Na primer, za PCB ploščo z debelino 50 Mil, če je premer blazinice skozi luknjo 20 Mil (premer izvrtine je 10 Mil) in premer spajkalnega bloka je 40 Mil, lahko približamo parazitsko kapacitivnost skoznjo luknjo po zgornji formuli: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.040-0.020) = 0.31pF Sprememba časa porasta, ki jo povzroči kapacitivnost, je približno naslednja: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Iz teh vrednosti je razvidno, da čeprav je učinek naraščajoče zamude in upočasnitve, ki ga povzroča parazitska kapacitivnost enega samega luknja ni zelo očitna; če se skozi vdolbino večkrat preklaplja med plastmi, se uporabi več vdolbinic. Pri oblikovanju bodite previdni. V praktični zasnovi lahko parazitsko kapacitivnost zmanjšamo s povečanjem razdalje med luknjo in bakrenim območjem polaganja (protipad) ali z zmanjšanjem premera blazinice. Pri načrtovanju hitrega digitalnega vezja je parazitska induktivnost skoznje luknje bolj škodljiva kot parazitska kapacitivnost. Njegova parazitska serijska induktivnost bo oslabila prispevek obvodne kapacitivnosti in zmanjšala učinkovitost filtriranja celotnega elektroenergetskega sistema. Lahko preprosto izračunamo parazitsko induktivnost približevanja skozi luknjo z uporabo naslednje empirične formule: L = 5.08h [ln (4h/d) +1]

Kjer se L nanaša na induktivnost luknje, je H dolžina luknje, D pa premer osrednje luknje. Iz enačbe je razvidno, da ima premer luknje majhen vpliv na induktivnost, medtem ko ima dolžina luknje največji vpliv na induktivnost. Z uporabo zgornjega primera lahko induktivnost iz luknje izračunamo kot:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Če je čas vzpona signala 1ns, potem je ekvivalentna velikost impedance: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Te impedance ni mogoče prezreti ob prisotnosti visokofrekvenčnega toka. Zlasti mora obvodni kondenzator preiti skozi dve luknji, da dovodno plast poveže s tvorbo in tako podvoji parazitsko induktivnost luknje.

Tretjič, kako uporabiti luknjo

Z zgornjo analizo parazitskih značilnosti prehodnih lukenj lahko ugotovimo, da pri oblikovanju PCB za visoke hitrosti na videz preproste luknje pogosto povzročijo velike negativne učinke na zasnovo vezja. Da bi zmanjšali škodljive učinke parazitskega učinka luknje, lahko v zasnovi poskusimo narediti naslednje:

1. Glede na ceno in kakovost signala je izbrana primerna velikost luknje. Po potrebi razmislite o uporabi lukenj različnih velikosti. Na primer, za napajalne ali ozemljitvene kable razmislite o uporabi večjih velikosti za zmanjšanje impedance, za signalno ožičenje pa uporabite manjše luknje. Seveda, ko se velikost luknje zmanjša, se bodo ustrezni stroški povečali.

2. Zgoraj obravnavani formuli kažeta, da uporaba tanjših PCB plošč pomaga zmanjšati dva parazitska parametra perforacij.

3. Signalna napeljava na plošči PCB ne sme čim bolj spreminjati plasti, se pravi, ne uporabljajte kolikor je le mogoče nepotrebnih lukenj.

4. Zatiči napajalnika in ozemljitve naj bodo izvrtani v najbližjo luknjo, vod med luknjo in zatiči pa naj bo čim krajši. Za zmanjšanje enakovredne induktivnosti lahko vzporedno upoštevamo več skoznjih lukenj.

5. Nekatere ozemljitvene luknje so nameščene v bližini lukenj plastenja signala, da se zagotovi signal za najbližjo zanko. Na tiskano vezje lahko celo postavite veliko dodatnih ozemljenih lukenj. Seveda morate biti pri oblikovanju prilagodljivi. Zgoraj opisani model skozi luknjo je situacija, ko so v vsaki plasti blazinice. Včasih lahko v nekaterih plasteh zmanjšamo ali celo odstranimo blazinice. Še posebej v primeru, da je gostota luknje zelo velika, lahko povzroči nastanek odrezanega utora v bakreni plasti, da bi rešili tak problem poleg premikanja lokacije luknje, lahko upoštevamo tudi luknjo v bakreni plasti, da zmanjšate velikost blazinice.

6. Pri hitrih PCB ploščah z večjo gostoto lahko razmislite o mikro luknjah.