Tecnología de PCB - Varias consideraciones para el diseño de agujeros de PCB HDI de alta velocidad

En el diseño de PCB HDI de alta velocidad, el diseño de agujeros es un factor importante. Consta de un agujero, un área de almohadilla alrededor del agujero y un área de aislamiento de la capa de potencia, que generalmente se divide en tres tipos: agujero ciego, agujero enterrado y agujero a través. En el proceso de diseño de pcb, a través del análisis de condensadores parasitarios e inductores parasitarios a través de agujeros, se resumen algunas precauciones en el diseño de agujeros de PCB de alta velocidad.

En la actualidad, el diseño de PCB de alta velocidad es ampliamente utilizado en comunicaciones, computadoras, gráficos y procesamiento de imágenes. Todos los diseños de productos electrónicos de valor agregado de alta tecnología persiguen las características de bajo consumo de energía, baja radiación electromagnética, alta fiabilidad, miniaturización y peso ligero. Para lograr los objetivos anteriores, el diseño de agujeros es un factor importante en el diseño de PCB de alta velocidad.

1. aprobación

El agujero es un factor importante en el diseño de PCB multicapa. El agujero se compone principalmente de tres partes, una es el agujero; La otra es el área de la plataforma alrededor del agujero; La tercera es la zona de cuarentena en el nivel de potencia. El proceso del agujero a través es recubrir una capa de metal por deposición química en la superficie cilíndrica de la pared del agujero a través, conectar la lámina de cobre que necesita ser conectada a la capa intermedia y hacer almohadillas ordinarias en los lados superior e inferior del agujero a través, en forma de conexión directa con las líneas en los lados superior e inferior o sin conexión. El agujero puede actuar como un dispositivo de conexión eléctrica, fijación o posicionamiento. El diagrama esquemático del agujero se muestra en la figura 1.

Diagrama esquemático del agujero a través

Los viaductos generalmente se dividen en tres categorías: agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros a través.

Los agujeros ciegos se encuentran en la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen cierta profundidad. Se utilizan para conectar líneas superficiales con líneas internas inferiores. La profundidad del agujero y el diámetro del agujero generalmente no superan una cierta proporción.

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.

Tanto los agujeros ciegos como los enterrados se encuentran en la capa interior de la placa de circuito, que se completa con el proceso de formación a través de los agujeros antes de la laminación, y varias capas interiores pueden superponerse durante la formación de los agujeros a través.

Los agujeros a través de toda la placa de circuito se pueden utilizar para la interconexión interna o como agujeros de posicionamiento para la instalación de componentes. Debido a que los agujeros a través son más fáciles de lograr en el proceso y más baratos, las placas de circuito impreso generalmente usan agujeros a través. La clasificación de los agujeros a través se muestra en la figura 2.

Clasificación a través del agujero

2. condensadores parasitarios a través de agujeros

El propio agujero tiene un capacitor parasitario al suelo. Si el diámetro del agujero de aislamiento en la formación de conexión del agujero es d2, el diámetro de la almohadilla del agujero es d1, el espesor del PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es mu, la capacidad parasitaria del agujero es similar a:

C = 1,41 μtd1 / (d2 - d1)

El principal impacto de los condensadores parasitarios a través del agujero en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Cuanto menor sea el valor de la capacidad, menor será el efecto.

3. inductores parasitarios a través del agujero

El agujero en sí tiene una 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 la capacidad parasitaria. La inducción de serie parasitaria a través del agujero debilitará la función del condensadores de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Si L se refiere a la inducción del agujero a través, H es la longitud del agujero a través y D es el diámetro del agujero central,

La inducción parasitaria del agujero es similar a:

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

Como se puede ver en la fórmula, el diámetro del agujero a través tiene un pequeño impacto en la inducción, mientras que la longitud del agujero a través tiene el mayor impacto en la inducción.

4. tecnología no penetrante

Los agujeros no a través incluyen agujeros ciegos y agujeros enterrados.

En la tecnología de agujeros no penetrantes, la aplicación de agujeros ciegos y enterrados puede reducir en gran medida el tamaño y la calidad de los pcb, reducir el número de capas, mejorar la compatibilidad electromagnética, aumentar las características de los productos electrónicos, reducir costos y hacer que el trabajo de diseño sea más simple y rápido. En el diseño y procesamiento tradicional de pcb, los agujeros a través traerán muchos problemas. En primer lugar, ocupan una gran cantidad de espacio efectivo, y en segundo lugar, un gran número de agujeros a través están densamente concentrados en un solo lugar, lo que también crea enormes obstáculos para el cableado interno de PCB multicapa. Estos agujeros ocupan el espacio necesario para el cableado y atraviesan intensamente la fuente de alimentación y el suelo. La superficie de la capa de alambre también destruirá las características de resistencia de la capa de alambre de tierra de la fuente de alimentación, lo que hará que la capa de alambre de tierra de la fuente de alimentación falle. La carga de trabajo de los métodos tradicionales de perforación mecánica será 20 veces mayor que la de la tecnología de agujeros no perforantes.

En el diseño de pcb, aunque el tamaño de la almohadilla y el agujero a través disminuye gradualmente, si el espesor de la capa de la placa no disminuye proporcionalmente, la relación vertical y horizontal del agujero a través aumentará, y el aumento de la relación vertical y horizontal del agujero a través reducirá la fiabilidad. Con la madurez de la tecnología avanzada de perforación láser y la tecnología de grabado en seco de plasma, se pueden aplicar pequeños agujeros ciegos no penetrantes y pequeños agujeros enterrados. Si el diámetro de estos agujeros no penetrantes es de 0,3 mm, el parámetro parasitario será aproximadamente 1 / 10 del agujero tradicional original, mejorando así la fiabilidad del pcb.

Debido a la tecnología no a través del agujero, hay pocos agujeros grandes en el pcb, lo que puede proporcionar más espacio de cableado. El espacio restante se puede utilizar para el blindaje a gran escala para mejorar el rendimiento EMI / rfi. Al mismo tiempo, más espacio restante también se puede utilizar en capas interiores para bloquear parcialmente el equipo y los cables de red clave para que tengan un rendimiento eléctrico óptimo. El uso de agujeros no penetrantes facilita el abanico de los pin del dispositivo, facilita el cableado de los dispositivos de pin de alta densidad (como los dispositivos encapsulados bga), acorta la longitud del cableado y cumple con los requisitos de cronología de los circuitos de alta velocidad.

5. selección de agujeros en los PCB ordinarios

En el diseño ordinario de pcb, los condensadores parasitarios e inductores parasitarios a través de los agujeros tienen poco impacto en el diseño de pcb. Para el diseño de PCB de 1 - 4 capas, 0,36 mm / 0,61 mm / 1,02 mm (generalmente se utilizan zonas de perforación / soldadura / potencia) Vias es mejor. Para las líneas de señal con requisitos especiales (como líneas de alimentación, líneas de tierra, líneas de reloj, etc.), se puede seleccionar un agujero de 0,41 mm / 0,81 mm / 1,32 mm, o se pueden utilizar otros tamaños de agujeros de acuerdo con la situación real.

6. diseño de agujeros en PCB de alta velocidad

A través del análisis anterior de las características parasitarias del agujero, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, el agujero aparentemente simple a menudo tiene un gran impacto negativo en el diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos causados por los efectos parasitarios a través del agujero, se pueden hacer las siguientes tareas en el diseño:

(1) elija un tamaño razonable del agujero. Para el diseño de PCB de densidad universal de varias capas, es mejor usar 0,25 mm / 0,51 mm / 0,91 mm (perforación / almohadilla / zona de aislamiento de potencia) a través del agujero; Para algunos PCB de alta densidad, 0,20 mm / 0,46 también se puede usar un agujero de MM / 0,86 mm, o se puede probar un agujero no a través; Para la fuente de alimentación o el agujero de tierra, se puede considerar el uso de un tamaño más grande para reducir la resistencia;

(2) cuanto mayor sea el área de aislamiento de power, mejor, teniendo en cuenta la densidad de agujeros en el pcb, D1 = D2 0,41 en general;

(3) el rastro de señal en el PCB no debe cambiarse tanto como sea posible, lo que significa que los agujeros a través deben reducirse tanto como sea posible;

(4) el uso de PCB más delgados es propicio para reducir los dos parámetros parasitarios del agujero;

(5) la fuente de alimentación y los pines de tierra deben fabricarse a través de agujeros cercanos. Cuanto más corto sea el cable entre el agujero y el pin, mejor, porque aumentarán la inducción. Al mismo tiempo, el cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia;

(6) coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros a través de la capa de conversión de señal para proporcionar un circuito de corta distancia para la señal.

Por supuesto, es necesario analizar los problemas específicos en detalle al diseñar. Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, en el diseño de PCB de alta velocidad, 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 menor sea el agujero, menor será su propia capacidad parasitaria, más adecuada será para circuitos de alta velocidad.

En el diseño de PCB de alta densidad, el uso de agujeros no a través y la reducción del tamaño de los agujeros a través también traen un aumento de costos, y el tamaño de los agujeros a través no se puede reducir infinitamente. Se ve afectado por los procesos de perforación y galvanoplastia de los fabricantes de pcb. Al diseñar los orificios de los PCB de alta velocidad, se deben considerar las limitaciones técnicas de manera equilibrada.