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El agujero de PCB es uno de los componentes importantes de los PCB multicapa, y el costo de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del costo de fabricación de pcb. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar a través del agujero.
Desde el punto de vista funcional, los agujeros de PCB se pueden dividir en dos categorías:
Uno para conexiones eléctricas entre capas y otro para la fijación o localización de equipos. En términos de proceso, estos agujeros a través de PCB generalmente se dividen en tres categorías, a saber, 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 generalmente no supera una cierta relación (diámetro del agujero). 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. Los dos tipos de agujeros mencionados se encuentran en la capa interior de la placa de circuito y se completan mediante el proceso de formación de agujeros antes de la laminación, en el que se pueden superponer varias capas interiores. El tercer tipo se llama a través del agujero, que penetra en toda la placa de circuito y se puede utilizar para la interconexión interna o como agujero de posicionamiento de montaje de componentes. Debido a que el agujero a través es más fácil de lograr en el proceso y más barato, la mayoría de las placas de circuito impreso lo utilizan en lugar de los otros dos agujeros a través. A menos que se especifique otra cosa, los siguientes orificios se consideran orificios.
Desde el punto de vista del diseño, el paso por el agujero consta principalmente de dos partes, una es la perforación en el Centro y la otra es el área de revestimiento alrededor de la perforación, como se muestra en la siguiente imagen. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre quieren que el agujero sea lo más pequeño posible, lo que puede dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto más pequeño sea el agujero, mayor será su propia capacidad parasitaria. Cuanto más pequeño sea, más adecuado será para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del agujero también dará lugar a un aumento del costo, y el tamaño del agujero no puede reducirse infinitamente. Está limitado por tecnologías de proceso como la perforación y la galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, más agujeros se perforan, más largos son los agujeros y más fácil es desviarse de la posición central; Cuando la profundidad del agujero supera las seis veces el diámetro del agujero, no se puede garantizar que la pared del agujero pueda ser cubierta de cobre uniformemente. Por ejemplo, el espesor (profundidad del agujero) de las placas de PCB ordinarias de 6 capas es de unos 50 milímetros, por lo que el diámetro mínimo de perforación que puede proporcionar el fabricante de PCB solo puede alcanzar los 8 milímetros.
Condensadores parasitarios a través del agujero de PCB
El propio agujero tiene un capacitor parasitario al suelo. Si se sabe que el diámetro del agujero de aislamiento en la formación de conexión del agujero es d2, el diámetro de la almohadilla del agujero es D1 y el espesor de la placa de PCB es t, la constante dieléctrica del sustrato de la placa es mu, y la capacidad parasitaria del agujero es de aproximadamente: 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. Por ejemplo, para un PCB de 50 milímetros de espesor, si se utiliza un agujero de 10 milímetros de diámetro interior, un diámetro de la almohadilla de 20 milímetros y la distancia entre la almohadilla y la zona de cobre de tierra es de 32 milímetros, entonces podemos usar la fórmula anterior para aproximar el agujero. la capacidad parasitaria es aproximadamente C = 1.41x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0020) = 0517 pf, y la variación del tiempo de subida causada por esta parte de la capacidad es: T10 - 90 = 2.2c (z0 / 2) = 2.2x0.512) = 31.282 ps. A partir de estos valores, se puede ver que, aunque el efecto del retraso en el ascenso causado por la capacidad parasitaria de un solo agujero no es obvio, si el agujero se utiliza varias veces en el rastro para cambiar entre capas, el diseñador debe considerarlo cuidadosamente.
Inductor parasitario a través del agujero de PCB
Del mismo modo, hay inductores parasitarios y condensadores parasitarios en los agujeros. 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. Su inductor de serie parasitario debilitará la contribución del condensadores de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema eléctrico. Podemos calcular simplemente la inducción parasitaria aproximada del agujero a través de la siguiente fórmula: 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 centro. Diámetro del agujero. Como se puede ver en la fórmula, el diámetro del agujero a través del PCB tiene un pequeño impacto en la inducción, y la longitud del agujero a través tiene el mayor impacto en la inducción. Utilizando aún el ejemplo anterior, la inducción del agujero se puede calcular como: L = 5,08x0,050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1] = 1015nh. Si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, su resistencia equivalente es: XL = Pi L / T10 - 90 = 3,19 mu. Esta resistencia ya no puede pasar desapercibida cuando pasa una corriente de alta frecuencia. hay que tener especial cuidado al conectar el plano de la fuente de alimentación y el plano de tierra, los condensadores de derivación deben pasar por dos orificios para que la inducción parasitaria de los orificios aumente exponencialmente.
Diseño de agujeros en PCB de alta velocidad.
A través del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los agujeros aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el efecto de 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. teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, elija un tamaño razonable del agujero. Por ejemplo, para el diseño de PCB de módulos de almacenamiento de 6 - 10 capas, es mejor usar un agujero de 10 / 20 mils (perforación / almohadilla). Para algunas placas de circuito de pequeño tamaño de alta densidad, también puede intentar usar 8 / 18 mils. Agujero. En las condiciones técnicas actuales, es difícil usar agujeros más pequeños. 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. las dos fórmulas anteriores permiten concluir que el uso de un PCB más delgado favorece la reducción de dos parámetros parasitarios en el agujero.
3. trate de no cambiar el número de capas de cableado de señal en el tablero de pcb, es decir, trate de no usar agujeros innecesarios.
4. la fuente de alimentación y los pines de tierra deben perforarse cerca, y los cables entre los agujeros y los pines deben ser lo más cortos posible, ya que aumentan la inducción. Al mismo tiempo, el cable de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia.
5. coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros a través de la capa de señal para proporcionar el circuito más cercano a la señal. Incluso se puede colocar un gran número de agujeros de tierra redundantes en la placa de pcb.
Por supuesto, el diseño de PCB requiere 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 de los agujeros a través es muy alta, puede causar la formación de una ranura de ruptura que separa los anillos en la capa de cobre. Para resolver este problema, además de mover la posición del agujero a través, también podemos considerar colocar el agujero a través en la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla se reduce.
