Tecnología de PCB - ¿Qué es un orificio de PCB?

Concepto básico de PCB a través del agujero

PCB through Hole is PCB multicapa. Los costos de perforación suelen representar entre el 30% y el 40% de los costos de construcción PCB Board Hacer. En resumen, Cada agujero en un PCB puede ser llamado un agujero a través de un PCB. Funcionalmente, Los canales de PCB se pueden dividir en dos tipos: uno se utiliza para la conexión eléctrica entre capas; El segundo es un dispositivo fijo o localizador. En cuanto al proceso, Estos PCB se clasifican generalmente en tres categorías: a través de agujeros ciegos, 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 para conectar la línea de superficie y la línea interna inferior. The depth of holes 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 de la placa de circuito impreso. Estos dos tipos de agujeros se encuentran en la capa interna de la placa de circuito, Esto se logra mediante un proceso de formación a través de agujeros antes de la laminación, Y puede superponer varias capas internas en el proceso de formación de PCB a través del agujero. El tercer tipo se llama a través del agujero, A través de todo el tablero, se puede utilizar para realizar interconexiones internas o para instalar agujeros de localización como componentes. Porque estos agujeros son técnicamente más fáciles de realizar y más baratos, La mayoría de las placas de circuitos impresos las utilizan en lugar de las otras dos aberturas de PCB. PCB a través de los agujeros mencionados a continuación, No hay instrucciones especiales, Se considera un orificio.

Desde el punto de vista del diseño, el pase de PCB se compone principalmente de dos partes, una es el agujero de perforación en el Medio, la otra es el área de la almohadilla alrededor del agujero de perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero de PCB. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, el diseñador siempre espera que el PCB pase a través del agujero más pequeño, el espacio de cableado en la placa de circuito es mejor. Además, cuanto más pequeño es el agujero de paso del PCB, menor es la Capacitancia parasitaria del propio PCB, mejor para el circuito de alta velocidad. Sin embargo, cuanto menor es el tamaño del agujero y mayor es el costo, el tamaño del agujero de PCB no puede reducirse indefinidamente. Está limitado por la tecnología de perforación y galvanoplastia: cuanto más pequeño es el tamaño del agujero, 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, es imposible asegurar que la pared del agujero esté recubierta de cobre uniformemente. Por ejemplo, si el espesor de la placa de PCB ordinaria de 6 capas es de 50 mils (A través de la profundidad del agujero).

En condiciones normales, el diámetro del agujero proporcionado por el fabricante de PCB sólo puede alcanzar los 8 mils. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, el tamaño de la perforación puede ser cada vez más pequeño. En general, los PCB se denominan microporos a través de agujeros de diámetro inferior o igual a 6 mils. Los microporos se utilizan generalmente en el diseño de HDI (estructuras de interconexión de alta densidad). La tecnología microporosa permite perforar agujeros de PCB directamente en la almohadilla (A través de agujeros en la almohadilla), lo que mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra espacio de cableado.

Los agujeros de PCB en la línea de transmisión muestran puntos de interrupción de impedancia discontinuos, lo que resulta en la reflexión de la señal. En general, la impedancia equivalente del agujero PCB es aproximadamente un 12% inferior a la de la línea de transmisión. Por ejemplo, la Impedancia de la línea de transmisión de 50 ohmios a través del agujero de PCB se reducirá en 6 ohmios (el tamaño específico del agujero de PCB, el espesor de la placa también se correlaciona, en lugar de disminuir). Sin embargo, debido a que la impedancia discontinua causa de la reflexión a través del agujero PCB es muy pequeña, su coeficiente de reflexión es sólo (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. El problema causado por el agujero PCB se centra más en la Capacitancia parasitaria y la Inductancia.

Capacitancia parasitaria e Inductancia de 2 PCB a través de agujeros

El canal PCB tiene Capacitancia parasitaria y espuria. Si se conoce que el diámetro de la región de Resistencia del PCB a través de la capa estratificada es D2, el diámetro del PCB a través de D1, el espesor de la placa de PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es D. La Capacitancia parasitaria del agujero de PCB es aproximadamente igual a C = 14120e μtd1 / (D2 - D1).

La Capacitancia parasitaria del PCB a través del agujero tendrá un gran impacto en el circuito, es decir, el tiempo de subida de la señal se prolongará y la velocidad del circuito se reducirá. Por ejemplo, para una placa de PCB de 50 mils de espesor, si el diámetro de la almohadilla de PCB a través del agujero es de 20 mils (el diámetro del agujero de perforación es de 10 mils) y el diámetro de la zona de resistencia es de 40 mils, la Capacitancia parasitaria del PCB a través del agujero puede calcularse aproximadamente de la siguiente manera:

C = 1,41 x 4,4 x 0050 x 0020 / (0040 - 0020) = 031pf

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

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 retraso de aumento causado por la Capacitancia parasitaria de un solo agujero de PCB no es obvio, si el agujero de PCB se utiliza varias veces en el cableado, múltiples agujeros de PCB se utilizarán para el cambio entre capas, y se debe considerar cuidadosamente en El diseño. En el diseño práctico, la Capacitancia parasitaria se puede reducir aumentando la distancia entre el orificio del PCB y la almohadilla de cobre o reduciendo el diámetro de la almohadilla.

Hay Capacitancia parasitaria e Inductancia en el canal PCB. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la Inductancia parasitaria de PCB a menudo causa más daño que la Capacitancia parasitaria. La Inductancia parasitaria en serie debilita la contribución del condensador de derivación y el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Se pueden utilizar las siguientes fórmulas empíricas para calcular la Inductancia parasitaria aproximada a través del agujero de PCB:

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

L es la Inductancia del agujero de PCB, H es la longitud del agujero de PCB, D es el diámetro del agujero central. De la fórmula se puede ver que el diámetro del agujero de PCB tiene poca influencia en la Inductancia, mientras que la longitud del agujero de PCB tiene poca influencia en la Inductancia. Sin embargo, utilizando el ejemplo anterior, la Inductancia del orificio del PCB puede calcularse como sigue:

L = 5.08x0050 [ln (4x0.05 / 0010) + 1] = 1015nh

Si el tiempo de subida de la señal es de 1 ns, la impedancia equivalente es: XL = Pi L / T10 - 90 = 3,19. Cuando la corriente de alta frecuencia pasa, esta impedancia ya no puede ser ignorada. Es importante tener en cuenta que al conectar la capa de alimentación y la capa, el condensador de derivación debe pasar a través de los dos agujeros de PCB para que la Inductancia parasitaria de los agujeros de PCB pueda multiplicarse.

3. Cómo usar PCB a través del agujero

A partir del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros de PCB, se puede ver que los agujeros de PCB aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño de circuitos en el diseño de PCB de alta velocidad. Para reducir los efectos adversos del efecto parasitario de los agujeros de PCB, se puede hacer lo siguiente en el diseño:

Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se selecciona un tamaño razonable del orificio de PCB. Si es necesario, considere el uso de diferentes tamaños de canales de PCB, como los canales de PCB de potencia o tierra más grandes, para reducir la impedancia, y los canales de PCB más pequeños para el cableado de señales. Por supuesto, el costo aumenta a medida que disminuye el tamaño del agujero de PCB.

B de las dos fórmulas anteriores se puede concluir que el uso de placas de PCB más delgadas es beneficioso para reducir los dos parámetros parasitarios del agujero de PCB.

En la medida de lo posible, el cableado de la señal en el tablero de PCB no debe modificarse, es decir, no deben utilizarse agujeros innecesarios de PCB.

D la fuente de alimentación y el pin de puesta a tierra deben perforarse cerca del orificio del PCB. Cuanto más corto sea el plomo entre el orificio del PCB y el pin, mejor. Se pueden considerar múltiples canales de PCB en paralelo para reducir la Inductancia equivalente.

E coloque algunos canales de PCB conectados a tierra cerca de los canales de PCB de la capa de señal para proporcionar un circuito cerrado para la señal. Incluso puede colocar algunos agujeros adicionales de PCB en tierra PCB Board.

F para PCB de alta densidad de alta velocidad, se puede considerar el agujero micro - PCB.