Tecnología de PCB - Influencia de la perforación de PCB en la transmisión de señales

1. Concepto básico de perforación

A través del agujero PCB multicapa, Los costos de perforación suelen representar entre el 3.0% y el 40% de los costos de fabricación de PCB. En pocas palabras, Cada agujero en un PCB se puede llamar a través del agujero. Desde el punto de vista funcional, Los orificios se pueden dividir en dos tipos: uno se utiliza para la conexión eléctrica entre capas; Otro dispositivo de fijación o localización. En el aspecto del proceso, Estos orificios se dividen generalmente en tres tipos, Agujero ciego, A través de agujeros enterrados y a través de agujeros. 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 líneas superficiales con líneas internas subyacentes. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). Un agujero enterrado es un agujero de conexión situado en la capa interna de una placa de circuito impreso., No se extiende a la superficie del tablero.

Los dos tipos de agujeros anteriores se encuentran en la capa interna de la placa de circuito y se completan mediante un proceso de formación de agujeros a través antes de la laminación, y varias capas internas pueden superponerse durante la formación de agujeros a través. El tercer tipo, llamado a través de agujeros, penetra a través de todo el tablero de circuitos y puede ser utilizado para la interconexión interna o como un agujero de localización de montaje de componentes. Debido a que el orificio es más fácil de realizar en el proceso y es más barato, la mayoría de las placas de circuitos impresos lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de orificio. A menos que se especifique otra cosa, los siguientes orificios se considerarán orificios.

Desde el punto de vista del diseño, el orificio se compone principalmente de dos partes, una es el agujero de perforación en el Centro, la otra es la zona de revestimiento alrededor del agujero de perforación. El tamaño de las dos partes determina el tamaño del orificio. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre esperan que los agujeros sean lo más pequeños posible para dejar más espacio de cableado en el tablero. Además, cuanto más pequeño es el orificio, menor es la Capacitancia parasitaria. Cuanto más pequeño es, más adecuado es para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la disminución del tamaño del agujero también puede dar lugar a un aumento de los costos, y el tamaño del agujero no puede reducirse indefinidamente. Está limitado por la tecnología de perforación y galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero de perforación, más agujeros de perforación. Cuanto más largo es el tiempo de perforación, más fácil es desviarse de la posición central; Cuando la profundidad del agujero es 6. veces mayor que el diámetro del agujero, no se puede garantizar el recubrimiento uniforme de cobre en la pared del agujero. Por ejemplo, si el espesor de una placa de PCB ordinaria de 6 capas (A través de la profundidad del agujero) es de 50 milímetros, el diámetro mínimo de perforación proporcionado por el fabricante de PCB normalmente sólo puede alcanzar los 8 milímetros. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, el tamaño del agujero puede ser cada vez más pequeño. Por lo general, un orificio con un diámetro inferior o igual a 6 mils se llama microporos. Los microporos se utilizan generalmente en el diseño de HDI (estructuras de interconexión de alta densidad). La tecnología microvia permite la perforación directa a través de agujeros en la almohadilla, lo que mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra espacio de cableado.

El orificio aparece como un punto de interrupción de la impedancia discontinua de la línea de transmisión, lo que conduce a la reflexión de la señal. En general, la impedancia equivalente a través del agujero es aproximadamente un 12.% inferior a la de la línea de transmisión. Por ejemplo, la Impedancia de una línea de transmisión de 50 ohmios se reduce en 6 ohmios a través del agujero (específicamente, se relaciona con el tamaño y el espesor del agujero, no con una reducción absoluta). Sin embargo, la reflexión causada por la impedancia discontinua a través del agujero es en realidad muy pequeña. El coeficiente de reflexión es sólo (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Los problemas causados por el orificio se centran más en la Capacitancia parasitaria y la Inductancia. Influencia

2. Capacitancia parasitaria e Inductancia a través del agujero

El orificio en sí tiene Capacitancia espuria. Si se conoce que el diámetro de la máscara de soldadura en la parte inferior del orificio es D2, el diámetro de la almohadilla de soldadura es D1, el espesor de la placa de PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es μ, la Capacitancia parasitaria del orificio es aproximadamente: C = "1.41 μtd1 / (D2 - D1)

El principal efecto de la Capacitancia 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 PCB de 50 milímetros de espesor, si el diámetro de la almohadilla a través del agujero es de 20 milímetros (el diámetro del agujero es de 10 milímetros) y el diámetro de la máscara de soldadura es de 40 milímetros, podemos calcular aproximadamente la Capacitancia parasitaria a través del agujero de la fórmula anterior como sigue:

C = "1.41x4.4x0050x0020 / (0040 - 0020) = 031pf

La variación del tiempo de subida causada por esta Capacitancia es aproximadamente la siguiente:

T10 - 90 = 2,2c (Z0 / 2) = 2,2 x 0,31 X (50 / 2) = 17,05 ps

A partir de estos valores, se puede ver que, aunque el efecto del retardo de aumento causado por la Capacitancia parasitaria de un solo orificio no es obvio, se utilizarán múltiples orificios si los orificios se utilizan varias veces en la trayectoria para cambiar entre capas. El diseño debe ser considerado cuidadosamente. En el diseño real, la Capacitancia parasitaria se puede reducir aumentando la distancia entre el orificio y la zona de cobre (almohadilla) o reduciendo el diámetro de la almohadilla.

Hay Capacitancia parasitaria e Inductancia parasitaria a través del agujero. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño de la Inductancia parasitaria a través del agujero es a menudo 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 energía. La Inductancia parasitaria a través del agujero se puede calcular simplemente usando la siguiente fórmula empírica:

L = "5.08 h [ln (4 h / d) + 1]

Donde l es la Inductancia del orificio, H es la longitud del orificio y D es el diámetro del orificio central. De la fórmula se puede ver que el diámetro del orificio tiene poca influencia en la Inductancia, mientras que la longitud del orificio tiene la mayor influencia en la Inductancia. Utilizando el ejemplo anterior, la Inductancia del orificio se puede calcular como: L = "5.08x0050 [ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh

Si el tiempo de subida de la señal es de 1 ns, su impedancia equivalente es: XL = 1 L / T10 - 90 = 3,19.

Cuando la corriente de alta frecuencia pasa, esta impedancia ya no puede ser ignorada. Tenga en cuenta que cuando se conecta el plano de potencia y el plano de tierra, el condensador de derivación debe pasar a través de dos a través de agujeros para que la Inductancia parasitaria a través de los agujeros se multiplique.

3. Cómo usar a través del agujero

A través del análisis anterior de las características parasitarias de los poros, Podemos ver PCB de alta velocidad Diseño, 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, En el diseño se pueden hacer los siguientes puntos:

1. Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se selecciona un tamaño razonable de la trayectoria. Si es necesario, se pueden considerar diferentes tamaños de orificios. Por ejemplo, se puede considerar el uso de un tamaño más grande para reducir la Impedancia de una fuente de alimentación o un agujero de tierra, y un agujero más pequeño para la trayectoria de la señal. Por supuesto, a medida que disminuye el tamaño del orificio, aumenta el costo correspondiente.

2. Se pueden derivar las dos fórmulas discutidas anteriormente, Uso de diluyentes PCB Board Dos parámetros parasitarios para reducir el paso.

3. Trate de no cambiar el número de capas de señales en el tablero de PCB, es decir, trate de no usar agujeros innecesarios.

4. Los pines de la fuente de alimentación y del suelo se perforarán lo más cerca posible, y los cables entre los orificios y los pines serán lo más cortos posible. Se considera la perforación paralela de múltiples agujeros para reducir la Inductancia equivalente.

5. Coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros en la capa de cambio de señal para proporcionar la ruta de retorno más cercana a la señal. Incluso puede colocar algunos agujeros de tierra redundantes en el PCB.

6. Para alta densidad PCB de alta velocidad, Usted puede considerar el uso de microporos.