Blog de PCB - A través del agujero en el PCB

El agujero es uno de los componentes importantes de las placas de PCB multicapa, y el costo de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del costo de producción de las placas de pcb. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar un agujero.

1. desde el punto de vista funcional, el paso de agujeros se puede dividir en dos categorías:

1) se utiliza como conexión eléctrica entre capas;

2) se utiliza para fijar o localizar equipos.

Técnicamente, estos agujeros se dividen generalmente en tres categorías, a saber, agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros.

El agujero ciego se encuentra en la superficie superior e inferior de la placa de circuito impreso y tiene cierta profundidad para conectar el circuito superficial con el circuito interno inferior, y la profundidad del agujero generalmente no supera un cierto porcentaje (diámetro).

Los agujeros enterrados se refieren a los agujeros de conexión ubicados en la capa interior de la placa de circuito impreso y no se extienden a la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de agujeros mencionados se encuentran en la capa interior de la placa de circuito y se completan mediante el proceso de formación de agujeros a través antes de la laminación. Durante la formación del agujero, varias capas interiores se pueden superponer.

El tercer tipo se llama a través del agujero, que penetra en toda la placa de circuito y se puede utilizar para interconexiones internas o como agujero de posicionamiento de montaje de componentes. Debido a que el agujero a través es más fácil de lograr en el proceso y es más barato, la mayoría de las placas de circuito impreso lo utilizan en lugar de los otros dos agujeros a través. A menos que se especifique otra cosa, los agujeros a través mencionados a continuación se consideran agujeros a través. Desde el punto de vista del diseño, el paso por el agujero consta principalmente de dos partes, una es la perforación en el Centro y la otra es el área de revestimiento alrededor de la perforación, como se muestra en la siguiente imagen. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero. Obviamente, en el diseño de placas de PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre esperan que cuanto más pequeño sea el agujero, mejor, lo que puede dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto más pequeño es el agujero, más capacidad parasitaria tiene. cuanto más pequeño es el agujero, más adecuado es para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del agujero también trae consigo un aumento de los costos, y el tamaño del agujero no puede reducirse infinitamente. Está limitado por tecnologías de proceso como la perforación y la galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, más perforación, más tiempo se necesita, más fácil es desviarse del centro; Cuando la profundidad del agujero supera las seis veces el diámetro del agujero, no se puede garantizar que la pared del agujero esté uniformemente cubierta de cobre. Por ejemplo, el grosor (profundidad del agujero) de una placa de PCB ordinaria de 6 capas es de unos 50 milímetros, por lo que el diámetro del agujero proporcionado por el fabricante de la placa de PCB solo puede alcanzar los 8 milímetros.

2. los condensadores parasitarios a través del agujero tienen condensadores parasitarios al suelo a través del agujero en sí. Si se sabe que el diámetro del agujero de aislamiento a través del agujero en la formación de tierra es d2, el diámetro de la almohadilla a través del agujero es D1 y el espesor de la placa de PCB es t, la constante dieléctrica del sustrato de la placa es isla, entonces la capacidad parasitaria a través del agujero es similar: C = 1,41 Isla micro td1 / (d2 - d1) el principal impacto de la capacidad parasitaria a través del agujero en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito.

Por ejemplo, para una placa de PCB de 50 milímetros de espesor, si se utiliza un agujero con un diámetro interior de 10 milímetros, un diámetro de la almohadilla de 20 milímetros y la distancia entre la almohadilla y la zona de cobre de tierra es de 32 milímetros, podemos aproximar el agujero a través de la fórmula anterior. Los condensadores parasitarios son ásperos:

C = 141x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0020) = 0517 pf,

Los cambios en el tiempo de subida causados por esta parte de la capacidad son:

T10 - 90 = 2,2c (z0 / 2) = 2,2x0.517x (55 / 2) = 31,28ps.

A partir de estos valores, se puede ver que, aunque el efecto del aumento y retraso causado por la capacidad parasitaria de un solo agujero no es obvio, si el agujero se utiliza varias veces en el rastro para cambiar entre capas, el diseñador todavía debe considerarlo cuidadosamente.

3. la bobina de inducción parasitaria a través del agujero es similar, y la bobina de inducción parasitaria a través del agujero también tiene una bobina de inducción parasitaria. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inducción parasitaria a través del agujero es a menudo mayor que el impacto de los condensadores parasitarios. Su inductor de serie parasitario debilitará la contribución del condensadores de derivación y reducirá el efecto de filtrado de todo el sistema eléctrico. Podemos calcular fácilmente la inducción parasitaria aproximada del agujero con la siguiente fórmula: L = 5,08h [ln (4h / d) + 1]

Entre ellos, l es la inducción del agujero, H es la longitud del agujero y D es el diámetro de la perforación central. Como se puede ver en la fórmula, el diámetro del agujero tiene un pequeño impacto en la inducción, mientras que la longitud del agujero afecta a la inducción. Todavía utilizando el ejemplo anterior, la inducción a través del agujero se puede calcular como: L = 5,08x0.050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1] = 1,015nh. Si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, su resistencia equivalente es XL = Íl / T10 - 90 = 3,19. Esta resistencia ya no se puede ignorar cuando pasa una corriente de alta frecuencia. Hay que tener en cuenta que al conectar la capa de alimentación y la formación de tierra, el condensadores de derivación deben pasar por dos agujeros, multiplicando así la inducción parasitaria del agujero.

4. a través del análisis anterior de las características parasitarias del agujero, podemos ver que en el diseño de la placa de circuito de alta velocidad, el agujero aparentemente simple a menudo trae muchos inconvenientes al diseño del circuito. Impacto negativo. Para reducir los efectos adversos del efecto parasitario a través del agujero, puede hacer todo lo posible en el diseño:

1) teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se seleccionan agujeros de tamaño razonable. Por ejemplo, para el diseño de placas de PCB de módulos de almacenamiento de 6 - 10 capas, es mejor usar 10 / 20 mils (perforación / almohadilla) para pasar el agujero. Para algunas placas pequeñas de alta densidad, también puede intentar usar 8 / 18 mils. A través del agujero. En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar agujeros más pequeños. Para la fuente de alimentación o el agujero de tierra, considere usar un tamaño más grande para reducir la resistencia.

2) a partir de las dos fórmulas discutidas anteriormente, se puede concluir que el uso de placas de PCB más delgadas favorece la reducción de dos parámetros parasitarios a través del agujero.

3) trate de no cambiar la capa del rastro de señal en el pcb, es decir, trate de no usar agujeros innecesarios.

4) los pines de la fuente de alimentación y la puesta a tierra deben estar lo más cerca posible de la perforación. Cuanto más corto sea el cable entre el agujero y el pin, mejor, porque aumentarán la inducción. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y puesta a tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia.

5) colocar algunos agujeros de paso de tierra cerca de los agujeros de paso de la capa de cambio de señal para proporcionar un camino de retorno corto para la señal. Incluso se pueden colocar muchos agujeros de tierra redundantes en los pcb. Por supuesto, también se necesita flexibilidad en el diseño. Con almohadillas en cada capa, el modelo de paso de agujeros discutido anteriormente, a veces, podemos reducir o incluso eliminar almohadillas en algunas capas. Especialmente cuando la densidad de agujeros es muy alta, esto puede conducir a la formación de disyuntores en la capa de cobre. Para resolver este problema, además de mover la posición del agujero, también podemos considerar colocar el agujero en la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla en la placa de PCB se reduce.