Tecnología de PCB - ¿¿ cómo diseñar agujeros en el cableado de placas de circuito pcb?

¿¿ qué es via?

El agujero 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 los pcb. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar un agujero. Desde el punto de vista funcional, los agujeros se pueden dividir en dos categorías: una para la conexión eléctrica entre capas; Otro para dispositivos de fijación o posicionamiento. Desde el punto de vista artesanal, los orificios se suelen dividir en tres categorías, a saber, los orificios ciegos, los orificios enterrados y los orificios.

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 proporción (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 un proceso de formación de agujeros a través antes de la laminación, y varias capas interiores se pueden superponer durante la formación de agujeros a través.

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 componente para instalar el agujero de posicionamiento. Debido a que el a través del agujero es más fácil de lograr en el proceso y es más barato, se utiliza en la mayoría de las placas de circuito impreso en lugar de los otros dos a través del agujero. A menos que se especifique otra cosa, los siguientes agujeros se consideran agujeros.

Composición del agujero

Desde el punto de vista del diseño, el agujero a través consta principalmente de dos partes, una parte es el agujero en el Centro y la otra parte es el área de almohadilla alrededor del agujero. 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 menor sea el agujero, menor 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 trae consigo un aumento de los costos, y el tamaño del agujero no se puede reducir indefinidamente. Está limitado por tecnologías de proceso como la perforación y la galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, más tiempo se necesita para perforar. Cuanto más tiempo dure, más fácil será desviarse de la posición central; Y cuando la profundidad del agujero supera las seis veces el diámetro del agujero, no se puede garantizar que la pared del agujero pueda estar recubierta de cobre de manera uniforme. Por ejemplo, el grosor (profundidad del agujero) de una placa de PCB ordinaria 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.

Características parasitarias del agujero

1 condensadores parasitarios

El propio agujero tiene un capacitor parasitario al suelo. Si se sabe que el diámetro del agujero de aislamiento en la formación de contacto a través del agujero 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 de la placa es isla, la capacidad parasitaria del agujero es aproximadamente:

C = 1,41 isla td1 / (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 con un diámetro interior de 10 milímetros, 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 = 141x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0020)

= 0517 grados Fahrenheit

La cantidad de variación en el tiempo de subida causada por esta parte de la capacidad es:

T10 - 90 = 2,2c (z0 / 2) = 2,2x0.517x (55 / 2)

= 31,28 libras por segundo

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 todavía debe considerarlo cuidadosamente.

2 inductores parasitarios

Hay condensadores parasitarios e inductores parasitarios en el agujero. 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 los condensadores parasitarios. 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 a través del agujero utilizando la siguiente fórmula:

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

Entre ellos, L indica la inducción del agujero, H es la longitud del agujero y D es el diámetro del agujero central.

A partir de la fórmula, se puede ver que el diámetro del agujero tiene un menor impacto en la inducción, mientras que la longitud del agujero tiene el mayor impacto en la inducción. Utilizando aún el ejemplo anterior, la inducción a través del agujero se puede calcular como:

L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1]

= 1015 pulgadas de altura

Si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, su resistencia equivalente es:

XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 islas

Esta resistencia ya no pasa 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 necesitan pasar por dos agujeros para que la inducción parasitaria del agujero aumente exponencialmente.

Tecnología de diseño de agujeros

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 traen mucho al diseño de circuitos. Impacto negativo. Para reducir los efectos adversos causados por los efectos parasitarios a través del agujero, se pueden realizar las siguientes operaciones en el diseño: