Tecnología de PCB - La influencia del agujero del PCB en la transmisión de la señal

El agujero es una de las partes importantes de la placa de circuito impreso multicapa, y el costo de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del costo de fabricación de la placa de circuito impreso. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar a través del agujero.

La influencia del agujero del PCB en la transmisión de la señal

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. En términos de función, los agujeros se pueden dividir en dos categorías: una para conexiones eléctricas 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 a través de agujeros

El propio agujero tiene un capacitor parasitario al suelo. Si el diámetro del agujero de aislamiento en la capa de colocación es d2, el diámetro de la almohadilla a través del agujero es d1, el espesor de la placa de PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es la isla, la capacidad parasitaria del agujero a través es aproximadamente la siguiente: C = 1,41 isla td1 / (d2 - d1) la Capacidad parasitaria del agujero afecta principalmente al circuito extendiendo el tiempo de subida de la señal y reduciendo la velocidad del circuito eléctrico. Por ejemplo, para una placa de PCB de 50 milímetros de espesor, si el diámetro interior del agujero es de 10 milímetros, el diámetro del soldador es de 20 milímetros y la distancia entre el soldador y el suelo de cobre es de 32 milímetros, podemos usar la fórmula anterior para aproximar el capacitor parasitario del agujero: C = 141x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0020) = 0517 pf, y la variación del tiempo de subida causada por esta parte del capacitor es: T10 - 90 = 2.2c (z0 / 2) = 2.2x0.517x (55 / 282) = 31 ps. A partir de estos valores se puede ver claramente que, aunque el efecto de la capacidad parasitaria de un solo agujero en el retraso de ascenso no es obvio, los diseñadores deben tener cuidado si se utilizan varios agujeros para el cambio entre capas.

Inductor parasitario a través del agujero

En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la inducción parasitaria de los agujeros es a menudo 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: L = 5,08h [ln (4h / d) + 1] donde l es la inducción del agujero a través, 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 aún el ejemplo anterior, la inducción fuera del agujero se puede calcular en l = 5,08x0,050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1] = 1015nh. Si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, la magnitud 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.

La influencia del agujero del PCB en la transmisión de la señal

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. desde el punto de vista del costo y la calidad de la señal, elija un tamaño de apertura razonable. Por ejemplo, para el diseño de PCB del módulo Memory de 6 - 10 capas, es mejor elegir 10 / 20 mil (perforación / almohadilla) para pasar el agujero, y para algunas placas de tamaño pequeño de alta densidad, también se puede intentar usar 8 / 18 mil para pasar el agujero. Con la tecnología actual, es difícil usar agujeros más pequeños. Para los agujeros a través de la fuente de alimentación o el cable de tierra, se puede considerar el uso de tamaños más grandes para reducir la resistencia.

2. las dos fórmulas discutidas anteriormente muestran que el uso de placas de PCB más delgadas ayuda a reducir los dos parámetros parasitarios que pasan por el agujero.

3. los pines de la fuente de alimentación y el suelo deben perforarse cerca. Cuanto más corto sea el cable entre el pin y el agujero, mejor, ya que causan un aumento de la inducción. Al mismo tiempo, la fuente de alimentación y los cables de tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia.

4. el cableado de la señal en el tablero de PCB debe ser lo más libre posible para no cambiar la capa, es decir, tratar de no usar agujeros innecesarios.

5. coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros donde la capa de señal cambia para proporcionar un circuito cerrado para la señal. Incluso puedes agregar muchos agujeros de tierra adicionales a la placa de circuito impreso. Por supuesto, tu diseño necesita flexibilidad. El modelo de agujero discutido anteriormente es cuando hay almohadillas en cada capa. A veces, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas de ciertas capas. Especialmente cuando la densidad del agujero es muy alta, puede causar la formación de ranuras de circuito de corte en la capa de cobre. para resolver este problema, además de mover la posición del agujero, también podemos considerar la formación de agujeros en la capa de cobre para reducir el tamaño de la almohadilla.

En el diseño de PCB de alta velocidad, considerar plenamente y controlar razonablemente la influencia de los agujeros a través es la clave para garantizar un rendimiento estable y confiable del circuito. A través de la innovación tecnológica continua y la optimización del diseño, podemos lograr un diseño de circuito de alta velocidad más eficiente y confiable.