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Tout d'abord, le concept de base des trous
Les trous traversants (via) sont une partie importante des circuits imprimés multicouches et les coûts de forage représentent généralement 30 à 40% du coût de fabrication des cartes PCB. En termes simples, chaque trou sur le PCB peut être appelé via. Fonctionnellement, les trous peuvent être divisés en deux catégories: une pour les connexions électriques entre les couches; L'autre est pour la fixation ou le positionnement de l'appareil. En termes de processus, ces Vias sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les trous borgnes, les trous enterrés et les trous traversants. Les trous borgnes sont situés sur les faces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur pour connecter le circuit de surface au circuit interne sous - jacent. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores). Les trous enterrés sont des trous de connexion de la couche interne de la carte de circuit imprimé qui ne s'étendent pas à la surface de la carte de circuit imprimé. Ces deux types de trous sont situés dans la couche interne de la carte, ce qui se fait par un procédé de moulage de Vias avant laminage, et plusieurs couches internes peuvent se chevaucher lors de la formation des vias.
Le troisième type, appelé via, traverse toute la carte et peut être utilisé pour les interconnexions internes ou comme trou de montage et de positionnement des composants. Comme le via est plus facile à mettre en œuvre et moins coûteux dans le processus, la plupart des cartes de circuits imprimés l'utilisent au lieu des deux autres via. Les Vias suivants doivent être considérés comme des Vias sans indication particulière. 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. Les dimensions de ces deux parties déterminent les dimensions du trou traversant. De toute évidence, dans la conception de circuits imprimés haute vitesse et haute densité, les concepteurs veulent toujours que les trous soient aussi petits que possible, un tel échantillon peut laisser plus d'espace pour le câblage, en outre, plus le trou est petit, moins sa propre capacité parasite est appropriée pour les circuits à grande vitesse. Mais la réduction de la taille du trou entraîne également une augmentation du coût, et la taille du trou ne peut pas être réduite sans limite, elle est limitée par des techniques telles que le perçage (forage) et le placage (placage): plus le trou est petit, plus le temps de perçage est long et plus il est facile de le décentrer; Lorsque la profondeur du trou est supérieure à 6 fois le diamètre du trou, il n'est pas possible de garantir un cuivrage uniforme des parois du trou. Par exemple, si l'épaisseur (profondeur de trou traversant) d'une carte PCB ordinaire à 6 couches est de 50 mil, le fabricant de PCB peut fournir une ouverture de 8 Mil dans des conditions normales. Avec le développement de la technologie de perçage laser, la taille des trous de forage peut également être de plus en plus petite. Généralement, le diamètre des pores est inférieur ou égal à 6 mils, ce que nous appelons micropores. Les micropores sont fréquemment utilisés dans la conception HDI (High Density Interconnect structure). La technologie microporeuse permet aux trous d'être percés directement sur les Plots (via dans les Plots), ce qui améliore considérablement les performances du circuit et économise de l'espace de câblage.
Les Vias sur la ligne de transmission sont des points d'arrêt où l'impédance est discontinue, ce qui provoquera une réflexion du signal. Typiquement, l'impédance équivalente du via est inférieure d'environ 12% à celle de la ligne de transmission. Par example, lorsqu'une ligne de transmission de 50 ohms traverse un via, son impédance diminuera de 6 ohms (en particulier en ce qui concerne la taille du via et l'épaisseur de la plaque, et non la réduction). Cependant, la réflexion induite par la discontinuité d'impédance à travers le trou est en fait très faible et son coefficient de réflexion est seulement: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Les problèmes causés par les trous se concentrent davantage sur les effets des capacités et des inductances parasites.
Capacité parasite et Inductance à travers les trous
La capacité parasite parasite est présente dans le trou lui - même. Si le diamètre de la zone de résistance de soudage du trou sur la couche de pose est D2, le diamètre du plot est D1, l'épaisseur de la carte PCB est t et la permittivité diélectrique du substrat est Isla µ, la capacité parasite du trou est d'environ C = 1,41 Isla µtd1 / (D2 - D1).
L'effet principal de la capacité parasite sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit. Par example, pour une carte PCB de 50 mil d'épaisseur, si le diamètre des plots traversants est de 20 mil (le diamètre des trous percés est de 10 mil) et que le diamètre des blocs de soudure est de 40 mil, On peut approximer la capacité parasite du via par la formule ci - dessus: C = 1.41x4.4x0050x0020 / (0040 - 0020) = 0.31pf la variation du temps de montée induite par le condensateur est approximativement: T10 - 90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2x0.31x (50 / 2) = 17.05ps
Il ressort de ces valeurs que, bien que l'influence de la capacité parasite d'un seul trou sur le retard et le ralentissement de la montée ne soit pas évidente, si plusieurs trous sont utilisés dans le câblage pour la commutation couche à couche, plusieurs trous sont utilisés et doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception. Dans la conception pratique, il est possible de réduire les capacités parasites en augmentant la distance entre le trou et la zone de pose du cuivre (contre - Plots) ou en diminuant le diamètre des plots.
Dans la conception des circuits numériques à grande vitesse, l'inductance parasite des Vias est plus nocive que la capacité parasite. Son Inductance série parasite affaiblit la contribution de la capacité de dérivation, réduisant l'efficacité de filtrage de l'ensemble du système électrique. Nous pouvons simplement calculer l'inductance parasite approximative du via en utilisant la formule empirique suivante: l = 5,08 H [Ln (4h / d) + 1], où l est l'inductance du via, h la longueur du via et d Le diamètre du trou central. Il ressort de l'équation que le diamètre du trou a peu d'influence sur l'inductance, mais que la longueur du trou a une influence sur l'inductance. En reprenant l'exemple ci - dessus, l'inductance à l'extérieur du trou peut être calculée comme l = 5,08 x 0050 [Ln (4x050 / 0010) + 1] = 1015 NH. Si le temps de montée du signal est de 1 NS, la taille d'impédance équivalente est XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 Í. Cette impédance ne peut être ignorée en présence de courants haute fréquence. En particulier, le condensateur de dérivation doit traverser deux trous pour relier la couche d'alimentation à la formation, doublant ainsi l'inductance parasite des trous.
Iii. Comment utiliser les trous
Grâce à l'analyse ci - dessus des propriétés parasites des Vias, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, les Vias apparemment simples ont tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit. Afin de réduire les effets néfastes des effets parasites des trous, nous pouvons essayer dans la conception comme suit:
1. Une ouverture raisonnable a été choisie en tenant compte du coût et de la qualité du signal. Si nécessaire, des trous de différentes tailles peuvent être envisagés. Par exemple, pour les câbles d'alimentation ou de mise à la terre, envisagez d'utiliser de plus grandes dimensions pour réduire l'impédance, tandis que pour le câblage du signal, utilisez des trous plus petits. Bien entendu, à mesure que la taille des trous diminue, les coûts correspondants augmentent également.
2. Les deux formules discutées ci - dessus montrent que l'utilisation de cartes PCB plus minces peut aider à réduire les deux paramètres parasites de la perforation.
3. Le câblage du signal sur la carte PCB doit être fait sans changer de couche autant que possible, c'est - à - dire sans utiliser de trous inutiles autant que possible.
4. Les broches de l'alimentation et de la mise à la terre doivent être percées dans le trou le plus proche et la broche entre le trou et la broche doit être aussi courte que possible. Plusieurs Vias en parallèle peuvent être envisagés pour réduire l'inductance équivalente.
5. Certains trous de mise à la terre sont placés près du trou de stratification du signal pour fournir une boucle fermée du signal. Vous pouvez même ajouter quelques trous de mise à la terre supplémentaires à votre PCB.
6. Pour les cartes PCB à haute vitesse avec une densité plus élevée, les micropores peuvent être considérés.
