Blogue PCB - Comment éviter l'influence négative du passage des trous dans la conception des circuit imprimés à grande vitesse

1. Concept de base du trou de travers

Oui. Carte PCB multicouche, Les coûts de forage représentent généralement de 30 à 40% des coûts de fabrication des BPC.En bref, Chaque trou sur un circuit imprimés peut être appelé un trou à travers. Du point de vue fonctionnel, Les trous de travers peuvent être divisés en deux types:l'un est utilisé comme connexion électrique entre les couches; Deuxième, Pour fixer ou positionner l'équipement. Aspects techniques, Ces trous sont généralement divisés en trois catégories:, C'est un trou aveugle,Trous enfouis et à travers les trous.Les trous aveugles sont situés en haut et en bas de la carte de circuit imprimé,Et avec une certaine profondeur.Utilisé pour relier les lignes de surface et les lignes intérieures inférieures. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores). Les trous encastrés sont des trous de connexion situés à l'intérieur d'une carte de circuit imprimé,Il ne s'étend pas à la surface de la carte de circuit imprimé. Les deux types de trous sont situés dans la couche intérieure de la carte de circuit. Avant laminage, Le processus de formation des trous est utilisé pour compléter les trous. 

Pendant la formation du trou, Plusieurs couches intérieures peuvent se chevaucher. Le troisième s'appelle le trou de travers.Il traverse toute la carte de circuit et peut être utilisé pour l'interconnexion interne ou comme trou de montage et de positionnement pour les composants.Parce que les trous de travers sont techniquement plus faciles à réaliser et moins coûteux, La plupart des circuits imprimés l'utilisent au lieu des deux autres types de trous.Par trou, Sauf indication contraire, Est considéré comme un trou de travers.Du point de vue de la conception,Le perçage se compose principalement de deux parties: l'une est un forage intermédiaire.L'autre est la zone de rembourrage autour du forage.La taille de ces deux parties détermine la taille du trou de travers. De toute évidence,Lors de la conception à grande vitesse et à haute densité pcb board, Les concepteurs veulent toujours des trous plus petits, Mieux c'est.Cela laisse plus d'espace de câblage sur la planche. En outre, Plus le trou est petit, Plus la capacité parasitaire est faible, Mieux adapté aux circuits à grande vitesse. Cependant,La réduction de la taille des trous augmente également les coûts, Et la taille du trou de travers ne peut pas être réduite indéfiniment.Il est limité par les techniques de forage et de placage: plus le trou est petit, Plus le temps de forage est long, Et plus il est facile de s'éloigner du Centre; Lorsque la profondeur du forage dépasse 6 fois le diamètre du forage, Il n'est pas possible d'assurer un placage uniforme du cuivre sur la paroi du trou. Par exemple:Si l'épaisseur (profondeur de trou traversant) d'un PCB à 6 couches ordinaire est de 50mil, Puis dans des conditions normales, Le diamètre du trou fourni par le fabricant du PCB ne peut atteindre que 8 Mil.Avec le développement de la technologie de forage laser, Les forages peuvent également être de plus en plus petits. En général, Les trous d'un diamètre inférieur ou égal à 6 mil sont appelés micropores.Utilisation fréquente de micropores dans la conception HDI (High Density Interconnect structure). La technologie des micropores permet le poinçonnage direct à travers le trou sur la plaque de soudage, Cela améliore considérablement les performances du circuit et économise de l'espace de câblage. Le trou de travers de la ligne de transmission est représenté par un point de rupture avec une impédance discontinue, Cela provoquera une réflexion du signal. En général, L'impédance équivalente à travers le trou est inférieure d'environ 12% à celle de la ligne de transmission.Par exemple, Lorsqu'une ligne de transmission de 50 ohms traverse un trou de travers, son impédance diminue de 6 ohms (en particulier en ce qui concerne la taille du trou de travers et l'épaisseur de la plaque, plutôt que de diminuer). Cependant,, La réflexion causée par l'impédance discontinue à travers le trou est en fait très faible,Son coefficient de réflexion est uniquement (44-50)/(44+50)=0.16.Les problèmes causés par le passage des pores se concentrent davantage sur les effets de la capacité parasitaire et de l'inductance..

2. Capacité parasitaire et Inductance à travers le trou

Il y a une capacité parasitaire dans le trou lui - même. Si le diamètre de la zone du masque de soudure à travers le trou dans le plancher est connu comme D2, le diamètre de la plaque de soudure à travers le trou est D1, l'épaisseur du PCB est t et la constante diélectrique du substrat est μ, Ensuite, la capacité parasitaire du trou de passage est d'environ C = 1,41 μ. La capacité du trou de passage td1 / (D2 - D1) affecte principalement le circuit en prolongeant le temps de montée du signal et en réduisant la vitesse du circuit. Par exemple, pour les PCB d'une épaisseur de 50 mil, si le diamètre du PAD à travers le trou est de 20 mil (diamètre du trou de forage est de 10 mil) et que le diamètre de la zone du masque à souder est de 40 mil, On peut calculer approximativement la capacité parasitaire à travers le trou en utilisant l'équation ci - dessus: C = 1,41 x 4,4 x 0050 x 0020 / (0040 - 0020) = 0,31 PF. La variation du temps de montée causée par cette partie de la capacité est d'environ T10 - 90 = 2,2c (Z0 / 2) = 2,2 x 0,31 X (50 / 2) = 17,05 ps. On peut voir à partir de ces valeurs que, bien que l'effet du retard de montée causé par une seule capacité parasitaire à travers le trou ne soit pas De toute évidence, si les passages à niveau sont utilisés plusieurs fois dans le routage pour la commutation entre couches, plusieurs passages à niveau seront utilisés, ce qui devrait être soigneusement pris en considération lors de la conception. Dans la conception pratique, la capacité parasitaire peut être réduite en augmentant la distance entre le trou de travers et la zone revêtue de cuivre ou en réduisant le diamètre du PAD. La capacité parasitaire et l'inductance sont présentes dans le trou de passage. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, l'inductance parasitaire à travers le trou est souvent plus nocive que la capacité parasitaire. Son inductance parasitaire en série affaiblira la contribution du condensateur de dérivation et l'effet de filtrage de l'ensemble du système d'alimentation. L'inductance parasitaire approximative du trou de travers peut être calculée simplement en utilisant la formule empirique suivante: l = 5,08h [Ln (4h / d) + 1], où l est l'inductance du trou de travers, H est la longueur du trou de travers et D est le diamètre du trou central. La formule montre que le diamètre du trou de travers a peu d'influence sur l'inductance, tandis que la longueur du trou de travers a peu d'influence sur l'inductance. À l'aide de l'exemple ci - dessus, on peut calculer l'inductance à travers le trou comme suit: l = 508x0050 [Ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh si le temps de montée du signal est de 1NS, l'impédance équivalente est XL = ōl / T10 - 90 = 3,19 μ ©. Cette impédance ne doit pas être négligée lorsqu'un courant à haute fréquence passe. En particulier, les condensateurs de dérivation doivent passer par deux trous de passage lorsqu'ils relient la couche d'alimentation à la formation, de sorte que l'inductance parasitaire des trous de passage sera multipliée.

3. Comment utiliser le trou de travers

Grâce à l'analyse ci - dessus des caractéristiques parasitaires des trous de passage, nous pouvons voir que dans la conception de circuit imprimés à grande vitesse, les trous de passage apparemment simples ont souvent un grand impact négatif sur la conception de circuits. Afin de réduire les effets néfastes causés par l'effet parasitaire à travers le trou, les mesures suivantes peuvent être prises dans la conception:

Compte tenu du coût et de la qualité du signal, une taille raisonnable du trou de travers a été choisie. Si nécessaire, différentes tailles de trous de travers peuvent être envisagées. Par exemple, vous pouvez envisager d'utiliser une plus grande taille pour réduire l'impédance pour le passage de l'alimentation électrique ou du fil de terre, et une plus petite taille pour le câblage du signal. Bien sûr, à mesure que la taille du trou diminue, les coûts correspondants augmentent.

À partir des deux formules discutées ci - dessus, on peut conclure que l'utilisation de PCB plus minces est bénéfique pour réduire les deux paramètres parasitaires du trou de passage.

Le câblage du signal sur les PCB ne doit pas changer la couche autant que possible, c'est - à - dire qu'il ne doit pas utiliser de trous de passage inutiles autant que possible.

Les broches d'alimentation électrique et de mise à la terre doivent être percées à proximité et les fils entre les trous et les broches doivent être aussi courts que possible. Plusieurs trous peuvent être forés en parallèle pour réduire l'inductance équivalente.

Placer quelques trous de mise à la terre près des trous de mise à la terre pour effectuer des changements de couche de signal afin de fournir un circuit proche pour le signal. Vous pouvez même placer des trous de terre redondants sur le PCB.

 Pour high-speed PCB board Haute densité, Le micropore peut être considéré.