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A travéS del agujero es una parte importante de la estructura multicapa PCB circuit board, Los costos de perforación suelen representar entre el 30% y el 40% de los costos de perforación Fabricación de PCB. En resumen, Cada agujero en HDI Board Puede ser llamado un camino.
Desde el punto de vista funcional, Los orificios se pueden dividir en dos tipos:
Una conexión eléctrica utilizada como capa intercalar
El segundo es un dispositivo fijo o localizador
En cuanto al proceso, Estos orificios se clasifican generalmente en tres categorías:, Orificio ciego, A través del agujero enterrado y a través del agujero.
El agujero ciego se encuentra en la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso y tiene cierta profundidad.. Se utilizan para conectar la línea de superficie y la línea interna de la Fundación. The depth of Este hole usually does not exceed a certain ratio (aperture).
Buried hole
It refers to the connection hole located in the inner layer of the printed circuit board, No se extiende a la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de agujeros se encuentran en la capa interna de la placa de circuito, Y se hacen a través de un proceso de formación de agujeros antes de la laminación, Y durante la formación del orificio, varias capas internas pueden superponerse.
Through hole
This kind of hole penetrates the entire circuit board and can be used for internal interconnection or as a component installation positioning hole.
Debido a que el orificio es más fácil de realizar en el proceso, el costo es menor, La mayoría de las placas de circuitos impresos lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de a través de agujeros. Los siguientes orificios:, Salvo disposición en contrario, Se considera un orificio. Desde el punto de vista del diseño, El orificio se compone principalmente de dos partes:, Uno es un agujero en el Medio., La otra es la zona acolchada alrededor del agujero de perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del orificio.
Visiblemente, En el diseño de alta velocidad, Alta densidad HDI Boards, La gente siempre espera que el orificio sea más pequeño, Mejor, Para dejar más espacio de cableado en el tablero. Además, Cuanto más pequeño es el orificio, Cuanto mayor es la capacidad parasitaria de la misma. Pequeño, Más adecuado para circuitos de alta velocidad.
Sin embargo,, La disminución del tamaño del agujero también conduce a un aumento de los costos, Y el tamaño del orificio no puede reducirse infinitamente. Está limitado por técnicas de perforación y galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, Más tiempo de perforación, Cuanto más fácil es desviarse de la posición central; Cuando la profundidad del agujero supere seis veces el diámetro del agujero, No se puede garantizar un recubrimiento uniforme de cobre en la pared del agujero.
Por ejemplo:, if the thickness (through hole depth) of a normal 6-layer PCB Board Son 50 millas., Y luego en circunstancias normales, Diámetro del agujero Fabricante de PCB Sólo 8 mils están disponibles.
Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, El tamaño del agujero puede ser cada vez más pequeño. Normalmente, Un orificio de diámetro inferior o igual a 6 milímetros se llama microporosidad.. Microvias are often used in HDI (High Density Interconnect Structure) designs. Microvia technology allows vias to be directly punched on the pad (Via-in-pad), Esto mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra espacio de cableado.
A través del agujero se muestra como el punto de interrupción de la impedancia discontinua de la línea de transmisión, Esto dará lugar a un reflejo de la señal. Normalmente, La impedancia equivalente del orificio es aproximadamente un 12% inferior a la de la línea de transmisión.. Por ejemplo:, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohms when passing through the via (specifically, Está relacionado con el tamaño y el espesor del orificio, not reduction).
Sin embargo,, La reflexión causada por el orificio causado por la impedancia discontinua es en realidad muy pequeña, and the reflection coefficient is only: (44-50)/(44+50)=0.06. Los problemas causados por el orificio se centran más en la Capacitancia parasitaria y la Inductancia.. Influencia.
Capacitancia parasitaria a través del agujero
A través del agujero tiene Capacitancia parasitaria al suelo. Si se sabe que el diámetro del agujero de aislamiento en la formación a través del agujero es D2, El diámetro de la almohadilla a través del agujero es D1, Espesor PCB Board ¿Sí?, La constante dieléctrica del sustrato es de 1 μ, then the parasitic capacitance of the via is approximately:
C=1.41 μ td1/(D2-D1) The main effect of the parasitic capacitance of the via hole on the circuit is to prolong the rise time of the signal and reduce the speed of the circuit.
Por ejemplo:, Para PCB de 50 milímetros de espesor, Si se utiliza un orificio con un diámetro interior de 10 milímetros y un diámetro de almohadilla de 20 milímetros, La distancia entre la almohadilla y la zona de cobre de puesta a tierra es de 32 mils, A continuación, podemos utilizar la fórmula anterior para aproximar la Capacitancia parasitaria a través del agujero aproximadamente: C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032 - 0.020)=0.517pF
The change in rise time caused by this part of the capacitance is: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps
From these values, Se puede ver que, aunque el efecto del retardo de aumento causado por la Capacitancia parasitaria de un solo orificio no es obvio, Cambiar entre capas si los agujeros se utilizan más de una vez en el rastreo, the Fabricante de tableros HDI reminds the designer to Considered carefully.
Parasitic inductance of vias
Similarly, Inductancia parasitaria y Capacitancia parasitaria a través del agujero. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, El daño causado por la Inductancia parasitaria a través del agujero es generalmente mayor que el efecto de la Capacitancia parasitaria.. Su Inductancia parasitaria en serie debilitará la contribución del condensador de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de potencia..
La Inductancia parasitaria a través del agujero se puede calcular simplemente usando la siguiente fórmula: L = 5.08h [ln(4h/d)+1]
Where L refers to the inductance of the via, H es la longitud del orificio, D es el diámetro del agujero central. De la fórmula se puede ver que el diámetro del orificio tiene poca influencia en la Inductancia., La longitud del orificio tiene un efecto en la Inductancia..
Utilice el ejemplo anterior, La Inductancia del orificio se puede calcular como: L = 5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
If the rise time of the signal is 1ns, Entonces la impedancia equivalente es: XL = 1/T10 - 90 = 3.19Ω
Such impedance can no longer be ignored when high-frequency current passes. Debe prestarse especial atención a la necesidad de que el condensador de derivación pase a través de dos orificios al conectar la capa de alimentación y la capa de tierra., Duplicar la Inductancia parasitaria del orificio.
Via design in high-speed PCB
Through the above analysis of the parasitic characteristics of vias, Podemos ver esto Diseño de PCB de alta velocidad, Los orificios aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño del circuito.
Con el fin de reducir los efectos adversos causados por el efecto parasitario a través del agujero, se pueden lograr los siguientes aspectos en el diseño en la medida de lo posible:
Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se selecciona un orificio de tamaño razonable. Por ejemplo, para un diseño de PCB de 6 - 10 capas, es preferible utilizar un orificio de 10 / 20 mils (perforación / almohadilla). Para algunas placas pequeñas de alta densidad, también puede probar 8 / 18 mils. Agujero En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar un orificio más pequeño. Para las fuentes de alimentación o los orificios de puesta a tierra, se pueden considerar tamaños más grandes para reducir la impedancia.
Las dos fórmulas discutidas anteriormente pueden concluir que el uso de PCB más delgados puede ayudar a reducir los dos parámetros parasitarios del orificio.
Los pines de alimentación y puesta a tierra deben perforarse cerca, El plomo entre el orificio y el pin debe ser lo más corto posible, Porque aumentan la Inductancia. Al mismo tiempo, Los cables de alimentación y de puesta a tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la Impedancia.
Señal en HDI Board No debe cambiar tanto como sea posible, Esto significa que los orificios innecesarios deben reducirse al mínimo.
Coloque algunos agujeros a través de la tierra cerca de los agujeros a través de la capa de señal para proporcionar un circuito cerrado para la señal. Incluso en PCB Board. Por supuesto., El diseño requiere flexibilidad. El modelo a través del agujero discutido anteriormente es el caso de almohadillas en cada capa. A veces, Podemos reducir o incluso eliminar algunas capas de almohadillas.
Especialmente cuando la densidad del orificio es muy alta, Esto puede conducir a la formación de ranuras de desconexión que separan los circuitos de la capa de cobre. Para resolver el problema, Además de mover la posición del orificio, También podemos considerar la colocación de agujeros a través de la capa de cobre. Reducción del tamaño de la almohadilla.
Cómo usar a través de los agujeros: a través del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros, Podemos ver esto Diseño de PCB de alta velocidad, El uso inadecuado de un orificio aparentemente simple suele tener un gran impacto negativo en el diseño del circuito..
