Technologie PCB - À quels problèmes les plaques HDI doivent - elles faire attention

Le perçage est l'un des composants importants d'une carte PCB multicouche et le coût du perçage représente généralement 30 à 40% du coût de fabrication d'un PCB. En termes simples, chaque trou dans la plaque HDI peut être appelé un sur - trou.

D'un point de vue fonctionnel, les surperforations peuvent être classées en deux catégories:

Un sert de connexion électrique entre les couches

Le second est la réparation ou le positionnement de l'appareil

D'un point de vue technologique, ces Vias sont généralement classés en trois catégories, à savoir les Vias borgnes, les Vias enterrés et les vias. Les Vias borgnes sont situés sur les faces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur. Ils sont utilisés pour connecter les lignes de surface et les lignes intérieures ci - dessous. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores).

Par trou enterré, on entend un trou de connexion situé dans la couche interne de la carte de circuit imprimé et ne s'étendant pas à la surface de la carte. Les deux types de trous décrits ci - dessus sont situés dans la couche interne de la carte et sont complétés par un procédé de formation de Vias avant laminage, et plusieurs couches internes peuvent être superposées lors de la formation des vias.

Des trous traversants de tels trous pénètrent dans toute la carte et peuvent être utilisés pour des interconnexions internes ou comme éléments pour monter des trous de positionnement. Comme les Vias sont plus faciles à mettre en œuvre et moins coûteux dans le processus, la plupart des cartes de circuit imprimé l'utilisent à la place des deux autres types de vias. Sauf indication contraire, les surperforations suivantes sont considérées comme des surperforations. Du point de vue de la conception, le trou traversant se compose principalement de deux parties, l'une étant un trou de forage au milieu et l'autre étant une zone de rembourrage autour du trou de forage. La taille de ces deux parties détermine la taille du trou. De toute évidence, lors de la conception de cartes HDI à haute vitesse et à haute densité, on s'attend toujours à ce que les trous de passage soient plus petits, mieux c'est, ce qui peut laisser plus d'espace de câblage sur la carte. De plus, plus le via est petit, plus sa propre capacité parasite est importante. Petite taille, plus adapté aux circuits à grande vitesse. Cependant, la réduction de la taille du trou entraîne également une augmentation du coût et la taille du sur - trou ne peut pas être réduite indéfiniment. Il est limité par des techniques de processus telles que le perçage et le placage: plus le trou est petit, plus le temps de perçage est long et plus il est facile de se décentrer; Et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou foré, il n'y a aucune garantie que la paroi du trou sera uniformément cuivrée. Par exemple, si une plaque PCB ordinaire à 6 couches a une épaisseur (profondeur du trou traversant) de 50 mil, le diamètre du trou que le fabricant de PCB est en mesure de fournir ne peut atteindre que 8 Mil dans des circonstances normales. Avec le développement de la technologie de perçage laser, la taille des trous de forage peut être de plus en plus petite. Généralement, les pores de diamètre inférieur ou égal à 6 mil sont appelés micropores. Les perçages sont généralement utilisés dans la conception HDI (High Density Interconnect structure). La technologie microvia permet le poinçonnage direct des trous sur les Plots (perçages dans les Plots), ce qui améliore considérablement les performances du circuit et économise de l'espace de câblage. Les perçages se comportent sur la ligne de transmission comme des points de coupure avec des discontinuités d'impédance, ce qui entraînera une réflexion du signal. Typiquement, l'impédance équivalente d'un trou traversant est inférieure d'environ 12% à l'impédance équivalente d'une ligne de transmission. Par example, l'impédance d'une ligne de transmission de 50 ohms diminuera de 6 ohms lors du passage d'un perçage (en particulier, cela est lié à la taille et à l'épaisseur du perçage, et non à la réduction). Cependant, la réflexion du via due à la discontinuité d'impédance est en réalité très faible, le coefficient de réflexion n'étant que de: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Les problèmes causés par la porosité excessive sont davantage concentrés sur les capacités et les inductances parasites. Impact

Capacité parasite poreuse

Le via lui - même a une capacité parasite à la masse. Si l'on sait que le diamètre du trou isolé sur la couche de masse du trou percé est D2, le diamètre du plot percé est D1, l'épaisseur de la carte PCB est t et la permittivité diélectrique du substrat de la carte est, La capacité parasite de la porosité est alors de l'ordre de: C = 1,41 µtd1 / (D2 - D1) la capacité parasite de la porosité a pour effet principal sur le circuit d'allonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit, par example pour un PCB de 50 mil d'épaisseur, si L'on utilise une porosité de 10 mil de diamètre intérieur et de 20 mil de diamètre de Plot, Et la distance entre le Plot et la zone de cuivre à la terre est de 32 mil, alors nous pouvons utiliser la formule ci - dessus pour approximer le sur - trou. La capacité parasite est approximativement: C = 1.41x4.4x0050x0020 / (0032 - 0020) = 0517pf la variation du temps de montée causée par cette partie de la capacité est: T10 - 90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2x0517x (55 / 2) = 31.28ps. De ces valeurs, On voit que si l'effet du retard de montée induit par la capacité parasite d'un seul sur - trou n'est pas perceptible, le fabricant de la carte HDI rappelle au concepteur de bien réfléchir si le sur - trou est utilisé plusieurs fois dans la trace pour Commuter entre les couches. Inductance parasite du sur - trou de même, la capacité parasite parasite du sur - trou a également une inductance parasite. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, les dommages causés par l'inductance parasite de la porosité sont souvent plus importants que les effets de la capacité parasite. Son Inductance série parasite affaiblit la contribution du condensateur de dérivation, affaiblissant l'effet de filtrage de l'ensemble du système d'alimentation. On peut simplement calculer l'inductance parasite de la porosité en utilisant la formule suivante: l = 5,08 H [Ln (4h / d) + 1] où l est l'inductance de la porosité, h la longueur de la porosité et d Le diamètre du trou central. Il ressort de la formule que le diamètre de la porosité a peu d'influence sur l'inductance, tandis que la longueur de la porosité a une influence sur l'inductance.

Toujours en utilisant l'exemple ci - dessus, l'inductance de la porosité peut être calculée comme suit: l = 5.08x0050 [Ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nhi si le temps de montée du signal est de 1NS, alors l'impédance équivalente est: XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 cette impédance ne peut plus être ignorée lorsque le courant haute fréquence passe. Il convient de noter en particulier que le condensateur de dérivation doit traverser deux sur - trous lors de la connexion de la couche d'alimentation et de la couche de terre, de sorte que l'inductance parasite du sur - trou double. Conception du sur - trou dans le PCB à grande vitesse grâce à l'analyse ci - dessus des Caractéristiques parasitaires du sur - trou, nous pouvons voir que dans la conception du PCB à grande vitesse, Ce qui semble être un trou trop simple a tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit.

Afin de réduire les effets néfastes causés par les effets parasites des Vias, plusieurs aspects peuvent être réalisés autant que possible dans la conception:

Choisissez une taille raisonnable pour passer en tenant compte du coût et de la qualité du signal. Par exemple, pour une conception de carte PCB de module mémoire de 6 à 10 couches, il est préférable d'utiliser des trous de perçage de 10 / 20mil (perçage / PAD). Pour certaines plaques de petite taille à haute densité, vous pouvez également essayer d'utiliser 8 / 18mil. Le trou Dans les conditions techniques actuelles, il est difficile d'utiliser des pores plus petits. Pour une alimentation électrique ou un trou de mise à la terre, une taille plus grande peut être envisagée pour réduire l'impédance.

Les deux formules discutées ci - dessus peuvent conclure que l'utilisation d'un PCB plus mince aide à réduire les deux paramètres parasites de la porosité excessive.

Les broches d'alimentation et de mise à la terre doivent être percées à proximité, et les broches entre les trous et les broches doivent être aussi courtes que possible, car elles augmentent l'inductance. Dans le même temps, les cordons d'alimentation et de mise à la terre doivent être aussi épais que possible pour réduire l'impédance. Les traces de signal sur la carte HDI ne doivent pas être modifiées autant que possible, ce qui signifie que les porosités inutiles doivent être réduites autant que possible.

Des Vias mis à la terre sont placés à proximité des Vias de la couche de signal, fournissant une boucle fermée au signal. Il est même possible de placer un grand nombre de trous de mise à la terre redondants sur la carte PCB. Bien sûr, le design doit être flexible. Le modèle de perçage discuté précédemment est le cas où il y a des plots sur chaque couche. Parfois, nous pouvons réduire ou même enlever le rembourrage de certaines couches.

En particulier lorsque la densité de pores est très élevée, elle peut conduire à la formation de rainures de rupture de l'anneau de séparation dans la couche de cuivre. Pour résoudre ce problème, en plus de déplacer l'emplacement des pores, nous pouvons également envisager de placer les pores sur la couche de cuivre. Comment utiliser les trous de travers: avec l'analyse ci - dessus des propriétés parasites des trous de travers, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, l'utilisation inappropriée de trous de travers apparemment simples a tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit.