Bir Temel perforasyon kavramı

Açık delik (VIA) önemli bir parçasıdır Çok katmanlı PCBve delik delme maliyeti genellikle PCB kartı yapım maliyetinin %30 ila %40’ını oluşturur. Basitçe söylemek gerekirse, bir PCB üzerindeki her deliğe geçiş deliği denilebilir. İşlev açısından delik iki kategoriye ayrılabilir: biri katmanlar arasındaki elektrik bağlantısı için kullanılır; Diğeri cihaz sabitleme veya konumlandırma için kullanılır. Süreç açısından, bu açık delikler genellikle üç kategoriye ayrılır: kör yol, gömülü yol ve yol. BASKILI devre kartının üst ve alt yüzeylerinde kör delikler bulunur ve yüzey devresini alttaki iç devreye bağlamak için belirli bir derinliğe sahiptir. Deliklerin derinliği genellikle belirli bir oranı (açıklık) geçmez. Gömülü delikler, baskılı devre kartının iç katmanında bulunan ve baskılı devre kartının yüzeyine kadar uzanmayan bağlantı delikleridir. İki tip delik, laminasyondan önce açık delik kalıplama işlemiyle tamamlanan devre kartının iç katmanında bulunur ve açık deliğin oluşumu sırasında birkaç iç katman üst üste gelebilir. Açık delikler olarak adlandırılan üçüncü tip, tüm devre kartından geçer ve dahili ara bağlantılar için veya bileşenler için montaj ve yerleştirme delikleri olarak kullanılabilir. Açık deliğin proseste uygulanması daha kolay olduğundan, maliyet daha düşüktür, bu nedenle çoğu baskılı devre kartı, diğer iki tür açık delikten ziyade bunu kullanır. Aşağıdaki açık delikler, özel bir açıklama olmaksızın, açık delikler olarak kabul edilecektir.

Delikli PCB temel konsepti ve açık delik yöntemi tanıtımı

Tasarım açısından bakıldığında, bir açık delik esas olarak iki parçadan oluşur, biri ortadaki matkap deliği ve diğeri matkap deliğinin etrafındaki ped alanıdır. Bu iki parçanın boyutu, açık deliğin boyutunu belirler. Açıkçası, yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu PCB tasarımında, tasarımcı her zaman deliğin mümkün olduğunca küçük olmasını ister, bu örnek daha fazla kablolama alanı bırakabilir, ayrıca delik ne kadar küçükse, kendi parazitik kapasitansı daha küçüktür, daha fazla yüksek hızlı devre için uygundur. Ancak delik boyutunun küçültülmesi aynı zamanda maliyet artışını da beraberinde getirir ve deliğin boyutu sınırsız olarak azaltılamaz, delme (matkap) ve kaplama (kaplama) ve diğer teknolojilerle sınırlıdır: delik ne kadar küçükse, o kadar küçük olur. delme işlemi ne kadar uzun sürerse, orta konumdan sapmak o kadar kolay olur; Deliğin derinliği, deliğin çapının 6 katından fazla olduğunda, delik duvarının düzgün bakır kaplamasını garanti etmek imkansızdır. Örneğin, normal 6 katmanlı PCB kartının kalınlığı (delik derinliği) 50 Mil ise, PCB üreticilerinin sağlayabileceği minimum delik çapı 8 Mil’dir. Lazer delme teknolojisinin gelişmesiyle delme boyutu da daha küçük ve daha küçük olabilir. Genel olarak, deliğin çapı 6Mils’den küçük veya ona eşittir, biz buna mikro delik diyoruz. Mikro delikler genellikle HDI (yüksek yoğunluklu Ara Bağlantı yapısı) tasarımında kullanılır. Mikrodelik teknolojisi, deliğin doğrudan ped üzerine (VIA-in-pad) vurulmasına izin verir, bu da devre performansını büyük ölçüde artırır ve kablolama alanından tasarruf sağlar.

İletim hattındaki açık delik, sinyalin yansımasına neden olacak bir empedans süreksizliği kırılma noktasıdır. Genel olarak, açık deliğin eşdeğer empedansı, iletim hattınınkinden yaklaşık %12 daha düşüktür. Örneğin, 50ohm iletim hattının empedansı, geçiş deliğinden geçtiğinde 6 ohm azalacaktır (spesifik, açık deliğin boyutu ve plaka kalınlığı ile de ilgilidir, ancak mutlak bir azalma değildir). Ancak, delikten empedansın süreksizliğinden kaynaklanan yansıma aslında çok küçüktür ve yansıma katsayısı sadece :(44-50)/(44+50) =0.06’dır. Deliğin neden olduğu problemler daha çok parazitik kapasitans ve endüktansın etkisine odaklanmıştır.

Delikten parazitik kapasitans ve endüktans

Parazit başıboş kapasitans, deliğin kendisinde bulunur. Döşeme tabakasındaki deliğin kaynak direnç bölgesinin çapı D2 ise, kaynak pedinin çapı D1 ise, PCB kartının kalınlığı T ve alt tabakanın dielektrik sabiti ε ise, parazitik kapasitansı delik yaklaşık olarak C=1.41εTD1/ (D2-D1)’dir.

Parazitik kapasitansın devre üzerindeki ana etkisi, sinyal yükselme süresini uzatmak ve devre hızını azaltmaktır. Örneğin, 50Mil kalınlığında bir PCB kartı için, açık delik pedinin çapı 20Mil (delik çapı 10Mil) ve lehim bloğunun çapı 40Mil ise, parazitik kapasitansı yaklaşık olarak hesaplayabiliriz. yukarıdaki formüle göre açık delik: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF kapasitansın neden olduğu yükselme süresi değişimi kabaca aşağıdaki gibidir: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps Bu değerlerden, tek bir geçişin parazitik kapasitansının neden olduğu artan gecikme ve yavaşlama etkisine rağmen, delik çok açık değildir, açık delik katmanlar arasında birden çok kez geçiş yapmak için kullanılırsa, birden çok açık delik kullanılacaktır. Tasarımınızda dikkatli olun. Pratik tasarımda, delik ile bakır döşeme bölgesi (anti-ped) arasındaki mesafe artırılarak veya pedin çapı azaltılarak parazitik kapasitans azaltılabilir. Yüksek hızlı dijital devre tasarımında, geçiş deliğinin parazitik endüktansı, parazit kapasitansınınkinden daha zararlıdır. Parazitik seri endüktansı, baypas kapasitansının katkısını zayıflatacak ve tüm güç sisteminin filtreleme etkinliğini azaltacaktır. Aşağıdaki ampirik formülü kullanarak bir açık delik yaklaşımının parazitik endüktansını basitçe hesaplayabiliriz: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

L, deliğin endüktansını ifade ettiğinde, H, deliğin uzunluğudur ve D, merkezi deliğin çapıdır. Delik çapının endüktans üzerinde çok az etkisi olduğu, deliğin uzunluğunun endüktans üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu denklemden görülebilir. Yine de yukarıdaki örneği kullanarak, delikten çıkan endüktans şu şekilde hesaplanabilir:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Sinyal yükselme süresi 1ns ise, eşdeğer empedans boyutu: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Bu empedans, yüksek frekanslı akımın varlığında göz ardı edilemez. Özellikle, baypas kondansatörü, besleme katmanını formasyona bağlamak için iki delikten geçmelidir, böylece deliğin parazitik endüktansı iki katına çıkar.

Üç, delik nasıl kullanılır

Geçiş deliklerinin parazitik özelliklerinin yukarıdaki analizi sayesinde, yüksek hızlı PCB tasarımında, görünüşte basit geçiş deliklerinin genellikle devre tasarımına büyük olumsuz etkiler getirdiğini görebiliriz. Deliğin parazitik etkisinin olumsuz etkilerini azaltmak için tasarımda aşağıdakileri yapmaya çalışabiliriz:

1. Maliyet ve sinyal kalitesi göz önünde bulundurularak makul bir delik boyutu seçilir. Gerekirse, farklı boyutlarda delikler kullanmayı düşünün. Örneğin, güç veya topraklama kabloları için empedansı azaltmak için daha büyük boyutlar kullanmayı düşünün ve sinyal kabloları için daha küçük delikler kullanın. Tabii ki, delik boyutu azaldıkça buna karşılık gelen maliyet artacaktır.

2. Yukarıda tartışılan iki formül, daha ince PCB kartlarının kullanımının deliklerin iki parazit parametresini azaltmaya yardımcı olduğunu göstermektedir.

3. PCB kartı üzerindeki sinyal kabloları mümkün olduğunca katman değiştirmemeli yani mümkün olduğunca gereksiz delikler kullanılmamalıdır.

4. Güç kaynağının ve zeminin pimleri en yakın deliğe delinmeli ve delik ile pimler arasındaki kurşun mümkün olduğunca kısa olmalıdır. Eşdeğer endüktansı azaltmak için paralel olarak çoklu geçiş delikleri düşünülebilir.

5. Sinyal için en yakın döngüyü sağlamak için bazı toprak delikleri sinyal katmanlama deliklerinin yanına yerleştirilir. Hatta PCB’ye bir sürü ekstra toprak deliği koyabilirsiniz. Tabii ki, tasarımınızda esnek olmanız gerekiyor. Yukarıda tartışılan açık delik modeli, her katmanda pedlerin olduğu bir durumdur. Bazen bazı katmanlardaki pedleri azaltabilir hatta kaldırabiliriz. Özellikle delik yoğunluğunun çok büyük olması durumunda bakır tabakada kesme devresi oluğu oluşmasına neden olabilir, böyle bir sorunu çözmek için deliğin yerini hareket ettirmenin yanı sıra deliği de düşünebiliriz. pedin boyutunu azaltmak için bakır tabakada.

6. Daha yüksek yoğunluklu yüksek hızlı PCB kartları için mikro delikler düşünülebilir.