Technologie PCB - Ne laissez pas les trous excessifs gâcher toute la carte

Les porosités sont l'un des composants importants d'un PCB multicouche. Le coût du forage représente généralement 30 à 40% du coût de fabrication d’un PCB. En termes simples, chaque trou dans le PCB peut être appelé un trou de travers.

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

Sert de connexion électrique entre la couche et la couche; Pour la fixation ou le positionnement d'appareils; En ce qui concerne les procédés, ces porosités sont généralement classées en trois catégories:

Trous borgnes trous borgnes enterrés trous borgnes traversants

Il est situé sur les faces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et a une certaine profondeur pour la connexion du circuit de surface et du circuit interne sous - jacent. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores).

Trous enterrés

Il s'agit d'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 réalisés par un procédé de formation de Vias avant laminage, et plusieurs couches internes peuvent être superposées lors de la formation des vias.

Le trou traversant

De tels trous pénètrent dans toute la carte et peuvent être utilisés pour des interconnexions internes ou pour le montage de trous de positionnement en tant qu'éléments. Comme le via est plus facile à mettre en œuvre dans le processus et moins coûteux, il est utilisé par la plupart des cartes de circuit imprimé à la place des deux autres types de via. Sauf indication contraire, les surperforations suivantes sont considérées comme des surperforations.

Du point de vue de la conception, le perçage se compose principalement de deux parties:

Perçage les dimensions de ces deux parties de la zone du plot autour du trou de perçage déterminent les dimensions du sur - trou. De toute évidence, dans les conceptions de circuits imprimés à haute vitesse et à haute densité, les concepteurs veulent toujours que plus les trous sont petits, mieux c'est, ce qui laisse plus d'espace de câblage sur la carte. De plus, plus le trou traversant est petit, plus sa 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 il est percé. Plus le temps de perçage est long, plus il est facile de se décentrer; Et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou foré, il n'est pas garanti que la paroi du trou puisse être uniformément cuivrée. Par exemple, une carte PCB ordinaire de 6 couches a une épaisseur (profondeur de trou traversant) d'environ 50 mil, de sorte que le diamètre de forage minimum qu'un fabricant de PCB peut fournir ne peut atteindre que 8 mil. 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 mils 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.

Effet des porosités sur la transmission du signal: capacité parasite et inductance parasite

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 une réduction absolue). Cependant, la réflexion induite par l'impédance discontinue du trou traversant est en fait très faible. Le coefficient de réflexion est seulement: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Les problèmes causés par la porosité excessive sont davantage concentrés sur les capacités et les inductances parasites. Impact

Les Vias ont eux - mêmes une capacité parasite parasite. Si l'on sait que le diamètre du masque de soudure sur la couche de masse poreuse est D2, que le diamètre du plot poreux est D1, que l'épaisseur de la carte PCB est t et que la permittivité diélectrique du substrat de la carte est islaµ, la capacité parasite du trou poreux est approximativement la suivante:

C = 1,41 * île * t * D1 / (D2 - D1)

L'effet principal de la capacité parasite poreuse sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit. Par exemple, pour un PCB de 50 mil d'épaisseur, si le diamètre du plot de perçage est de 20 mil (le diamètre du trou est de 10 mil) et le diamètre du masque de soudure est de 40 mil, alors nous pouvons utiliser la formule ci - dessus pour approximer la taille du perçage.

C = 1,41 * 4,4 * 0050 * 0020 / (0040 - 0020) = 0,31pf

La variation du temps de montée induite par cette partie de la capacité est de l'ordre de:

T10 - 90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2 * 0.31 * (50 / 2) = 17.05ps

On voit à partir de ces valeurs que, bien que l'effet du retard de montée induit par la capacité parasite d'un seul sur - trou ne soit pas très prononcé, plusieurs sur - trous seront utilisés si plusieurs sur - trous sont utilisés dans la trace pour Commuter entre les couches, Le design doit être soigneusement considéré. Dans une conception pratique, il est possible de réduire la capacité parasite en augmentant la distance entre les trous et les zones de cuivre (contre - Plots) ou en diminuant le diamètre des plots.

Il y a une capacité parasite dans la porosité ainsi qu'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 électrique. Nous pouvons simplement calculer l'inductance parasite de la porosité excessive en utilisant la formule empirique suivante:

L = 5,08 * H * [Ln (4 * H / d) + 1]

Où: L signifie que l'inductance H du via est la longueur d du via est le diamètre du trou central.

Il ressort de la formule que le diamètre des pores sur - percés a moins d'influence sur l'inductance, tandis que la longueur des pores sur - percés a le plus d'influence sur l'inductance. Toujours en utilisant l'exemple ci - dessus, l'inductance de la porosité peut être calculée comme suit:

L = 5,08 * 0050 * [Ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh

Si le temps de montée du signal est de 1 NS, son impédance équivalente est:

XL = 2Íl / t = 6,37 îles

Cette impédance n'est plus négligée lors du passage d'un courant haute fréquence; il est à noter en particulier qu'en reliant le plan d'alimentation et le plan de masse, le condensateur de dérivation doit passer par deux Vias, de sorte que l'inductance parasite des Vias augmente exponentiellement.

Comment utiliser les trous

Grâce à l'analyse ci - dessus des caractéristiques parasitaires des porosités, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, les porosités apparemment simples ont tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit. Afin de réduire les effets néfastes causés par les effets parasites de porosité excessive, il est possible de concevoir autant que possible: en tenant compte du coût et de la qualité du signal, choisissez une taille de porosité raisonnable. Si nécessaire, l'utilisation de pores de différentes tailles peut être envisagée. Par exemple, pour une conception PCB de module mémoire de couche 6 - 10:

Il est préférable d'utiliser 10 / 20mil (perçage / PAD) sur le trou. Pour certaines plaques de petite taille à haute densité, vous pouvez également essayer d'utiliser un trou de 8 / 18mil. 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. Pour les traces de signal, de plus petits pores peuvent être utilisés. Bien entendu, au fur et à mesure que la taille des surpuits diminue, les coûts correspondants augmentent également.

Les deux formules discutées ci - dessus permettent de conclure que l'utilisation d'un PCB plus mince favorise la réduction des deux paramètres parasites de la porosité excessive.

Essayez de ne pas modifier le nombre de couches de traces de signal sur la carte PCB, c'est - à - dire essayez de ne pas utiliser de trous excessifs inutiles.

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. Envisagez de forer plusieurs trous en parallèle pour réduire l'inductance équivalente.

Des Vias mis à la terre sont placés à proximité des Vias de la couche de changement de signal, fournissant au signal le chemin de retour le plus proche. Vous pouvez même placer des trous de mise à la terre redondants sur votre PCB.

Pour les cartes PCB haute densité et haute vitesse, l'utilisation de micro - trous peut être envisagée.

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. La taille des plots est réduite.