Один Основна концепція перфорації

Наскрізний отвір (VIA) є важливою частиною Багатошарова друкована плата, а вартість буріння отворів зазвичай становить від 30% до 40% вартості виготовлення друкованої плати. Простіше кажучи, кожен отвір на друкованій платі можна назвати прохідним отвором. За функціональністю отвір можна розділити на дві категорії: одна використовується для електричного з’єднання між шарами; Інший використовується для фіксації або позиціонування пристрою. З точки зору процесу, ці наскрізні отвори, як правило, поділяються на три категорії, а саме: сліпий через, закопаний через і через наскрізний. Сліпі отвори розташовані на верхній і нижній поверхнях друкованої плати і мають певну глибину для підключення поверхневої схеми до внутрішньої схеми нижче. Глибина отворів зазвичай не перевищує певного співвідношення (апертури). Поховані отвори – це отвори для з’єднання у внутрішньому шарі друкованої плати, які не поширюються на поверхню друкованої плати. Два типи отворів розташовані у внутрішньому шарі друкованої плати, який завершується процесом формування наскрізних отворів перед ламінуванням, а кілька внутрішніх шарів можуть перекриватися під час формування наскрізного отвору. Третій тип, який називається наскрізними отворами, проходить по всій платі і може використовуватися для внутрішніх з’єднань або як монтажні та локальні отвори для компонентів. Оскільки наскрізний отвір легше впроваджувати в процесі роботи, його вартість нижча, тому більшість друкованих плат використовують саме його, а не інші два види наскрізних отворів. Наступні наскрізні отвори без особливого пояснення вважатимуться наскрізними.

Основна концепція друкованої плати через отвір та введення методу наскрізного отвору

З точки зору дизайну, наскрізний отвір в основному складається з двох частин, одна – це свердлильний отвір посередині, а інша – область колодки навколо отвору. Розмір цих двох частин визначає розмір наскрізного отвору. Очевидно, що в конструкції високошвидкісної друкованої плати високої щільності дизайнер завжди хоче, щоб отвір було якомога меншим, цей зразок може залишити більше місця для електропроводки, крім того, чим менший отвір, його власна паразитна ємність менша, більше підходить для швидкісного контуру. Але зменшення розміру отвору в той же час призводить до збільшення вартості, а розмір отвору не може бути зменшений без обмежень, він обмежується свердлінням (свердлінням) та нанесенням покриття (наплавлення) та іншими технологіями: чим менше отвір, тим менше чим більше часу потрібно на свердління, тим легше відхилитися від центрального положення; Коли глибина отвору більше ніж у 6 разів перевищує діаметр отвору, неможливо гарантувати рівномірне мідне покриття стінки отвору. Наприклад, якщо товщина (глибина наскрізного отвору) звичайної 6-шарової плати друкованої плати становить 50 міл, то мінімальний діаметр отвору, який можуть надати виробники друкованих плат, становить 8 міл. З розвитком технології лазерного свердління розмір свердління також може бути все менше і менше. Як правило, діаметр отвору менший або дорівнює 6Mils, ми називаємо це мікроотвором. Мікроотвори часто використовуються в дизайні HDI (структура з’єднання високої щільності). Технологія Microhole дозволяє потрапляти в отвір безпосередньо на майданчику (VIA-in-pad), що значно покращує продуктивність схеми та заощаджує простір для проводки.

Наскрізний отвір на лінії передачі є точкою розриву імпедансу, що викличе відбиття сигналу. Як правило, еквівалентний опір наскрізного отвору приблизно на 12% нижчий, ніж у лінії передачі. Наприклад, опір лінії передачі 50 Ом зменшиться на 6 Ом, коли вона проходить через наскрізний отвір (специфічне також пов’язане з розміром наскрізного отвору та товщиною пластини, але не абсолютним зменшенням). Однак відбиття, спричинене розривом імпедансу через отвір, насправді дуже мале, і його коефіцієнт відбиття становить лише: (44-50)/(44+50) = 0.06. Проблеми, викликані діркою, більше зосереджені на впливі паразитної ємності та індуктивності.

Паразитна ємність та індуктивність через отвір

Паразитна паразитна ємність існує в самому отворі. Якщо діаметр зони опору зварюванню отвору на шарі укладання дорівнює D2, діаметр зварювальної прокладки дорівнює D1, товщина плати друкованої плати дорівнює T, а діелектрична проникність підкладки дорівнює ε, паразитна ємність отвір становить приблизно C=1.41εTD1/ (D2-D1).

Основним впливом паразитної ємності на схему є подовження часу зростання сигналу та зменшення швидкості ланцюга. Наприклад, для плати друкованої плати товщиною 50 міл, якщо діаметр прокладки наскрізного отвору становить 20 міл (діаметр свердловини 10 міл), а діаметр блоку припою становить 40 міл, ми можемо наблизити паразитну ємність наскрізний отвір за формулою вище: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF зміна часу наростання, викликана ємністю, виглядає приблизно так: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps З цих значень можна побачити, що хоча ефект затримки наростання та уповільнення викликаний паразитною ємністю одного наскрізного отвір не дуже очевидний, якщо наскрізний отвір використовується для перемикання між шарами кілька разів, буде використано кілька наскрізних отворів. Будьте уважні у своєму дизайні. У практичній конструкції паразитну ємність можна зменшити, збільшивши відстань між отвором і зоною укладання міді (антипрокладка) або зменшивши діаметр колодки. У конструкції високошвидкісної цифрової схеми паразитна індуктивність наскрізного отвору є більш шкідливою, ніж паразитна ємність. Його паразитна послідовна індуктивність послабить внесок обхідної ємності та зменшить ефективність фільтрації всієї системи живлення. Ми можемо просто обчислити паразитну індуктивність наскрізного наближення, використовуючи таку емпіричну формулу: L=5.08h [ln (4h/d) +1]

Де L означає індуктивність отвору, H — довжина отвору, а D — діаметр центрального отвору. З рівняння видно, що діаметр отвору мало впливає на індуктивність, тоді як довжина отвору має найбільший вплив на індуктивність. Все ще використовуючи наведений вище приклад, індуктивність з отвору можна розрахувати як:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh Якщо час наростання сигналу становить 1 нс, то еквівалентний розмір імпедансу: XL=πL/T10-90=3.19 ω. Цей опір не можна ігнорувати за наявності струму високої частоти. Зокрема, обхідний конденсатор повинен пройти через два отвори, щоб з’єднати шар живлення з пластом, таким чином подвоюючи паразитну індуктивність отвору.

По-третє, як використовувати отвір

Завдяки наведеному вище аналізу паразитних характеристик наскрізних отворів, ми можемо побачити, що в конструкції високошвидкісних друкованих плат прості, здавалося б, наскрізні отвори часто приносять великий негативний вплив на схему схеми. Для того щоб зменшити негативний вплив паразитарної дії отвору, можна спробувати зробити в конструкції наступним чином:

1. Враховуючи вартість і якість сигналу, вибирається прийнятний розмір отвору. Якщо необхідно, подумайте про використання отворів різних розмірів. Наприклад, для кабелів живлення або заземлення подумайте про використання більших розмірів, щоб зменшити імпеданс, а для сигнальної проводки використовуйте менші отвори. Звичайно, зі зменшенням розміру отвору відповідна вартість буде зростати.

2. Дві формули, розглянуті вище, показують, що використання більш тонких друкованих плат допомагає зменшити два паразитних параметри перфорації.

3. Сигнальна проводка на платі друкованої плати не повинна максимально змінювати шари, тобто не використовувати, наскільки це можливо, зайві отвори.

4. Штифти джерела живлення та заземлення слід просвердлити в найближчому отворі, а відведення між отвором та штифтами має бути якомога коротшим. Для зменшення еквівалентної індуктивності можна паралельно розглядати декілька наскрізних отворів.

5. Деякі заземлені отвори розміщують біля отворів накладання сигналів, щоб забезпечити найближчу петлю для сигналу. Ви навіть можете поставити на друковану плату багато додаткових заземлених отворів. Звичайно, вам потрібно бути гнучким у своєму дизайні. Розглянута вище модель наскрізних отворів-це ситуація, коли в кожному шарі є прокладки. Іноді ми можемо зменшити або навіть видалити прокладки в деяких шарах. Особливо у випадку, коли щільність отвору дуже велика, це може призвести до утворення перерізаної канавки в мідному шарі, щоб вирішити таку проблему на додаток до переміщення розташування отвору, ми також можемо розглянути отвір в мідному шарі, щоб зменшити розмір прокладки.

6. Для високошвидкісних друкованих плат з більшою щільністю можна розглянути мікроотвори.