Leiterplattentechnisch - Was ist PCB über Loch?

Grundkonzepte von 1 PCB über

PCB via ist eine der wichtigsten Komponenten von Multilayer PCB. Die Kosten für Bohrungen machen normalerweise 30% bis 40% der Kosten für die Leiterplattenherstellung aus. Einfach ausgedrückt kann jedes Loch auf einer Leiterplatte als PCB-Durchgangsloch bezeichnet werden. Funktionell können PCB-Pässe in zwei Kategorien unterteilt werden: eine wird als elektrische Verbindung zwischen Schichten verwendet; Die zweite besteht darin, das Gerät zu reparieren oder zu lokalisieren. In Bezug auf den Prozess werden diese Leiterplatten im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: blind via, begraben via und durch via. Blindlöcher befinden sich auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und haben eine bestimmte Tiefe für die Verbindung zwischen der Oberflächenlinie und der darunter liegenden Innenlinie. Die Tiefe der Löcher überschreitet in der Regel nicht ein bestimmtes Verhältnis (Blende). Begrabenes Loch bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht der Leiterplatte, das sich nicht bis zur Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Diese beiden Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte, die durch den Durchgangslochformungsprozess vor der Laminierung abgeschlossen wird, und können mehrere innere Schichten während des Prozesses der PCB-Durchgangslochbildung überlappen. Das dritte wird ein Durchgangsloch genannt, das durch die gesamte Leiterplatte verläuft und verwendet werden kann, um interne Verbindungen zu erreichen oder Positionierlöcher als Komponenten zu montieren. Da die Löcher technisch einfacher und kostengünstiger zu erreichen sind, verwenden die meisten Leiterplatten sie anstelle der anderen beiden Leiterplattenlöcher. Die Leiterplatte durchläuft Löcher, die unten erwähnt werden, ohne spezielle Anweisungen, werden als Durchgänge durch Löcher betrachtet.

Vom Design-Standpunkt aus besteht ein PCB-Pass hauptsächlich aus zwei Teilen, einer ist das Bohrloch in der Mitte, der andere ist der Klebepad-Bereich um das Bohrloch. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe der Leiterplattenlöcher. Bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns mit hoher Dichte möchten Designer natürlich immer, dass je kleiner die Leiterplatte durch das Loch geht, desto besser der Verdrahtungsraum auf der Leiterplatte ist. Je kleiner die Leiterplatte durch das Loch geht, desto kleiner ist die parasitäre Kapazität der Leiterplatte selbst und desto besser ist sie für Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Je kleiner die Lochgröße, desto höher die Kosten und die Größe der Leiterplattenlöcher kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Sie wird durch Prozesstechnologien wie Bohren und Beschichten begrenzt: Je kleiner die Lochgröße, desto länger dauert das Bohren und desto leichter ist es, von der Mittelposition abzuweichen. Und wenn die Tiefe des Lochs das 6-fache des Lochdurchmessers übersteigt, ist es nicht möglich, sicherzustellen, dass die Lochwand gleichmäßig verkupfert ist. Zum Beispiel, wenn eine normale 6-lagige Leiterplatte eine Dicke von 50 Mil (Durchgangstiefe) hat.

Dann kann der Durchmesser der Löcher von Leiterplattenherstellern unter normalen Bedingungen nur 8Mil erreichen. Mit der Entwicklung der Laserbohrtechnologie kann die Größe der Bohrlöcher auch kleiner und kleiner sein. Im Allgemeinen werden Leiterplatten Löcher mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 6Mils als Mikrolöcher bezeichnet. Mikrolöcher werden häufig in HDI (High Density Interconnect Structure) Design verwendet. Durch die Microhole-Technologie können Leiterplattenlöcher direkt auf das Bonding Pad (Via-in-Pad) gestanzt werden, was die Schaltungsleistung erheblich verbessert und Platz für die Verdrahtung spart.

Leiterplattenlöcher in der Übertragungsleitung zeigen diskontinuierliche Impedanzbrechpunkte, die Signalreflexion verursachen. Im Allgemeinen ist die äquivalente Impedanz von Leiterplattenlöchern etwa 12% niedriger als die von Übertragungsleitungen. Zum Beispiel wird die Impedanz von 50-Ohm-Übertragungsleitungen durch Leiterplattenlöcher um 6-Ohm reduziert (spezifische Größe von Leiterplattenlöchern, Plattendicke ist auch bezogen, nicht reduziert). Jedoch ist die Reflexion der Leiterplatte durch diskontinuierliche Impedanz sehr gering, und ihr Reflexionskoeffizient ist nur (44-50)/(44+50)=0.06. Die Probleme, die durch PCB via verursacht werden, konzentrieren sich mehr auf parasitäre Kapazität und Induktivität.

Parasitische Kapazität und Induktivität von 2-Leiterplatten über Loch

Leiterplattenpässe haben parasitäre Streumkapazitäten. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser der Widerstandszone von Leiterplatten auf der geschichteten Schicht D2 ist, ist der Durchmesser von Leiterplatten-Durchgängen D1, die Dicke der Leiterplatten-Platte T, und die Dielektrizitätskonstante des Plattenbasismaterials ist als D bekannt. ε, Die parasitäre Kapazität der Leiterplatten-Pore ist ungefähr dieselbe wie C=1.41 ε TD1/(D2-D1)

Die parasitäre Kapazität der Leiterplatte durch das Loch hat einen großen Einfluss auf die Schaltung, die die Anstiegszeit des Signals verlängert und die Geschwindigkeit der Schaltung reduziert. Zum Beispiel für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50 Mil, wenn der Durchmesser des Leiterplattendurchgangs 20 Mil ist (Bohrlochdurchmesser 10 Mils) und der Durchmesser der Widerstandszone 40 Mil ist, kann die parasitäre Kapazität des Leiterplattendurchgangs ungefähr durch die obige Formel berechnet werden:

C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF

Die Höhe der Anstiegszeit, die durch diesen Teil der Kapazität verursacht wird, beträgt ungefähr:

T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

Aus diesen Werten kann man sehen, dass, obwohl der Effekt der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität eines einzelnen Leiterplattenlochs verursacht wird, nicht offensichtlich ist, mehrere Leiterplattenlöcher für Schicht-zu-Schicht-Umschaltung verwendet werden, wenn Leiterplattenlöcher mehrfach in der Verdrahtung verwendet werden und im Design sorgfältig berücksichtigt werden sollten. Im praktischen Design kann die parasitäre Kapazität verringert werden, indem der Abstand zwischen Leiterplatte durch Loch und Kupferpad erhöht oder der Durchmesser des Pads verringert wird.

Parasitische Kapazität und Induktivität existieren in Leiterplattenpässen. Bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen verursacht die parasitäre Induktivität von Leiterplatten-Durchgängen oft mehr Schaden als die parasitäre Kapazität. Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag der Bypass-Kapazität und die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. Die folgende empirische Formel kann verwendet werden, um die parasitäre Induktivität einer PCB-Durchgangslochapproximation zu berechnen:

L=5,08h[ln(4h/d)+1]

L bezieht sich auf die Induktivität von Leiterplattenlöchern, h ist die Länge der Leiterplattenlöcher, D ist der Durchmesser des zentralen Lochs. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser von Leiterplattenlöchern wenig Einfluss auf die Induktivität hat, während die Länge von Leiterplattenlöchern wenig Einfluss auf die Induktivität hat. Noch mit dem obigen Beispiel kann die Induktivität der Leiterplatte durch berechnet werden wie:

L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH

Wenn die Anstiegszeit des Signals 1ns ist, ist die äquivalente Impedanz: XL=pi L/T10-90=3.19_. Diese Impedanz kann beim Passieren mit Hochfrequenzstrom nicht mehr ignoriert werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Bypass-Kapazität beim Verbinden der Leistungsschicht und der Schicht durch zwei Leiterplattenlöcher gehen muss, damit die parasitäre Induktivität der Leiterplattenlöcher multipliziert werden kann.

3 Wie man PCB verwendet, um Löcher zu passieren

Aus der obigen Analyse der parasitären Eigenschaften von Leiterplattenlöchern können wir sehen, dass im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign die scheinbar einfachen Leiterplattenlöcher oft einen großen negativen Einfluss auf das Schaltungsdesign haben. Um die negativen Auswirkungen der parasitären Wirkung der PCB-Pore zu reduzieren, ist es möglich, dies im Design zu tun:

A Wählen Sie eine vernünftige Größe der Leiterplatte über Größe unter Berücksichtigung der Kosten und der Signalqualität. Erwägen Sie, bei Bedarf Leiterplattenpässe unterschiedlicher Größe zu verwenden, z. B. größere Größen für Netzteil- oder Massedraht-Leiterplattenpässe, um die Impedanz zu reduzieren, und kleinere Leiterplattenpässe für das Signalrouting. Natürlich steigen die Kosten, wenn die Größe der Leiterplattenlöcher abnimmt.

B Aus den beiden oben beschriebenen Formeln kann geschlossen werden, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplattenplatte vorteilhaft ist, um die beiden parasitären Parameter der PCB-Pore zu reduzieren.

Die Signalverdrahtung auf der C-Leiterplatte sollte nicht so weit wie möglich verändert werden, das heißt, unnötige Leiterplattenlöcher sollten nicht verwendet werden.

D Stromversorgungs- und Massepunkte sollten in der Nähe des Leiterplattendurchgangslochs gestanzt werden, je kürzer die Leitung zwischen dem Leiterplattendurchgangsloch und dem Stift, desto besser. Mehrere Leiterplatten-Durchgänge können parallel betrachtet werden, um die äquivalente Induktivität zu reduzieren.

E Platziert einige geerdete Leiterplattenpässe in der Nähe der Leiterplattenpässe der Signalschicht, um eine geschlossene Schaltung für das Signal bereitzustellen. Sie können sogar einige zusätzliche geschliffene Leiterplattenlöcher auf der Leiterplatte platzieren.

F Für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten mit hoher Dichte können Mikro-Leiterplattenlöcher in Betracht gezogen werden.