PCB-Neuigkeiten - Vias für High-Speed PCB Leiterplattendesign

Vias für Hochgeschwindigkeits-PCB circuit board Design

At present, die Konstruktion von Hochgeschwindigkeits- Leiterplatten ist weit verbreitet in den Bereichen Kommunikation, Computer, Grafik und Bildverarbeitung. Alle elektronischen High-Tech-ProduktDesigns verfolgen einen niedrigen Stromverbrauch, geringe elektromagnetische Strahlung, hohe Zuverlässigkeit, Miniaturisierung, geringes Gewicht, etc. Merkmale. Um die oben genannten Ziele zu erreichen, via design ist ein wichtiger Faktor in Hochgeschwindigkeits-PCB design. Es besteht aus dem Loch, Der Pad-Bereich um das Loch und der Isolationsbereich der POWER-Schicht, die in der Regel in drei Arten unterteilt werden: totes Loch, vergrabenes Loch und Durchgangsloch. In der PCB Leiterplattendesignprozess, durch die Analyse der parasitären Kapazität und der parasitären Induktivität des, einige Vorsichtsmaßnahmen bei der Gestaltung der Hochgeschwindigkeits-PCB über sind zusammengefasst.

1. Via

Vias are an important factor in the design of Mehrschichtige Leiterplatte circuit boards. A via besteht hauptsächlich aus drei Teilen, eins ist das Loch; Die andere ist der Pad Bereich um das Loch; und der dritte ist der Isolationsbereich der POWER-Schicht. Der Prozess des Durchgangslochs besteht darin, eine Metallschicht auf der zylindrischen Oberfläche der Lochwand des Durchgangslochs durch chemische Abscheidung zu platten, um die Kupferfolie zu verbinden, die mit den mittleren Schichten verbunden werden muss, Die Form kann direkt mit den Linien auf der oberen und unteren Seite verbunden werden, oder nicht verbunden. Vias können die Rolle der elektrischen Verbindung spielen, Befestigungs- oder Positioniervorrichtungen.

Vias werden im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: blinde Löcher, vergrabene Löcher und Durchgangslöcher.

Blindloch: Es befindet sich auf der oberen und unteren Oberfläche der Leiterplatte mit einer bestimmten Tiefe und wird für die Verbindung der Oberflächenschaltung und des inneren Schaltkreises unten verwendet. Die Tiefe des Lochs und der Durchmesser des Lochs überschreiten normalerweise ein bestimmtes Verhältnis nicht.

Begrabenes Loch: bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht der Leiterplatte, das sich nicht auf die Oberfläche der Leiterplatte erstreckt.

Sowohl blinde als auch vergrabene Löcher befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte und werden durch einen Durchgangslochformungsprozess vor der Laminierung abgeschlossen, und mehrere innere Schichten können während der Bildung des Durchgangs überlappt werden.

Durchgangsloch: Diese Art von Loch durchläuft die gesamte Leiterplatte und kann für interne Verschaltung oder als Positionierloch für die Bauteilinstallation verwendet werden. Da Durchgangslöcher im Prozess einfacher zu implementieren sind und niedrigere Kosten verursachen, verwenden Leiterplatten im Allgemeinen Durchgangslöcher.

2. Parasitenkapazität der Durchkontaktierungen

Die Via selbst hat parasitäre Kapazität zur Erdung. Wenn der Durchmesser des Isolationslochs auf der Bodenschicht des Durchgangs D2 ist, der Durchmesser des Durchgangs D1 ist, die Dicke der Leiterplatte T ist und die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats ε ist, dann ist die parasitäre Kapazität des Durchgangs ähnlich wie:

C=1.41εTD1/(D2-D1)

Der Haupteffekt der parasitären Kapazität des Durchgangslochs auf der Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals zu verlängern und die Geschwindigkeit der Schaltung zu verringern. Je kleiner der Kapazitätswert, desto kleiner der Effekt.

3. Parasitische Induktivität von Vias

Das Via selbst hat parasitäre Induktivität. Bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen ist der Schaden, der durch die parasitäre Induktivität des Durchgangs verursacht wird, oft größer als der Einfluss der parasitären Kapazität. Die parasitäre Reiheninduktivität des Durchgangs schwächt die Funktion des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. Wenn L sich auf die Induktivität des Durchgangs bezieht, ist h die Länge des Durchgangs und d ist der Durchmesser des Mittellochs, die parasitäre Induktivität des Durchgangs ist ungefähr: L=5.08h[ln(4h/d)+1]

Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser des Durchgangs einen geringen Einfluss auf die Induktivität hat und die Länge des Durchgangs den größten Einfluss auf die Induktivität hat.

4. Nicht durchgehende Technologie

Non-through Vias umfassen blinde Vias und vergrabene Vias.

In der Non-Through-Technologie kann die Anwendung von blinden Durchkontaktierungen und vergrabenen Durchkontaktierungen die Größe und Qualität von Leiterplatten erheblich reduzieren, die Anzahl der Schichten reduzieren, die elektromagnetische Verträglichkeit verbessern, die Eigenschaften elektronischer Produkte erhöhen, Kosten senken und auch die Entwurfsarbeit einfacher und schneller machen. Im traditionellen PCB-Design und -Verarbeitung bringen Durchgangslöcher viele Probleme. Erstens nehmen sie eine große Menge effektiven Platzes ein, und zweitens sind eine große Anzahl von Durchgangslöchern dicht verpackt und verursachen auch riesige Hindernisse für die innere Verdrahtung der mehrschichtigen Leiterplatte. Diese Durchgangslöcher nehmen den für die Verdrahtung erforderlichen Platz ein und durchlaufen intensiv die Stromversorgung und den Boden. Die Oberfläche der Drahtschicht zerstört auch die Impedanzkarakteristik der Energiemassedrahtschicht und macht die Energiemassedrahtschicht unwirksam. Und die herkömmliche mechanische Methode des Bohrens wird 20-mal die Arbeitsbelastung der Nicht-Durchgangslochtechnologie sein.

Im PCB-Design, obwohl die Größe der Pads und Vias allmählich reduziert wurde, erhöht sich das Seitenverhältnis des Durchgangslochs, und die Erhöhung des Seitenverhältnisses des Durchgangslochs verringert die Zuverlässigkeit. Mit der Reife der fortschrittlichen Laserbohrtechnologie und der Plasma-Trockenätztechnologie ist es möglich, nicht durchdringende kleine blinde Löcher und kleine vergrabene Löcher anzuwenden. Wenn der Durchmesser dieser nicht durchdringenden Durchkontaktierungen 0.3mm beträgt, betragen die parasitären Parameter etwa 1/10 des ursprünglichen konventionellen Lochs, was die Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessert.

Aufgrund der Non-Through-Via-Technologie gibt es wenige große Durchgänge auf der Leiterplatte, die mehr Platz für das Routing bieten können. Der verbleibende Platz kann für großflächige Abschirmungen genutzt werden, um die EMI/RFI-Leistung zu verbessern. Gleichzeitig kann auch mehr verbleibender Platz für die innere Schicht genutzt werden, um das Gerät und die wichtigsten Netzwerkkabel teilweise abzuschirmen, so dass es die beste elektrische Leistung hat. Die Verwendung von nicht durchgehenden Durchkontaktierungen erleichtert das Auslüften der Gerätestifte, macht es einfach, Stiftgeräte mit hoher Dichte (wie BGA-verpackte Geräte) zu routen, die Verdrahtungslänge zu verkürzen und die Timing-Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsschaltungen zu erfüllen.

5. Über Auswahl in gewöhnlicher Leiterplatte

Im gewöhnlichen PCB-Design haben die parasitäre Kapazität und die parasitäre Induktivität des Durchgangs wenig Einfluss auf das PCB-Leiterplattendesign. Für das 1-4-Schicht-Leiterplattendesign sind 0.36mm/0.61mm/1.02mm (gebohrtes Loch/Pad/POWER-Isolationsbereich) über Löcher besser, einige spezielle Signalleitungen (wie Stromleitungen, Erdungsleitungen, Taktleitungen, etc.) können 0.41mm/0.81mm/1.32mm Durchgänge wählen, oder andere Größen können entsprechend der tatsächlichen Situation von Durchgängen ausgewählt werden.

6. Über Design in der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte PCB

Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften der Durchkontaktierungen können wir sehen, dass beim Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten scheinbar einfache Durchkontaktierungen oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign haben. Um die negativen Auswirkungen, die durch die parasitären Effekte der Vias verursacht werden, zu reduzieren, kann im Design Folgendes getan werden:

(1) Wählen Sie eine angemessene Größe. Für das PCB-Design der allgemeinen Dichte von PCB-Mehrschichtplatinen ist es besser, 0.25mm/0.51mm/0.91mm (gebohrte Löcher/Pads/POWER-Isolationsbereich) Durchgänge zu verwenden; Für einige Leiterplatten mit hoher Dichte kann auch 0.20 verwendet werden. Für Durchkontaktierungen mit mm/0.46mm/0.86mm, können Sie auch Nicht-Durchkontaktierungen versuchen; Für Strom- oder Masseverbindungen können Sie eine größere Größe zur Reduzierung der Impedanz in Betracht ziehen;

(2) Je größer die POWER-Isolationsfläche, desto besser, wenn man die Durchgangsdichte auf der Leiterplatte betrachtet, im Allgemeinen D1=D2+0.41;

(3) Die Signalverdrahtung auf der Leiterplatte sollte nicht so viel wie möglich geändert werden, was bedeutet, dass die Durchkontaktierungen so weit wie möglich reduziert werden sollten;

(4) Die Verwendung einer dünneren Leiterplatte ist vorteilhaft, um die beiden parasitären Parameter des Durchgangs zu reduzieren;

(5) Die Strom- und Massepunkte sollten in der Nähe der Durchkontaktierungen sein. Je kürzer die Leitung zwischen den Vias und den Pins, desto besser, da sie die Induktivität erhöhen. Gleichzeitig sollten die Strom- und Masseleitungen so dick wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren;

(6) Platzieren Sie einige Erdungsdurchgänge in der Nähe der Durchgänge der Signalschicht, um eine Kurzstreckenschleife für das Signal bereitzustellen.

Natürlich, Spezifische Fragestellungen müssen bei der Gestaltung detailliert analysiert werden. Kosten- und Signalqualität umfassend berücksichtigen, in Hochgeschwindigkeits-PCB design, Designer hoffen immer, dass je kleiner das Durchgangsloch ist, die bessere, so dass mehr Verdrahtungsraum auf der Platine gelassen werden kann. Darüber hinaus, je kleiner das Durchgangsloch, Je kleiner die parasitäre Kapazität, je besser geeignet für Hochgeschwindigkeitsstrukturen. Bei der Konstruktion von hochdichten Leiterplatten, Die Verwendung von nicht durchgehenden Vias und die Verringerung der Größe der Vias hat zu einem Kostenanstieg geführt, und die Größe der Durchkontaktierungen kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Es wird durch das Bohren und Bohren von Leiterplattenherstellern beeinflusst. Die Grenzen der Galvanik und anderer Verfahrenstechnologien sollten bei der Auslegung von high-speed PCB Durchkontaktierungen.