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En primer lugar, el concepto básico de Kong
El agujero a través (via) es una parte importante del PCB multicapa, y el costo de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del costo de fabricación del pcb. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar a través del agujero. Funcionalmente, los agujeros se pueden dividir en dos categorías: una para la conexión eléctrica entre capas; El otro se utiliza para la fijación o localización de equipos. Desde el punto de vista artesanal, estos agujeros a través generalmente se dividen en tres categorías, a saber, agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros a través. Los agujeros ciegos se encuentran en la superficie superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen cierta profundidad para conectar el circuito superficial al circuito interno inferior. La profundidad del agujero generalmente no supera una cierta proporción (diámetro del agujero). El agujero enterrado es el agujero de conexión en la capa interior de la placa de circuito impreso y no se extiende a la superficie de la placa de circuito impreso. Ambos tipos de agujeros se encuentran en la capa interior de la placa de circuito, que se realiza mediante un proceso de formación a través del agujero antes de la laminación, y varias capas interiores pueden superponerse durante la formación del agujero a través.
El tercer tipo se llama a través del agujero, que atraviesa toda la placa de circuito y se puede utilizar para la interconexión interna o como agujero de instalación y posicionamiento de componentes. Debido a que el a través del agujero 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 a través del agujero. Los siguientes agujeros a través deben considerarse agujeros a través, sin instrucciones especiales. Desde el punto de vista del diseño, el agujero a través consta principalmente de dos partes, una es la perforación en el Centro y la otra es el área de revestimiento alrededor de la perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero. Obviamente, al diseñar PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre quieren que el agujero sea lo más pequeño posible, esta muestra puede dejar más espacio de cableado, además, cuanto más pequeño sea el agujero, menor será su propia capacidad parasitaria, más adecuada para circuitos de alta velocidad. Pero la reducción del tamaño del agujero también trae consigo un aumento de los costos, y el tamaño del agujero no se puede reducir ilimitadamente, está limitado por tecnologías como perforación (perforación) y chapado (chapado): cuanto más pequeño es el agujero, más largo es el tiempo de perforación y más fácil es desviarse del centro; Cuando la profundidad del agujero es mayor de 6 veces el diámetro del agujero, es imposible garantizar un cobre uniforme en la pared del agujero. Por ejemplo, si el espesor normal de la placa de PCB de 6 capas (profundidad del agujero) es de 50 mils, el fabricante de PCB puede proporcionar un agujero de 8 mils en condiciones normales. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, el tamaño de la perforación también puede ser cada vez más pequeño. Por lo general, el diámetro del agujero es inferior o igual a 6 mils, lo llamamos microporos. Los microporos se utilizan a menudo en el diseño de HDI (estructura de interconexión de alta densidad). La tecnología microporosa permite que los agujeros se golpeen directamente en la almohadilla (via en la almohadilla), lo que mejora considerablemente el rendimiento del circuito y ahorra espacio para el cableado.
El agujero a través de la línea de transmisión es un punto de interrupción con resistencia discontinua, lo que causará reflexión de la señal. Por lo general, la resistencia equivalente del agujero es aproximadamente un 12% menor que la resistencia equivalente de la línea de transmisión. Por ejemplo, cuando una línea de transmisión de 50 Ohm pasa por el agujero, su resistencia se reduce en 6 ohms (específicamente en relación con el tamaño del agujero y el grosor de la placa, en lugar de disminuir). Sin embargo, el reflejo causado por la discontinuidad de la resistencia a través del agujero es en realidad muy pequeño, y su coeficiente de reflexión es solo: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Los problemas causados por los agujeros se centran más en la influencia de los condensadores parasitarios y los inductores.
Condensadores parasitarios e inductores a través de agujeros
Los condensadores parasitarios y desordenados están presentes en el agujero en sí. Si el diámetro de la zona de resistencia de soldadura del agujero en la capa de colocación es d2, el diámetro de la almohadilla es d1, el espesor de la placa de PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es isla, la capacidad parasitaria del agujero es aproximadamente C = 1,41 Isla micro td1 / (d2 - d1).
El principal impacto de los condensadores parasitarios 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 con un grosor de 50 milímetros, si el diámetro de la almohadilla a través del agujero es de 20 milímetros (el diámetro de la perforación es de 10 milímetros) y el diámetro del bloque de soldadura es de 40 milímetros, podemos aproximar la capacidad parasitaria del agujero a través de la fórmula anterior: C = 141x4.4x0.050x0.020 / (0040 - 0020) = 031pf capacitor causa un cambio aproximado en el tiempo de subida: T10 - 90 = 2.2c (z0 / 2) = 2.2x0.31x (50 / 2) = 17.05ps
A partir de estos valores se puede ver que, aunque el efecto de la capacidad parasitaria de un solo agujero en el retraso y la desaceleración del ascenso no es obvio, si se utilizan varios agujeros en el cableado para el cambio capa a capa, se utilizan varios agujeros y se deben considerar cuidadosamente en el diseño. En el diseño real, la capacidad parasitaria se puede reducir aumentando la distancia entre el agujero y la zona de colocación de cobre (almohadilla inversa) o reduciendo el diámetro de la almohadilla.
En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la inducción parasitaria a través del agujero es más dañina que la capacidad parasitaria. Su inductor de serie parasitario debilitará la contribución del condensadores de derivación y reducirá la eficiencia de filtrado de todo el sistema de energía. Podemos calcular simplemente la inducción parasitaria de la aproximación del agujero a través utilizando la siguiente fórmula empírica: L = 5,08h [ln (4h / d) + 1], donde l es la inducción del agujero a través, H es la longitud del agujero a través y D es el diámetro del agujero central. Como se puede ver en la ecuación, el diámetro del agujero tiene un pequeño impacto en la inducción, pero la longitud del agujero tiene un impacto en la inducción. Utilizando nuevamente el ejemplo anterior, la inducción fuera del agujero se puede calcular en l = 5,08x0,050 [ln (4x050 / 0010) + 1] = 1015nh. Si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, el tamaño de la resistencia equivalente es XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 Í. En presencia de corriente de alta frecuencia, la resistencia no puede ser ignorada. En particular, los condensadores de derivación deben atravesar dos agujeros para conectar la capa de suministro a la formación, duplicando así la inducción parasitaria del agujero.
3. cómo usar el agujero
A través del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros a través, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los agujeros a través aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos del efecto parasitario del agujero, podemos tratar de hacer lo siguiente en el diseño:
1. teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se seleccionó una apertura razonable. Si es necesario, se puede considerar el uso de agujeros de diferentes tamaños. Por ejemplo, para los cables de alimentación o de tierra se puede considerar el uso de tamaños más grandes para reducir la resistencia, y para el cableado de señales se pueden usar agujeros más pequeños. Por supuesto, a medida que el tamaño del agujero disminuye, el costo correspondiente también aumentará.
2. las dos fórmulas discutidas anteriormente muestran que el uso de placas de PCB más delgadas ayuda a reducir los dos parámetros parasitarios de la perforación.
3. el cableado de la señal en el tablero de PCB debe ser lo más libre posible de cambiar de capa, es decir, evitar el uso de agujeros innecesarios en la medida de lo posible.
4. los pines de la fuente de alimentación y el suelo deben perforarse en el agujero más cercano, y los cables entre los agujeros y los pines deben ser lo más cortos posible. Se pueden considerar múltiples agujeros paralelos para reducir la inducción equivalente.
5. algunos agujeros de tierra se colocan cerca de los agujeros de estratificación de la señal para proporcionar el circuito cerrado de la señal. Incluso puedes agregar algunos agujeros de tierra adicionales al pcb.
6. para las placas de PCB de alta velocidad con mayor densidad, se pueden considerar microporos.
